直流微電網(wǎng)運(yùn)行控制分析

1、    直流微電網(wǎng)運(yùn)行控制分析    武保東摘 要：直流微電網(wǎng)是一種新興的微電網(wǎng)形式，與交流微電網(wǎng)相比，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電能轉(zhuǎn)化率高、電能質(zhì)量高，可以提高分布式電源的效率，對(duì)于節(jié)能減排以及實(shí)現(xiàn)能源有效利用有重大意義。直流微電網(wǎng)在未來(lái)智能配用電系統(tǒng)中將發(fā)揮巨大作用，設(shè)備級(jí)控制和系統(tǒng)級(jí)控制是直流微電網(wǎng)運(yùn)行控制的兩種主要方式，本文主要從這個(gè)兩個(gè)方面對(duì)直流微電網(wǎng)的運(yùn)行控制進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞：直流微電網(wǎng) 設(shè)備級(jí)控制 系統(tǒng)級(jí)控制：tm71 ：a ：1672-3791（2018）10（c）-00-02近年來(lái)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，面臨的能源消耗及環(huán)境污染等問(wèn)題日趨嚴(yán)重，國(guó)內(nèi)

2、外的學(xué)者開(kāi)始關(guān)注新能源分布式發(fā)電技術(shù)，可再生能源微電網(wǎng)由于接入負(fù)荷的不確定性導(dǎo)致一系類(lèi)波動(dòng)性問(wèn)題，造成系統(tǒng)運(yùn)行的不穩(wěn)定性以及安全性等問(wèn)題，嚴(yán)重制約著新能源的消納。直流微電網(wǎng)作為一種新興的微電網(wǎng)形式，可獨(dú)立運(yùn)行也可與主電網(wǎng)分離運(yùn)行，提高了配電系統(tǒng)的安全性和供電可靠性，同時(shí)由于采用光伏、風(fēng)能等新能源分布式發(fā)電，避免了化石能源的使用，有利于節(jié)能減排。相比于交流微電網(wǎng)，直流微電網(wǎng)使用直流母線將分布式電源連接成微電網(wǎng)，在許多方面優(yōu)于交流微電網(wǎng)。例如，直流微網(wǎng)中的各類(lèi)分布式電源與直流母線的連接方式簡(jiǎn)單，使得新能源分布式電源更容易整合到直流微電網(wǎng)中，而且無(wú)需考慮交流電網(wǎng)中電壓的頻率、相位等問(wèn)題。此外，通過(guò)分

3、別控制直流母線電壓和電流可以實(shí)現(xiàn)直流微電網(wǎng)功率平衡控和潮流的控制。目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于直流微電網(wǎng)的研究得到了進(jìn)一步發(fā)展，主要包括微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、運(yùn)行的穩(wěn)定性、利用效率等方面。本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外對(duì)直流微電網(wǎng)的研究現(xiàn)狀，主要對(duì)直流微網(wǎng)運(yùn)行控制策略進(jìn)行了分析。1 控制目標(biāo)分析直流微電網(wǎng)與交流微電網(wǎng)的運(yùn)行都包括并網(wǎng)運(yùn)行和獨(dú)立運(yùn)行兩種模式。當(dāng)直流微電網(wǎng)以其中一種方式運(yùn)行時(shí)，都是用直流母線電壓來(lái)反映系統(tǒng)功率是否平衡。對(duì)直流母線電壓的控制，可以通過(guò)直流微電網(wǎng)系統(tǒng)和大電網(wǎng)接口的變換器進(jìn)行控制，也可以通過(guò)直流微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的分布式發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能單元來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。目前已有文獻(xiàn)提出基于直流母線電壓信號(hào)直流微電網(wǎng)運(yùn)行的控制方法，這種

4、控制方法一般適用于單一母線直流微電網(wǎng)的運(yùn)行控制，但對(duì)含有多條母線和線路阻抗的復(fù)雜直流微電網(wǎng)來(lái)說(shuō)實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制仍具有一定的局限性，如直流母線電壓隨穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)變化而發(fā)生變化、工作運(yùn)行模式受限、儲(chǔ)能系統(tǒng)及直流微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)過(guò)于簡(jiǎn)單導(dǎo)致無(wú)法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等。為此，有文獻(xiàn)提出了設(shè)備級(jí)和系統(tǒng)級(jí)控制的協(xié)調(diào)控制策略，該控制策略能夠在不同時(shí)間尺度上實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的優(yōu)化控制。設(shè)備級(jí)控制的目的在于保證母線電壓恒定，實(shí)現(xiàn)直流微電網(wǎng)功率平衡，從而使微網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。系統(tǒng)級(jí)控制的主要目的是在實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行集中管理和能量?jī)?yōu)化控制，繼而提升系統(tǒng)整體運(yùn)行效率和可靠性，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)運(yùn)行。2 設(shè)備級(jí)控制策略該策略以直流

5、母線電壓控制為主要對(duì)象，根據(jù)控制方法的不同分為主從控制和對(duì)等控制。主從控制通常只有獨(dú)立控制器來(lái)控制直流母線電壓，對(duì)于復(fù)雜直流微電網(wǎng)，如果此控制器出現(xiàn)故障，直流微電網(wǎng)將失去功率平衡，造成電壓跌落甚至系統(tǒng)崩潰，所以主從控制的可靠性較差，對(duì)于簡(jiǎn)單直流微電網(wǎng)比較適合。對(duì)等控制主要基于下垂控制方法，對(duì)復(fù)雜直流微電網(wǎng)母線電壓的穩(wěn)定有很好的控制作用。該方法中，系統(tǒng)存在多個(gè)功能對(duì)等能夠控制直流母線電壓的器，每個(gè)主控制器都通過(guò)各自輸入端口接收直流母線功率和輸出端口直流電壓等本地信息，能夠共同協(xié)調(diào)控制，維持直流母線電壓穩(wěn)定性以及功率的平衡。即使其中某個(gè)主控制器因故障退出運(yùn)行，依然可通過(guò)剩下的控制器保證對(duì)直流微電網(wǎng)

6、系統(tǒng)的穩(wěn)定性運(yùn)行控制。相比于主從控制，對(duì)等控制的可靠性得到了提高。3 系統(tǒng)級(jí)控制策略3.1 二次協(xié)調(diào)控制上文中設(shè)備級(jí)控制主要面臨多電源均流和穩(wěn)態(tài)電壓偏差等問(wèn)題，為此，有文獻(xiàn)提出了二次協(xié)調(diào)控制，二次協(xié)調(diào)控制主要分為集中通信控制、集中通信分布式控制和分布式協(xié)同控制3種方式。（1）集中通信控制。使用二次集中控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)直流微網(wǎng)的二次協(xié)調(diào)控制。二次集中控制器檢測(cè)直流母線電壓以及參與直流母線電壓控制的各主控制器輸出功率，然后進(jìn)行相應(yīng)的直流母線電壓穩(wěn)定和各單元輸出均流控制算法，來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)控制目的。此方法的最大缺陷就是當(dāng)二次集中控制器出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)無(wú)法完成二次協(xié)調(diào)控制，降低了系統(tǒng)控制的可靠性。（2）集中通

7、信分布式控制。不同于集中通信控制該方法是利用二次控制器嵌入各主控制器中，直接接收自身以及其他各主控制器出口直流電壓、輸出功率等檢測(cè)信息，發(fā)出下垂控制調(diào)整指令，二次協(xié)調(diào)控制算法在各個(gè)主控制器執(zhí)行，因此系統(tǒng)可靠性得到提升。但是由于檢測(cè)的信息增多，增加了網(wǎng)絡(luò)通信容量。（3）分布式協(xié)同控制。各主控制器只與鄰近控制器通信，通過(guò)接收自身及相鄰控制器發(fā)出的信息，輸出調(diào)節(jié)指令，從而達(dá)到分布式協(xié)同控制直流微電網(wǎng)二次電壓穩(wěn)定和均流控制目的。此方法不僅提高了系統(tǒng)的可靠性，而且降低了通信網(wǎng)絡(luò)的壓力。3.2 能量?jī)?yōu)化系統(tǒng)控制能量?jī)?yōu)化控制策略是實(shí)現(xiàn)直流微電網(wǎng)分布式電源有效利用，安全運(yùn)行的重要保障，能量管理系統(tǒng)主要有集中式

8、、分布式和混合式3種。（1）集中式控制。由統(tǒng)一的中央控制器對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各單元進(jìn)行集中監(jiān)控。該控制方式簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，但對(duì)中央控制器依賴(lài)性較高，可靠性不夠高。（2）分布式控制。通常通過(guò)多代理方式，各單元控制其通過(guò)與鄰近單元進(jìn)行相互通信實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制，易于實(shí)現(xiàn)即插即用但缺乏統(tǒng)一協(xié)調(diào)和管理，且對(duì)分布式優(yōu)化運(yùn)行算法要求較高。（3）混合式控制。在此種控制體系中，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行區(qū)域有效劃分，每個(gè)控制區(qū)域都有分布式電源、儲(chǔ)能系統(tǒng)及負(fù)荷，并且每個(gè)區(qū)域有獨(dú)立的控制器負(fù)責(zé)本區(qū)域的優(yōu)化運(yùn)行控制，各區(qū)域之間各自的控制器通過(guò)互相通信協(xié)調(diào)控制實(shí)現(xiàn)全局優(yōu)化控制。該控制方式集合了集中式和分布式控制的優(yōu)點(diǎn)，不但對(duì)于多母線直流微網(wǎng)比較適用

9、，而且使得直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性和可擴(kuò)展性得到了提高。4 結(jié)語(yǔ)本文主要從直流微電網(wǎng)設(shè)備級(jí)控制和系統(tǒng)級(jí)控制兩方面對(duì)微電網(wǎng)運(yùn)行控制了分析。設(shè)備級(jí)控制主要通過(guò)控制直流母線電壓，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)功率的平衡，從而保持直流微電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行；系統(tǒng)級(jí)控制對(duì)直流微電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行集中管理和能量?jī)?yōu)化，提升了系統(tǒng)運(yùn)行效率和可靠性，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化運(yùn)行。如何提高設(shè)備級(jí)控制的魯棒性以及系統(tǒng)級(jí)控制的可靠性、靈活性和可擴(kuò)展性，是未來(lái)直流微電網(wǎng)運(yùn)行控制技術(shù)研究的重要方向。參考文獻(xiàn)1 張犁，孫凱，吳田進(jìn)，等.基于光伏發(fā)電的直流微電網(wǎng)能量變換與管理j.電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2013，28（2）：248-254.2 薛貴挺，張焰，祝達(dá)康.孤立直流微電網(wǎng)運(yùn)行控制策略j.電力自動(dòng)化設(shè)備，2013，33（3）：112-117.3 張國(guó)榮，徐宏.直流微網(wǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)綜述j.電器與能效管理技術(shù)，2012（15）：1-5.4 fletcher s d a，norman pj，fong k，et al. high-speed differential protection for smart dc distribution systemsj. ieee transactions on smart grid，2014，5（5）：2610-2617