互联微电网运行频率稳定性控制策略

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【摘要】随着分散式电源应用范围的增加互联微电网在现代电网运行中使用频率越来越高，其是一种更加科学、合理的电能量管理模式。但是互联微电网孤岛运行过程中很容易出现频率波动问题，从而对整个电系系统稳定性和安全性产生不利影响。因此本文基于电系系统运行一般规律，从点能量管理需求出发，针对互联微电网孤岛运行频率稳定性协调控制提出相应的发展和管理策略。

【关键词】互联微电网孤岛;运行频率;稳定性;协调控制

一、互联微电网及其运行频率

互联微电网是分散式能源管理模式下诞生的一种能量管理控制单元，通常包含了分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷监控和保护装置等，其本质上是一种小型的发配电系统。相较于传统能量管理模式，微电网更加灵活、高效，尤其是在数量、规模均较庞大的电系系统中，微电网的应用能够充分提高能量利用效率、有效提高能量负荷管理可靠性，实现电能的智能化、科学化管理，最终实现传统电网向智能电网的转换。现今，微电网在我国电系系统中应用较为广泛，以微电网群的形式出现，从而衍生出了一种多微电网孤岛互联运行的应用模式。通过将多个孤岛互联起来，来提高电系系统运行效率，提高配供电可靠性，但是不同孤岛的运行参数、优化目标、约束条件存在差异，其在运行频率上存在差异，如果其中一个孤岛运行频率波动，必然会对整个电系系统运行频率产生影响，构成安全隐患或引发整个电系系统故障，因此提高互联微电网孤岛运行频率稳定性协调控制对整个电系系统运行稳定性、可靠性和安全性均具有重要意义。

二、模型构建

本文所用互联微电网频率控制器中整个微电网中存在主、次两个变流器，两个变流器共同负责微电网运行频率控制，同时在微电网中接入互感器。同时整个微电网整体模型中主要包含汽轮机、光伏电源(分布式电源)和储能装置三部分组成。

三、互联微电网孤岛运行频率稳定性协调控制策略

(一)孤岛频率控制思路分析。以所构建的微电网模型来看，当微电网整体处于孤岛运行状态下，主变流器和次变流器正常作业，对电路进行一次和二次调频，实现整体电系的频率稳定。孤岛发生后，首先实现对储能装置的控制，通过调节注入或吸收的功率来稳定电网整体频率稳定性，同时工作人员可以根据储能装置反馈的参数来评价微电网运行频率。这是本文中所构建微电网模型的调频工作基本机制，也是互联微电网孤岛运行频率稳定性协调控制的基本单元。从上述机制中不难看出，这种调频思路存在明显的局限性。一是对主次调频装置的依赖，需保证主次调频装置处于稳定的运行参数下;二是对储能装置的依赖性，调频通过改变储能装置的输出、吸入来实现调频;三是这种调频之下存在一个不可消除的物理偏差，即从响应到反馈之间存在的时间延迟。对硬件设备的依赖可以通过加强检修与维护来避免，而时间延迟则是现阶段微电网运行过程中无法避免的偏差，也是最容易产生频率波动的环节。因此互联微电网孤岛运行频率稳定性协调控制的主要思路都集中在消除时间延迟上，通过减少响应延迟来提高调频效率，降低电网运行频率波动程度及影响范围。实践中多以互联微电网功率容量互为备用的设置来改善变流器动态运行参数，从而提高运行频率稳定。

(二)协调控制系统构建。为提高微电网频率控制稳定性，对协调控制系统进行三层设计，系统整体分为三层，第一层为频率协调层，是从宏观上监控互联微电网运行参数，能够对微电网运行状态进行实时、动态、持续监测与控制，是工作人员的主要交互层。同时配合逻辑电路控制器，可做到运行目标控制和开关状态控制。此外，可搭配外部LED显示系统和单片机控制系统，实现自动化、智能化监控。第二层为微电网的内部控制层，是针对不同运行模式下微电网参数具体协调与控制的管理层面。根据实际需要，主要设定三种控制模式，分别为协调模式、孤岛模式和并网模式。不同运行模式下，运行目标不同，在完成单片机逻辑编译后即可实现自动化、智能化的协调控制效果。协调模式运行目标具体为增加互联微电网系统惯量，尽可能降低频率爬坡发生率;并网模式运行目标具体为维持潮流平衡，最高效率使用分布式电源;孤岛模式运行目标具体为接入储能装置，调节吸入和输出，使运行参数稳定。第三层则为微电园指令分配层，该层是具体控制各单元电能分配和运行参数，使电系运行状态与电源输出相匹配，最大限度保证系统运行的稳定性。

(三)协调控制启动阀值设定。对互联微电网协调控制系统做以下逻辑设定。电源接入，系统进入工作状态，通过监控线路对各单元运行参数进行获取、整理和比对，当发现参数与参考值存在偏差时，判断能够保持频率稳定，若无法维持运行频率稳定则启动协调控制系统，若仍可以维持运行参数稳定则不启动协调控制系统。启动协调控制系统是快速纠正孤岛模式下运行频率波动的监控系统，因此设定协调控制系统启动的阀值是系统启动的先决条件，具体阀值确定思路大体如下。假定微电网正常运行频率为50.00Hz，具体阀值及协调控制系统运行参数设定如下:一是监测到网A输出功率超过额定，运行频率在50.02Hz以上时则提示微电网B中存在缺额功率。此时若监测到微电网B运行频率低于49.98Hz则应当启动协调控制系统，实现网A向网B输出，当再次检测时网A频率低于50.02Hz且高于49.98Hz，同时网B频率高于49.98Hz且低于50.02Hz则提示协调控制完成，协调控制系统停止工作。二是监测到网B输出功率超过额定，运行频率在50.02Hz以上时则提示微电网A中存在缺额功率。此时若监测到微电网A运行频率低于49.98Hz则应当启动协调控制系统，实现网B向网A输出，当再次检测时网B频率低于50.02Hz且高于49.98Hz，同时网A频率高于49.98Hz且低于50.02Hz则提示协调控制完成，协调控制系统停止工作。三是当上述两种情况均未发生时，则不启动用于协调多个微电网孤岛之间运行频率的控制系统，仅启动基本的监控系统，对控制器、控制设备、储能设备运行功率进行监控，同时进行电源、负荷、电网频率之间的基本协调控制，以期提高电系系统运行稳定性。

四、结语

互联微电网孤岛协调控制的关键在于能够动态实时监控电路运行参数以及通过两个微电网之间的容量互偿来调节缺额，从而达到维持电网运行频率稳定的目的。因此在实际的构建过程中要注意做好外部监测网络、内部控制网络的逻辑设计，同时充分利用互联微电网孤岛状态下运行特点，进行最小范围的、最高效率的电能应用协调分配与管理。

【参考文献】

［1］崔嘉，杨俊友，葛维春等．互联微电网孤岛运行频率稳定性协调控制策略［J］．电网技术，2019，43(8):2901～2909

［2］李凯婷．含V2G的微电网运行优化和控制研究［D］．南京师范大学，2017

作者：陈晶 单位：兰州工业学院讲师