微电网运行控制策略研究

微电网运行控制策略研究

王长伟

（广东电网公司佛山供电局广东省佛山市528000）

摘要：该文以某职业技术学院微电网工程为研究对象，针对面向可再生能源的微电网系统如何实现分布式电源、储能装置、负荷之间的协调，达到系统的稳定和最优运行，制定了运行控制策略。针对并网运行、离网运行，分多种工况来进行现场试验。测试结果表明，该微电网系统可连续稳定运行，并/离网启动、运行、切换都能满足控制要求。

关键词：微电网；运行；控制；策略；分析

1导言

微电网将分布式发电、负荷、储能设备及控制装置等纳入一个小电力系统中，形成一个单一可控的单元，同时，削弱了分布式发电对电网的冲击和负面影响，增强了电力系统的供电安全性和可靠性，被认为是解决大规模新能源发电接入电网的有效途径。微电网系统的运行控制策略作为微电网技术的重要组成部分，对于提高微电网系统的安全、可靠、稳定、经济运行有着不可替代的重要作用，该课题已成为面向可再生能源的微电网系统应用和推广亟需解决的问题，具有重要的理论和工程价值。针对典型的可再生能源微电网，提出并网启动、离网启动、并网运行、离网运行、并网转离网、离网转并网、停机等运行控制策略，并通过实际微电网工程，对这些控制策略进行了验证。

2微电网通信架构

以某职业技术学院交直流混合微电网系统为研究对象，交流母线为三相380V，直流母线采用800VDC。该微电网主要由分布式电源、负荷、储能装置及控制装置组成。

2.1现场智能节点控制级

由于微电网子系统比较多，而且分布在现场的位置比较分散，所以将整个微电网控制系统分为分布式电源、储能单元、交直流负载等子系统。采用多个现场智能节点，实现对储能变流器（PowerControlSystem，PCS）、储能单元、负荷单元、各发电单元的数据采集及设备控制等，在整个系统中还充当现场的就地控制器的角色。智能节点控制级将实时采集的参数进行运算，形成相应的就地暂态控制策略，同时也把实时采集的数据通过工业以太网传送给MGCC微电网中心控制级，形成微电网的整体控制策略，并将MGCC微电网中心控制级的反馈信息和控制命令传输至现场智能节点，保证微电网稳定运行。所有现场智能节点采用可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC）。

2.2微电网中心控制级

微电网中心控制级的微电网中心控制器MGCC同现场智能节点一样，也是采用PLC来实现功能。MGCC能直接控制微电网的现场智能节点，采集每一台设备的工作状态。

3微电网运行控制策略

3.1并网启动策略

系统待机时，组态界面下发并网启动命令后，MGCC程序进入并网启动步进，步进开始判断储能逆变器状态。状态为故障时，退出并网启动策略，无故障时，通信设定储能逆变器状态为并网模式。当储能逆变器状态设置并网模式后，启动储能逆变器。通信检测到储能逆变器并网运行时，依次顺序开启各发电单元：直流单晶硅发电单元－直流多晶硅发电单元－交流单晶硅发电单元－交流多晶硅发电单元－交流非晶硅发电单元－风力发电单元，开启的方式为：通过以太网和各单元PLC（即现场智能节点）进行通信，通信方式采用置位连续写的方式，当从站接收到指令时清除MGCC写状态，MGCC实时读取各发电单元的状态，当各无故障发电单元都启动后系统进入并网运行模式。

3.2离网启动策略

离网启动条件和并网启动一样，在系统待机、储能逆变器无故障时方可启动。组态界面下发离网启动命令后，MGCC程序进入离网启动步进，步进开始判断储能逆变器状态，状态为故障时，退出离网启动策略；无故障时，通信设定储能逆变器状态为离网模式。当储能逆变器状态设置离网模式后，启动储能逆变器。通信检测到储能逆变器离网运行时，系统进入离网运行模式。

3.3离网运行策略

系统离网运行的调节对象是发电单元输出功率和负载功率的平衡。在离网运行时，将电池的状态分为电池充满期、电池可控期、电池充电期。电池充满期：电池的电量接近100%，判断方式为检测电池最大单体电压，当最大单体电压大于3.55V，此时将停止对电池充电，并置位电池充满保护状态。待电池最大单体电压小于3.35V时，释放电池充满保护状态，进入电池可控期。电池充满保护状态触发后，MGCC将通过发电功率和负载功率计算功率差，调节各发电单元的输出功率。调节的顺序为：交流单晶硅功率调节－交流多晶硅功率调节－直流单晶硅关闭－直流多晶硅关闭－交流非晶硅关闭－风力发电关闭。

电池可控期：当电池电量处于可充可放期间时，为电池可控期。判断依据为电池未进入充满保护状态和放电保护状态。电池可控期间，开启所有无故障发电单元。电池充电期：当电池电量不足时，电池进入放电保护期，判断依据为电池最小单体电压＜3.15V，此时将置位电池放电保护状态，放电保护状态在电池最小单体电压＞3.25V时解除，进入电池可控期。电池放电保护状态时，开启所有发电单元，并将可调功率单元的功率调至最大，当所有发电单元开启尚不能满足负载需求时，将开启柴油发电机。如果柴油发电机满功率运行，还不能满足负载需求时，将计算发电和负载功率差，调节负载的输出功率。当电池最小单体电压＜3V时，系统停机保护。

3.4并网运行策略

系统并网运行时主要是对电池充放电进行调节，调节的宗旨是最大限度地分配微电网内的电能，通过统计发电单元的总输出功率和负载的总消耗功率来进行运算，计算出功率差。当发电大于用电时，将多余的电能充入到电池内，充入方式为：功率差除以电池电压，得出电池的充电电流，通过通信的方式控制储能逆变器，设置电池的充电电流。当电池的电量接近充满状态时，将多余的电能输送至电网内。电池充满判断依据为检测单体电池最大电压的方式，当单体最大电压达到保护值（3.55V）时，MGCC进入并网模式电池充满期，通信设置电池电流为0。当发电小于用电时，由电池提供缺少功率，电池放电电流为功率差除以电池电压，通过通信的方式控制储能逆变器设置电池的放电电流。当电池的电量不足时，将由电网补充功率差，同时从电网取电给电池充电（随时保持电池不耗尽，一则为延长电池寿命，二则为随时应对离网需求）。电池电量不足判断依据为检测单体电池最小电压的方式，当单体最小电压小于最低放电电压（3.15V）时，MGCC进入并网模式电池充电期，充电期内，当电量供过于求（发电功率大于放电功率）时，电池充电功率为功率差。当供不应求（发电功率小于放电功率）时，电池以充电电流为0.3C充电。

4结论

该文针对典型微电网工程，研究了微电网的并网启动、离网启动、并网转离网、离网转并网、停机控制策略。通过并网、离网多种不同工况下的能量流动的测试，对各种控制策略进行了验证。通过反复调试，该微电网系统可连续稳定运行，并/离网启动、切换也都能满足控制要求。并/离网切换时间小于20ms，同时，在切换过程中，各分布式电源正常稳定运行，负载不断电运行。

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