互聯微電網運行頻率穩定性控制策略

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【摘要】隨著分散式電源應用范圍的增加互聯微電網在現代電網運行中使用頻率越來越高，其是一種更加科學、合理的電能量管理模式。但是互聯微電網孤島運行過程中很容易出現頻率波動問題，從而對整個電系系統穩定性和安全性產生不利影響。因此本文基于電系系統運行一般規律，從點能量管理需求出發，針對互聯微電網孤島運行頻率穩定性協調控制提出相應的發展和管理策略。

【關鍵詞】互聯微電網孤島;運行頻率;穩定性;協調控制

一、互聯微電網及其運行頻率

互聯微電網是分散式能源管理模式下誕生的一種能量管理控制單元，通常包含了分布式電源、儲能裝置、能量轉換裝置、負荷監控和保護裝置等，其本質上是一種小型的發配電系統。相較于傳統能量管理模式，微電網更加靈活、高效，尤其是在數量、規模均較龐大的電系系統中，微電網的應用能夠充分提高能量利用效率、有效提高能量負荷管理可靠性，實現電能的智能化、科學化管理，最終實現傳統電網向智能電網的轉換。現今，微電網在我國電系系統中應用較為廣泛，以微電網群的形式出現，從而衍生出了一種多微電網孤島互聯運行的應用模式。通過將多個孤島互聯起來，來提高電系系統運行效率，提高配供電可靠性，但是不同孤島的運行參數、優化目標、約束條件存在差異，其在運行頻率上存在差異，如果其中一個孤島運行頻率波動，必然會對整個電系系統運行頻率產生影響，構成安全隱患或引發整個電系系統故障，因此提高互聯微電網孤島運行頻率穩定性協調控制對整個電系系統運行穩定性、可靠性和安全性均具有重要意義。

二、模型構建

本文所用互聯微電網頻率控制器中整個微電網中存在主、次兩個變流器，兩個變流器共同負責微電網運行頻率控制，同時在微電網中接入互感器。同時整個微電網整體模型中主要包含汽輪機、光伏電源(分布式電源)和儲能裝置三部分組成。

三、互聯微電網孤島運行頻率穩定性協調控制策略

(一)孤島頻率控制思路分析。以所構建的微電網模型來看，當微電網整體處于孤島運行狀態下，主變流器和次變流器正常作業，對電路進行一次和二次調頻，實現整體電系的頻率穩定。孤島發生后，首先實現對儲能裝置的控制，通過調節注入或吸收的功率來穩定電網整體頻率穩定性，同時工作人員可以根據儲能裝置反饋的參數來評價微電網運行頻率。這是本文中所構建微電網模型的調頻工作基本機制，也是互聯微電網孤島運行頻率穩定性協調控制的基本單元。從上述機制中不難看出，這種調頻思路存在明顯的局限性。一是對主次調頻裝置的依賴，需保證主次調頻裝置處于穩定的運行參數下;二是對儲能裝置的依賴性，調頻通過改變儲能裝置的輸出、吸入來實現調頻;三是這種調頻之下存在一個不可消除的物理偏差，即從響應到反饋之間存在的時間延遲。對硬件設備的依賴可以通過加強檢修與維護來避免，而時間延遲則是現階段微電網運行過程中無法避免的偏差，也是最容易產生頻率波動的環節。因此互聯微電網孤島運行頻率穩定性協調控制的主要思路都集中在消除時間延遲上，通過減少響應延遲來提高調頻效率，降低電網運行頻率波動程度及影響范圍。實踐中多以互聯微電網功率容量互為備用的設置來改善變流器動態運行參數，從而提高運行頻率穩定。

(二)協調控制系統構建。為提高微電網頻率控制穩定性，對協調控制系統進行三層設計，系統整體分為三層，第一層為頻率協調層，是從宏觀上監控互聯微電網運行參數，能夠對微電網運行狀態進行實時、動態、持續監測與控制，是工作人員的主要交互層。同時配合邏輯電路控制器，可做到運行目標控制和開關狀態控制。此外，可搭配外部LED顯示系統和單片機控制系統，實現自動化、智能化監控。第二層為微電網的內部控制層，是針對不同運行模式下微電網參數具體協調與控制的管理層面。根據實際需要，主要設定三種控制模式，分別為協調模式、孤島模式和并網模式。不同運行模式下，運行目標不同，在完成單片機邏輯編譯后即可實現自動化、智能化的協調控制效果。協調模式運行目標具體為增加互聯微電網系統慣量，盡可能降低頻率爬坡發生率;并網模式運行目標具體為維持潮流平衡，最高效率使用分布式電源;孤島模式運行目標具體為接入儲能裝置，調節吸入和輸出，使運行參數穩定。第三層則為微電園指令分配層，該層是具體控制各單元電能分配和運行參數，使電系運行狀態與電源輸出相匹配，最大限度保證系統運行的穩定性。

(三)協調控制啟動閥值設定。對互聯微電網協調控制系統做以下邏輯設定。電源接入，系統進入工作狀態，通過監控線路對各單元運行參數進行獲取、整理和比對，當發現參數與參考值存在偏差時，判斷能夠保持頻率穩定，若無法維持運行頻率穩定則啟動協調控制系統，若仍可以維持運行參數穩定則不啟動協調控制系統。啟動協調控制系統是快速糾正孤島模式下運行頻率波動的監控系統，因此設定協調控制系統啟動的閥值是系統啟動的先決條件，具體閥值確定思路大體如下。假定微電網正常運行頻率為50.00Hz，具體閥值及協調控制系統運行參數設定如下:一是監測到網A輸出功率超過額定，運行頻率在50.02Hz以上時則提示微電網B中存在缺額功率。此時若監測到微電網B運行頻率低于49.98Hz則應當啟動協調控制系統，實現網A向網B輸出，當再次檢測時網A頻率低于50.02Hz且高于49.98Hz，同時網B頻率高于49.98Hz且低于50.02Hz則提示協調控制完成，協調控制系統停止工作。二是監測到網B輸出功率超過額定，運行頻率在50.02Hz以上時則提示微電網A中存在缺額功率。此時若監測到微電網A運行頻率低于49.98Hz則應當啟動協調控制系統，實現網B向網A輸出，當再次檢測時網B頻率低于50.02Hz且高于49.98Hz，同時網A頻率高于49.98Hz且低于50.02Hz則提示協調控制完成，協調控制系統停止工作。三是當上述兩種情況均未發生時，則不啟動用于協調多個微電網孤島之間運行頻率的控制系統，僅啟動基本的監控系統，對控制器、控制設備、儲能設備運行功率進行監控，同時進行電源、負荷、電網頻率之間的基本協調控制，以期提高電系系統運行穩定性。

四、結語

互聯微電網孤島協調控制的關鍵在于能夠動態實時監控電路運行參數以及通過兩個微電網之間的容量互償來調節缺額，從而達到維持電網運行頻率穩定的目的。因此在實際的構建過程中要注意做好外部監測網絡、內部控制網絡的邏輯設計，同時充分利用互聯微電網孤島狀態下運行特點，進行最小范圍的、最高效率的電能應用協調分配與管理。

【參考文獻】

［1］崔嘉，楊俊友，葛維春等．互聯微電網孤島運行頻率穩定性協調控制策略［J］．電網技術，2019，43(8):2901～2909

［2］李凱婷．含V2G的微電網運行優化和控制研究［D］．南京師范大學，2017

作者：陳晶 單位：蘭州工業學院講師