直流微电网的效率和经济性

直流微电网的效率和经济性

作者：钟文静

来源：《科技创新导报》2020年第05期

摘 ; 要：能源是人类赖以生存的必要条件，随着我国经济建设的发展，传统能源已经无法满足工业需求，因此新能源及分布式电源得到了广泛使用。在将分布式电源投入到电力系统的过程中发现其具有随机性和间接性等问题出现。为了改善此类问题加大了对直流微电网系统的研究。通过加大直流微电网的应用发现传统保护约束了其发展，因袭传统保护不能在微电网系统中使用。同时，直流微电网既可独立运转，又可与外部电网并网运转。直流微电网的特性为其自身的继电保护措施增加了困难度。因为电流信号在时间上会有一定的差距，可以依据此原理对微电网进行保护。在智能电网飞速进步的时代，对电流差保护方案的应用范围也逐渐广泛。鉴于此，本文结合笔者多年工作经验，对直流微电网的效率和经济性提出了一些建议，仅供参考。

关键词：直流微电网 ;影响因素 ;效率和经济性

中图分类号：TM727 ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;文献标识码：A ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; 文章编号：1674-098X（2020）02（b）-0085-02

直流微电网的潮流不可直接测量，具有随机性的特点，其网络结构又有辐射型网络和环型网络。为提高直流微电网的供电能力，直流微电网的电流差动保护，无论是高阻性故障还是低阻性故障，该电流保护方案均可以正确判断其位置，并做出迅速的反应，切除故障。通过设置不同位置和不同故障类型的实验，来检测该保护方案的科学性，从而保证直流微电网的稳定运行。

1 ;直流微电网系统结构概述

在光伏发电的基础上经过研究创建了直流微电网系统，此系统较为庞大，主要包含光伏发电单元、蓄电池储能单元、制氢负载单元、燃料电池单元及负荷单元。

1.1 光伏发电单元

光伏发电单元作为直流微电网系统的重要组成部分，经由DC/DC的单向转换器与直流母线相连。为了保障直流微电网的正常运转，光伏发电单元必须在恒压、无压和功率处于最大值时三种条件下互相转换，此三种条件分别对应的是跟踪模式、恒压模式和停机模式，经由此三种模式的互相转换可以有效的保持电压平稳。

1.2 燃料电池单元

燃料电池单元作为能量的供给单元，当其处于待机模式下蓄电池储能单元能够将直流母线电压控制在平稳状态;当其处于放电模式下，蓄电池会因自身容量不足导致直流母线电压波动，此时就需要燃料电池单元运行以增加功率的输出。

1.3 负荷单元

负荷单元主要分为主要负荷和次要负荷。在该系统中制造氢气的设备作为主要负荷为氢气站和工业生产提供氢气，同时可在直流母线电压不稳定时作为备用能源供给燃料电池的正常运行，以此来保证直流母线的电压平稳，且在燃烧过程中可以产生水，水经过处理可以产生氢气，重复此步骤可以节约能源。除此之外，在直流母线电压不稳时次要负荷也会开始运转，其亦可提供能源保证直流母线电压平稳。

2 ;直流微电网的影响因素

2.1 直流母线电容对系统稳定性的影响

直流母线的变化会带动那奎斯特曲线的变化，其稳定性与直流母线电容的变化成正比，其中直流母线电容的改变会对附加虚拟惯性控制的侧换源流器带来一定程度的改变。除此之外，经过横轴对比发现在同等电容条件下，将惯性控制策略通过蓄电池的侧方接入可以将直流微电网系统的稳固系数达到最大化;经过纵轴对比发现通过AVSG控制的直流微电网系统的稳固系数达到最大化。

2.2 虚拟惯性系数对系统稳定性的影响

随着虚拟惯性系数的增大，四条那奎斯特曲线在虚拟惯性系数发生变化时四条曲线也会发生相应的改变，通过对比发现使用附加虚拟惯性的源侧换流器所代表的那奎斯特曲线改变最大。除此之外，通过横轴对不同源侧换流器进行对比，发现在控制系数一样的情况下虚拟惯性系数也相等，但是对蓄电池进行侧引惯性控制操作可以增加直流微电网的稳定裕度;通过纵轴对相同源侧换流器进行对比，发现控制不同稳定裕度也不同，其中进行AVSG控制的稳定裕度更强。

2.3 负荷功率对系統稳定性的影响

在对直流微电网系统进行控制时，积分型的虚拟同步发电机较微分环节的虚拟惯性发电机能够发挥更好的效果，能最大程度上控制系统的动态性和稳定性。同时在其影响因素发生改变的条件下，将虚拟惯性控制在蓄电池侧换流器上运行较在网侧换流器上运行得到的效果更加显著。所以，在结合系统的动态性、稳定性和离网工作时惯性供给等条件，最终确定使用AVSG 技术来操控B-DC，以此来保证低惯性条件下直流微电网的正常运行，同时能够依据需求在下垂控制和定直流电压控制之间确定G-VSC的操控方式。

3 ;直流微电网的效率和经济性分析

3.1 直流微电网的安全可靠性

直流微电网系统在应用过程中最重要的保证其安全性和可靠性，主要目的是在保证安全的前提下加强配电设备的供电容量及解决断电或者其他特定条件下电容量的需求，解决办法大致包新能源发电、市电供电能源、储能系统及交流电等。这些都是直流微电网的重要组成部分，同时也是事故易发点。

3.2 直流微电网稳定性、保护理论基础和技术

储能系统是直流微电网中不可或缺的部分，其具有调节设备的功能，其使用的前提是直流微电网系统可以双向流通。但因直流微电网系统囊括的新型能源较多，且所需新能源的数量及类型又参差不齐，所以在核算直流微电网系统时计算过程相对繁琐，为了更加快速准确的进行系统核算必须要借助新型设备，以此来确保系统的运转。

3.3 多能源协调和需求侧管理

直流微电网系统作为系统性的电网机构，其包含众多的供电电源和能源类型，在运行过程中可以满足离网、并网、黑启动、孤岛、防逆等多种条件。光伏、风力、储能等能源因为发电方式和发电时间不同致使发电量也各不相同，为了能够更好的应用到实际中则需直流微电网对其进行协调管理，也可称为多能源协调或者需求侧管理。

3.4 分析对比

通过建立模型在较弱的信号下对并网换流器及恒功率负载进行研究，通过解决抗阻性提高了直流微电系统的稳定性。经过将频域分析法与阻抗匹配准则结合进行研究发现在采用虚拟惯性控制的条件下电源侧输出阻抗也会相应增加，进而影响直流微电网的稳定性，同时在虚拟惯性参数和恒功率负载任意条件过大时都会引起直流微电网出现高频震荡的现象。基于此基础对串联条件下对虚拟阻抗技术进行了改善，结果显示改善后能在一定程度上减少电源侧输出的阻抗值，增加直流微電网的平稳性。因为虚拟阻抗只会在较弱的信号情况下出现，所以在直流微电网处于平稳状态下不会发挥效果。在以后的试验过程中，会根据工业生产需要继续对直流微电网进行研究与改进。

4 ;结语

作为一种新型的电网形式，直流微电网囊括了光伏发电、水利发达、风力发电等新型能源，其使用的能源皆为可再生能源，既对传统资源起到了保护性作用又不会对环境造成破坏。直流微电网与传统电网相比能更好的利用能源，降低浪费，节约成本，同时具有超高的可靠性