［摘 要］近年來，我國光伏發(fā)電產業(yè)發(fā)展較快，且技術較成熟，已經呈現(xiàn)出規(guī)?；稚㈤_發(fā)、低壓接入及就地消納的格局形勢。文章介紹了分布式光伏智能微電網的概念內涵，分析了分布式光伏智能微電網的運行機制，分析了分布式光伏智能微電網組網技術，以期為分布式光伏智能微電網的發(fā)展提供參考。

［關鍵詞］分布式光伏；智能微電網技術；并網控制

［中圖分類號］TM615 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）04–0104–03

1 分布式光伏智能微電網概述

分布式光伏智能微電網是指將光伏發(fā)電模塊直接連接到智能微電網中，將其作為電網的分布式電源，使電源能夠利用充足的陽光收集能量，然后轉換為電能，通過電網的控制和調配將部分電能輸送給用戶，其余部分則存儲到蓄電池中。當遇到惡劣天氣時，可以將之前存儲在蓄電池的電能輸送給用戶或調配到電網中。從本質上講，分布式光伏智能微電網具有獨立運行和自我調節(jié)的能力，能夠有效提升電網輸電效率和穩(wěn)定性，平衡內外電網之間的電能功率。

2 分布式光伏智能微電網運行機制

為了推動分布式光伏智能微電網的普及和發(fā)展，某地區(qū)以分布式光伏發(fā)電設施為基礎構建了1 套總裝機容量為 40.8 kWp、鋰電池儲能容量為240 kW·h 的分布式光伏智能微電網系統(tǒng)。

2.1 分布式光伏智能微電網設計理論

該地區(qū)在構建分布式光伏智能微電網系統(tǒng)時選用了160 塊額定功率為255 Wp 的多晶硅光伏組件。參考光伏組件全壽命周期為20 a、該地區(qū)日照實數為5 h等數據及式（1），可以計算出光伏組件實際發(fā)電效率、直流匯流箱及逆變器損耗后效率、交流輸送效率等指標參數。在此基礎上，可以參考上一年度的光伏能量統(tǒng)計數據計算年均發(fā)電總量。

PT=ET/PehT（1）

式中，PT為T 時間內光伏電站系統(tǒng)效率，ET為T 時間內光伏電站發(fā)電量，Pe為光伏裝機標稱容量，hT為T時間內組件面上的峰值日照時數。

2.2 數據產生差異的原因分析

該地區(qū)構建的分布式光伏智能微電網系統(tǒng)具有并離網實時切換及調節(jié)電壓和輸電頻率的功能，能夠在滿足用電需求的同時提升發(fā)電功率和質量。從數據觀察效果來看，該系統(tǒng)產生的光伏發(fā)電量沒有明顯的差別，部分細微變化可能與天氣條件有關。至于該系統(tǒng)的光伏實際發(fā)電量低于理論計算值，可能是微電網系統(tǒng)中光儲混合變流器參數變化或光伏組件匯流箱內配件功能異常等原因所致。

3 分布式光伏智能微電網組網技術分析

目前比較流行的分布式光伏智能微電網組網技術包括交流微電網、直流微電網及交直流混合微電網。這3 種組網方式都能夠滿足常規(guī)性建筑用電需求。

3.1 交流微電網

交流微電網是利用公共交流母線將分布式光伏組件連接在一起的電網系統(tǒng)。交流微電網的所有裝置和系統(tǒng)都需要連接到公共交流母線上，確保公共交流母線可以利用公共連接點斷路器控制微電網的并網運行和孤網運行狀態(tài)。交流微電網的拓撲結構如圖1所示。

考慮到大電網主要采用交流形式，因此交流微電網拓撲結構更加成熟，在普及應用方面也有較強的推廣性和可行性。之所以要推廣交流微電網主要是因為這種方式成本比較低，受到的內外因素影響程度比較小，而且系統(tǒng)內部有自然滅弧點，比較容易滅弧。但是這種方式對于運行控制有一定的技術要求，而且系統(tǒng)穩(wěn)定性有待提升，可能會出現(xiàn)無功損耗和集膚效應等問題。

3.2 直流微電網

直流微電網是利用公共直流母線將分布式光伏組件連接在一起的電網系統(tǒng)。該系統(tǒng)中所有的組件和裝置都直接連通到公共直流母線上，由公共直流母線控制逆變器裝置和電流器完成供電任務。使用直流微電網供電能夠簡化供電流程，減少變電裝置的環(huán)節(jié)，在一定程度上可以削減成本。直流微電網拓撲結構如圖2 所示。

這種組網方式的優(yōu)點在于分布式發(fā)電系統(tǒng)由直流電壓控制，系統(tǒng)會將直流電輸送到直流母線中，完成各個裝置和組件的協(xié)同運作。而且，系統(tǒng)中的存儲裝置也能夠在直流側補償分布式電源和負荷產生的波動、擾動電量損耗。從現(xiàn)實情況來看，直流微電網比交流微電網控制效果更好，也能夠有效解決分布式電源的同步問題，操作較為簡單，且操作成本及電能損耗都比較小，因此性價比較高。但是，這種組網方式也有缺點，例如不能輕易使用變壓器改變直流電電壓；如果在系統(tǒng)中安裝環(huán)流裝置將會使交流側和直流側產生諧波電流電壓，增加成本消耗和電能干擾；系統(tǒng)中沒有高壓直流開關設備，因此滅弧比較困難。

3.3 交直流混合微電網

直流微電網和交流微電網都各有優(yōu)勢和缺點，因此在開展分布式光伏智能微電網系統(tǒng)建設工作時也在嘗試使用新的結構，彌補直流和交流微電網的缺陷。目前比較常用的方式是使用交直流混合微電網構建分布式光伏智能微電網系統(tǒng)。交直流混合微電網是指利用直流母線和交流母線共同連接裝置和光伏元件組成微電網系統(tǒng)。由于該系統(tǒng)中既含有交流母線，也含有直流母線，因此可以直接給交流負荷和直流負荷供電。

從交直流混合微電網的性能來看，這種組網方式可以利用交流和直流的形式發(fā)電。這有助于減少交流輸入直流輸出或是直流輸入交流輸出的變換環(huán)節(jié)的電能損耗，提升輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，滿足多元化供電需求。從整體情況來看，交直流混合微電網可以有效解決直流系統(tǒng)產生無用損耗的問題，使供電更加靈活可控。

4 分布式光伏智能微電網應用案例

上述地區(qū)在架設分布式光伏智能微電網系統(tǒng)時，使用了額定電壓為0.4 kV、額定容量為160 MVA 的變壓器，YJY-1-4×185+1×95 電纜型號的交流母線，6 mm2-2pfg -1169 電纜型號的其余線路。分布式光伏智能微電網系統(tǒng)中使用了400 V電壓的交流母線、400 V 電壓的直流母線及直流額定值為3 MW 的光伏并網逆變器等。

在制作模擬仿真系統(tǒng)時，采用交直流混合微電網設計的理念，以發(fā)揮交流微電網和直流微電網的優(yōu)勢，減少不必要變換環(huán)節(jié)產生的電能損耗。在具體設置方面，將交流動態(tài)負荷和交流靜態(tài)負荷連接到交流母線上，直流靜態(tài)負荷和直流動態(tài)負荷將連接到直流母線上，大電網則通過逆變器裝置也連接到交流母線上，柴油發(fā)電機后備電源連接到交流母線上。

在構建分布式光伏智能微電網系統(tǒng)時，也會參考高斯– 賽德爾迭代法、牛頓– 拉夫遜法、P–Q 分解法等理論，計算電網系統(tǒng)網絡拓撲、發(fā)電負荷等運轉情況和相關數值。從整體性能來看，基于交直流混合微電網設計理念構建的分布式光伏智能微電網系統(tǒng)可以實現(xiàn)孤網運行和并網運行的目標。孤網運行是指微電網和大電網之間沒有產生有功功率和無功功率等方面的聯(lián)系，能夠獨立于大電網之外自行運轉。在孤網運行狀態(tài)下，該模擬系統(tǒng)能夠利用柴油后備發(fā)電機、光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)自動運行。由光伏發(fā)電向負荷提供有功功率，柴油發(fā)電機提供無功功率。并網運行是指微電網與大電網之間能夠做到相互聯(lián)系，共同供電。在該模擬仿真系統(tǒng)中，微電網能夠在并網運行狀態(tài)下由光伏發(fā)電、后備柴油發(fā)電機及電網共同提供有功功率和無功功率。

本次模擬仿真系統(tǒng)使用的交直流混合微電網理念也能發(fā)揮出直流微電網的優(yōu)勢，光伏直流發(fā)電裝置和光伏發(fā)電能夠直接提供電能，不需要經過電流轉換，因此可以進一步提升電流輸送的功能。在直流供電模式下，大電網、后備柴油發(fā)電機及光伏直流發(fā)電設備能夠直接提供電能，系統(tǒng)內的裝置也會接在直流母線上，因此直流電流會決定直流母線上的電流大小。從這一點來看，直流輸出的電能比較充足，可以利用逆變器將電能輸送到大電網中。假設某建筑物使用交直流混合微電網設計模式，在孤網運行的狀態(tài)下，直流負荷將會通過直流電樁給電動汽車供給電能，交流負荷則可以通過交流供電設備向建筑物照明系統(tǒng)、消防系統(tǒng)及其他系統(tǒng)供給電能。交直流混合微電網模式下，交流母線和直流母線之間能夠相互聯(lián)系，因此電能也可以進行更加合理的分配。當直流負荷供電不足時，可以利用逆變器將交流母線上的電能輸送到直流母線中，以此達到平衡供電的目的。

由此可見，交直流混合微電網能夠打破交流微電網和直流微電網在電能分配方面存在的局限性，也能夠根據直流母線和交流母線的負荷變化情況進行調節(jié)，將直流負荷和交流負荷靈活分配到直流母線和交流母線上，然后通過相應的轉換裝置輸送電能，減少不必要的損耗，在提升供電效能的同時強化供電系統(tǒng)穩(wěn)定性。交直流混合微電網有比較好的能量互通性能，因此與其他組網方式相比，這種模式更加高效便捷，這也是近些年來很多地區(qū)使用交直流混合微電網的主要原因。從經濟效益的角度來看，使用分布式光伏智能微電網不僅可以節(jié)省電能，也可以產生更大的經濟效益。有需要的話，還可以加設光伏板，增加太陽光輻射值，然后利用微電網增加電能轉換率，這樣可以以極少的成本獲得更多經濟效益。

5 結束語

與傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)相比，分布式光伏智能微電網系統(tǒng)可以解決大規(guī)模分布式電源接入電網的困難，同時也能夠更加靈活地配給電能，滿足用戶需求。如果大電網發(fā)生故障，分布式光伏智能微電網系統(tǒng)可以實現(xiàn)孤網運行，保證供電效果。這種組網模式比傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)投入的成本更低，而且也能夠阻止電能損耗，因此可以產生更高的經濟效益，這也使得分布式光伏智能微電網在電力系統(tǒng)發(fā)展變革中成為新的發(fā)展方向。

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