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新能源电网中微电源并网的控制方法

范文

陈萌

摘要：本文对微电源的种类及其特性进行探究，然后给出微电源并网的基本结构，并在此基础上对新能源电网中微电源并网的控制方法进行分析与探讨，根据实际情况选出几种比较合理的微电源并网控制方式，希望能为相关电力部门提供参考。

关键词：新能源电网;微电源;并网;控制方法

中图分类号：TM727文献标识码：A文章编号：1003-5168（2019）29-0147-03

Control Method of Micro Power Grid Connection in New Energy Grid

CHEN Meng

（Power China Henan Electric Power Survey & Design Institute Corporation Limited，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： In this paper， the types and characteristics of micro power supply were discussed， and then the basic structure of micro power supply grid connection was given. On this basis， the control method of micro power supply grid connection in new energy grid was analyzed and discussed， and several reasonable micro power supply grid connection control methods were selected according to the actual situation， hoping to provide reference for relevant power departments.

Keywords： new energy grid;micro power supply;grid connection;control method

隨着社会的不断发展，人们的日常工作与生活消耗的能源越来越多，对电力资源的使用更是无法估计的，电力资源逐渐发展成为社会进步的重要推动力。但是，从目前发展情况来看，电力资源的使用逐渐呈现出供不应求的趋势，人们对微电源的开发和利用并不能有效缓解这种现状。造成这种情况的原因主要有两方面：一方面是电力资源部门在应用微电源时并不能有效控制供应的电压和频率等参数，为电力资源的供应埋下安全隐患;另一方面是微电源自身的供应特点，导致电网在供电时很容易受到微电源的影响。由此可见，相关电网管理人员应注重做好微电源并网的控制工作，争取将微电源的优势发挥到最大，为社会的进步和发展提供稳定的资源支持。

1 新能源电网中微电源的种类与性质

1.1 微电源的概念及分类

微电源并不是指体积或者质量很小的电源，其是指存在于电网中的逆变器、用于储存电能的储能装置以及分布式电源共同组成的供电系统[1]。由于其规模并没有传统的电源大，却能带动整个供电系统运行，因此被称为微电源。按照特性，微电源大致可以分为两类，其中一类是与传统电机相关的微电源，如水力发电机、生物能发电机以及小型柴油发电机等;另一类是可以直接连接电网的微电源，如燃料电池、微型燃气机等。与第一类微电源相比，第二类微电源更适合应用在现代电网中，不仅是因为第二类微电源能实现电流的整合、变向等目标，而且还因为其能有效降低电网的安装和维修成本，减少电力资源对周边环境的影响和污染。但是，因为第二类微电源的控制方式比较特殊，在控制电网时需要采取特殊的控制方式，从而实现电网的全面有效控制，为电力资源的正常运输提供坚实的技术支持。

1.2 光伏电池数学模型及其性质

光伏电池主要依靠将光能转化为电能放电，即太阳能收集板将直射到板上的光能收集起来，然后通过转化设备将其转换为电能，实现利用太阳能发电的目标。现阶段的光伏电池主要依靠其内部的并联型电阻实现光能到电能的转换，因为其精准性和高效性，光伏电池在电网中的应用比较广泛[2]。光伏电池的模型参数如表1所示。

该光伏电池的工作原理为：太阳光直射到太阳板上，太阳板收集照射能量并将其转化为光电流，这个过程中会形成电流通路，然后在负载电阻的两端产生负载电压，而三极管的两端在同一时间会产生偏置电压，最终实现光能与电能的转化。在这个过程中，光伏电池的电流变化能通过电流检测设备观察到，其功率变化也能通过观察串联电阻两端电压的变化得到。除此之外，还可以通过光伏电池内部的并联电阻了解电路的破损甚至是短路情况，为相关电网管理人员时刻了解供电情况提供帮助。

1.3 微型燃气机发电系统的模型及其性质

微型燃气机作为新型小发动机能有效延长电网的使用寿命，为电网的正常运行提供帮助。微型燃气机的输出功率一般需要控制在25kW左右，其主要依靠活塞运动带动汽轮机工作来增加回热室的热量，然后借助电控设备完成电力资源的传送。与传统的发电设备相比，微型燃气机能降低对一种燃料的依赖，达到减少资源使用和浪费、降低污染气体排放量的目标。微型燃气机的主要部件有负荷、燃料室、永磁发电机及整流器。在微型燃气机工作过程中会产生一些差值，如实际转速与参考转速之间的差值、实际运转时间与参考运转时间之间的差值等。这些差值的存在有助于微型燃气机发电系统形成差值调节[3]。在实际运行过程中，该差值调节的本质为比例调节，其目的是确保加速控制模块的运行环境比较稳定，从而将转子旋转速度控制在合理范围内，进一步将电机的运行温度调节在机器可承受范围内，实现降低叶子磨损、提高供电水平的目的。

1.4 蓄电池模型及其性质

蓄电池与其他电池在结构上存在一定的差异，一方面是因为蓄电池更偏向于化学电池，其能源转换主要依靠化学物质之间的反应进行;另一方面，蓄电池能避免能量的消耗和浪费，因为其能将多余的能量储存在化学物质中[4-5]。蓄电池的工作原理主要为：将化学能通过氧化还原反应转换为电能，在这个过程中，会涉及一些化学物质的反应以及能量转换和储存问题。因为在电网实际工作过程中，微电源的运行功率和负荷最好不发生变化，所以在控制系统波动方面，需要借助储能系统来完成，即借助储能系统将电压和电流频率控制在固定范围内，确保电网在工作时不会受到这些波动的影响，从而避免频率或者电压波动造成电网故障。

接下来主要探究蓄电池模型的构成情况。蓄电池模型由电流直流转换器以及辅助控制器组成，电路直流转换器在控制电荷容量及电荷状态中发挥重要作用，辅助控制器则主要用于确定蓄电池的储存状态，避免出现蓄电池由于储存电能过多而造成损害的问题。

2 微电源并网的基本结构

微电源并网主要由储存能量的设备和装置、发挥控制作用的控制系统、电力负荷系统三部分构成。微电源需要借助电力电子才能顺利接入电网中，从而为电网的正常使用和高速运行提供帮助。由于电力负荷的限制，电网只能采取单独运行或者并网运行两种方式，一旦采取其他方式，就可能导致电能的不稳定传输，阻碍电力资源的顺利运输。在电网正常工作时，一般都采用并网运行方式，一方面是因为并网运行能随时稳定电压和频率等参数;另一方面，并网运行能增加电网的承受能力，提高电网的使用效率。而单独运行的情况比较少见，一般出现在供应的电力资源不符合国家标准时。微电源并网以放射状的方式将外部电网与静态开关联系在一起，静态开关作为划分界限，将微电网划分为两部分，一部分是连接微电源的馈线，另一部分是确保电网不会立即停止工作的独立运行部分，即与馈线连接在一起的非敏感负荷部分。因为微电网的配置问题，在改进微电网的控制方式时，需要注意潮流控制器的管理和使用，从而确保微电网能拥有一个稳定且安全的运行环境。

3 微电源并网的控制方法

3.1 V/F控制

在微电网中，电源功率主要依靠下垂特性完成传输工作。微电网的本质为以微电源为主要构成要素的逆变并联电力供应系统。研究人员可以借助上述特点和本质对微电网的控制方法进行研究，以期通过控制电功率的方式实现控制无线并联系统的目标。该控制系统的实现过程如下：首先按照下垂特性将逆变器输出的功率指令值分配到相应部分，然后经过对功率进行调节和反向等操作实现对功率有效性的区分。具体情况为：当在逆变器中输出的阻抗具备感性特征时，其中的有效功率将会随着输出频率的改变而呈现反向改变的情况，例如，当输出频率逐渐增加时，有效功率将逐渐减少。总的来说，V/F方式主要依靠控制輸出频率的方式实现微电网的控制，当微电网的电压或者频率发生改变时，微电网能通过V/F的方式进行自动调节，达到电力资源的稳定传输和共享目标。

3.2 PQ控制

PQ控制与V/F控制存在一定的相似之处，其也是通过控制有效功率实现对微电网的控制的。在PQ控制过程中，相关研究人员应将预定数值提前设置好，避免微电网在运行过程中出现有效数值报错问题，在微电网内部系统运行时，还要时刻关注微电网外部的控制系统状态，确保微电网的外部系统与实际情况偏差不大，为设计人员在运用电流调节器控制微电网时提供帮助，同时，有助于轴的分量配备工作顺利完成。值得注意的是，PQ控制方式并不支持独立运行状态。

4 结语

随着微电源技术的不断改进与发展，微电源并网的安全性和可靠性得到很大提升。将微电源应用到电网中不仅能减少电力部门在电网管理和维修方面投入的成本，还能有效降低电力资源供应带来的环境污染，为我国生态经济的发展提供支持和动力。希望相关技术人员能重视储能装置、微电源逆变器的优化和改进问题，争取为微电源的普及和广泛应用提供帮助。

参考文献：

[1]蔡嘉隽，薛景，黄志芳，薛松.新能源电网中微电源并网的控制方法探讨[J].产业与科技论坛，2017（17）：81-82.

[2]谭超，李晓娟.新能源电网中微电源并网控制对策[J].通讯世界，2017（9）：158-159.

[3]陈汝昌，陈飞，张帆，程广清.新能源电网中微电源并网控制策略研究[J].电力系统保护与控制，2015（12）：55-60.

[4]信鹏飞.微网中微电源的协调控制方法研究[D].北京：华北电力大学，2014.

[5]Tang Y， Zhao S， Ten C W， et al. Enhancement of distribution load modeling using statistical hybrid regression[C]//Power & Energy Society Innovative Smart Grid Technologies Conference （ISGT）， 2017 IEEE. IEEE， 2017： 1-5.

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