張麗杰

（寧夏理工學(xué)院繼續(xù)教育學(xué)院，寧夏 石嘴山 753000）

微電網(wǎng)系統(tǒng)的核心組件是分布式電源（Distributed Power，DG），DG 具有能耗低、效率高、環(huán)保好等優(yōu)勢(shì)。微電網(wǎng)充分利用DG 的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)靈活、多變的“即插即用”功能，為改善傳統(tǒng)電網(wǎng)規(guī)劃有限、靈活性差等問(wèn)題提供了實(shí)現(xiàn)路徑。根據(jù)電網(wǎng)系統(tǒng)中組件通信方式的不同，電網(wǎng)的控制調(diào)度分為集中式和分布式兩種。在集中式控制電網(wǎng)系統(tǒng)中，分布式電源的協(xié)調(diào)、管理等功能主要由中央控制器實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)和中央控制器的要求都很高。由于系統(tǒng)中各類(lèi)控制設(shè)備間的通信受到較多干擾因素的影響，導(dǎo)致系統(tǒng)的可靠性較低。基于電網(wǎng)系統(tǒng)的通行間歇問(wèn)題，電網(wǎng)系統(tǒng)逐步從集中式向分布式控制方式轉(zhuǎn)變，分布式結(jié)構(gòu)的微電網(wǎng)能量調(diào)度尤為重要。基于微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)和“即插即用”功能，在微電網(wǎng)構(gòu)建過(guò)程中應(yīng)當(dāng)采取有效的分布式能量管理調(diào)度手段，實(shí)現(xiàn)整個(gè)微電網(wǎng)的有效調(diào)度，解決微電網(wǎng)的調(diào)度問(wèn)題，使微電網(wǎng)在分布式能量管理調(diào)度方面能夠達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。文中針對(duì)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)控制方式中存在的局限性，對(duì)能量管理調(diào)度和控制器系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和優(yōu)化，并選擇了有效的控制方法，構(gòu)建了合理的微電網(wǎng)分布式能量管理調(diào)度策略。

1 微電網(wǎng)分布式能量管理系統(tǒng)構(gòu)建

1.1 能量管理基本結(jié)構(gòu)

從目前微電網(wǎng)的能量管理來(lái)看，微電網(wǎng)的能量管理結(jié)構(gòu)與普通的電網(wǎng)管理結(jié)構(gòu)不同，微電網(wǎng)的能量管理基本系統(tǒng)構(gòu)建采取了分布式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)主要包含儲(chǔ)能系統(tǒng)、負(fù)荷預(yù)測(cè)、可再生能源出力預(yù)測(cè)、電價(jià)信息需求、側(cè)響應(yīng)、分布式電源以及大電網(wǎng)、微電網(wǎng)分布式能量管理結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)能量管理結(jié)構(gòu)的明確和細(xì)化，分布式能量結(jié)構(gòu)成為主要的結(jié)構(gòu)形式，對(duì)整個(gè)微電網(wǎng)的運(yùn)行產(chǎn)生重要影響，能夠降低微電網(wǎng)的運(yùn)行效果，使微電網(wǎng)的運(yùn)行能夠達(dá)到高效化目標(biāo)，為整個(gè)微電網(wǎng)的運(yùn)行提供有力支持。

1.2 調(diào)度系統(tǒng)功能

從分布式結(jié)構(gòu)的管理功能來(lái)看，在管理功能設(shè)定過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)對(duì)微電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)電與負(fù)荷功率的預(yù)測(cè)，為儲(chǔ)能設(shè)備建立合理的充放電管理策略，需為系統(tǒng)內(nèi)部每個(gè)分布式能量控制器提供功率和電壓設(shè)定點(diǎn)，滿足微網(wǎng)系統(tǒng)中的熱負(fù)荷和電負(fù)荷需求，最大限度的提高微電源的運(yùn)行效率，該微電網(wǎng)分布式能量管理調(diào)度系統(tǒng)分為3 層，結(jié)構(gòu)如圖1 所示。第一層的功能是實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)分布式電源或儲(chǔ)能設(shè)備與主網(wǎng)能量的交互；第二層的功能是實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)中心控制器對(duì)各類(lèi)儲(chǔ)能組件的監(jiān)控和協(xié)調(diào)，主要處理保護(hù)層節(jié)點(diǎn)信息和運(yùn)算層的信息；第三層是由微網(wǎng)能量服務(wù)層來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)基層目標(biāo)控制值的通信和協(xié)調(diào)功能，主要接受來(lái)自基層鄰節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，通過(guò)保護(hù)層和基層控制器的運(yùn)算，分別輸出電壓、頻率至運(yùn)算層。協(xié)調(diào)的過(guò)程是全局優(yōu)化的過(guò)程，主要是改善微電源對(duì)系統(tǒng)負(fù)荷的變化和輸出電壓的響應(yīng)，保證微電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1 微電網(wǎng)分布式能量管理調(diào)度系統(tǒng)

2 分布式微電網(wǎng)能量管理調(diào)度策略

2.1 控制方法選擇

基于對(duì)微電網(wǎng)分布式能量管理調(diào)度的了解，在調(diào)度控制中，控制方法的選擇至關(guān)重要。在目前微電網(wǎng)分布式能量管理調(diào)度過(guò)程中，控制方法主要包括三種，PQ 控制，V/F 控制和下垂控制。在控制方法的選擇中，應(yīng)當(dāng)按照分布式能量管理調(diào)度的實(shí)際需求和分布式能量管理調(diào)度的特點(diǎn)予以選擇，使所選擇的控制方法能夠在控制過(guò)程中達(dá)到控制目標(biāo)，能夠按照微電網(wǎng)的運(yùn)行需要和微電網(wǎng)的運(yùn)行特點(diǎn)予以選擇，使整個(gè)微電網(wǎng)分布式能量管理調(diào)度策略在實(shí)施中得到控制方法的有力支持。PQ 控制是逆變器輸出的有功功率P 和無(wú)功功率Q。VF 控制即恒壓橫屏控制，通過(guò)控制電壓和頻率參數(shù)，使逆變器輸出電壓負(fù)值V和頻率F 保持恒定。下垂控制，通過(guò)控制有功頻率與無(wú)功電壓之間的下垂特性曲線進(jìn)行系統(tǒng)電壓和頻率調(diào)節(jié)的方式。根據(jù)文中微電網(wǎng)分布式能量管理調(diào)度系統(tǒng)特點(diǎn)，選擇PQ 控制法作為主要的控制方法。選擇合適的控制方法，對(duì)分布式能量管理調(diào)度具有重要影響。

2.2 控制器設(shè)計(jì)

基于微電網(wǎng)分布式能量管理調(diào)度的實(shí)際需求，在控制器結(jié)構(gòu)上需進(jìn)行必要的優(yōu)化。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中以大電網(wǎng)為主網(wǎng)，設(shè)置保護(hù)層和基層兩級(jí)控制器的方式，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)和離網(wǎng)控制，控制器結(jié)構(gòu)如圖2 所示。保護(hù)層控制器的作用是當(dāng)系統(tǒng)受到擾動(dòng)后，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)使微電網(wǎng)頻率和電壓恢復(fù)常態(tài)，保障了電力系統(tǒng)全局的穩(wěn)定性。發(fā)揮基層控制器的功能，根據(jù)電網(wǎng)的需要來(lái)合理調(diào)整下垂特性中有功功率P 和無(wú)功功率Q 參數(shù)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)中微電網(wǎng)分布式能量管理調(diào)度目標(biāo)。

圖2 控制器結(jié)構(gòu)圖

2.3 控制效果分析

分布式能量調(diào)度策略針對(duì)系統(tǒng)中的燃?xì)廨啓C(jī)功率45kW、風(fēng)電功率5kW、光伏發(fā)電功率5kW 及儲(chǔ)能功率為20kW 的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試。當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，各負(fù)荷的功率P 按照標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)值，儲(chǔ)能單元和各同步發(fā)電機(jī)以經(jīng)濟(jì)最優(yōu)的方式運(yùn)行，得到最優(yōu)成本增率為$5.174/MWh。微電網(wǎng)在優(yōu)化后的條件下運(yùn)行，負(fù)荷需求與輸出功率差額的初值按照標(biāo)準(zhǔn)值的20%設(shè)定，其差額值收斂近似為0，微電網(wǎng)輸出的總功率達(dá)到了總負(fù)荷的需求值，儲(chǔ)能單元和各同步發(fā)電機(jī)的輸出功率分別為P1=66.14MW，P2=43.65MW，P3=38.99MW，P4=52.93MW， 實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的能量?jī)?yōu)化管理。通過(guò)對(duì)多因素約束下的負(fù)荷變化預(yù)測(cè)結(jié)果的分析，在考慮經(jīng)濟(jì)目標(biāo)和環(huán)境目標(biāo)最優(yōu)情況下,儲(chǔ)能實(shí)時(shí)補(bǔ)償功率較為穩(wěn)定；按照能量調(diào)度指令進(jìn)行改變求得系統(tǒng)平均電壓,對(duì)參考電壓進(jìn)行修正,實(shí)現(xiàn)了微電網(wǎng)系統(tǒng)有功功率的精確控制。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)多層級(jí)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化與兩級(jí)控制器設(shè)計(jì),改善了集中式控制方式的不足，實(shí)現(xiàn)了微電網(wǎng)分布式能源管理系統(tǒng)的可靠、高效運(yùn)行。調(diào)度策略提高了系統(tǒng)分布式資源的協(xié)調(diào)運(yùn)行，能量管理實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)功率的精確控制,提高了微電網(wǎng)的運(yùn)行效果，也為微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和調(diào)度評(píng)價(jià)提供了路徑參考。