基于风-光-储多能微网运行控制策略的研究

潘博 潘煦 祁思扬

嘉兴国电通新能源科技有限公司 浙江 嘉兴 314000

引言

随着能源消耗不断增加，生态环境日益恶化，可再生能源的开发利用越来越受到人们的重视。我国战略性新兴产业发展规划中明确指出：大力发展新能源产业，积极探索推动试验示范光热电站建设，增加清洁能源供应；开展新能源发电的系统仿真、功率预测和并网运行控制等先进技术研发及推广；加强电网对新能源的消纳能力和技术保障，积极推动智能电网运行体系建设，提高智能电网管理运行水平；重点发展储能器件制造和储能系统集成，以及储能技术在智能电网、太阳能发电与风力发电并网等方面的示范应用。

1 微网系统运行模式及控制策略

微网高级控制策略保证微网系统并网运行时的经济优化，离网运行时的稳定可靠。微网控制策略主要针对并网运行、离网运行以及离并网切换状态。

1.1 并网运行控制策略

微网系统内新能源发电易受天气等自然因素的影响，功率输出具有间歇性和随机性的特点，针对可再生能源的功率波动，结合功率调度指令，协调运用能量管理策略，对储能、负荷、发电源等单元进行综合协调优化调度，以实现微网与市电公共连接点（PCC）的并网功率优化控制。具体流程如图1所示。

图1 并网运行控制流程

给出了协调控制模块的控制框图，图中的期望交换功率根据运行模式的不同，由配网调度给定或是优化计算产生给定。

（1）调度模式

该模式将PCC功率调整为常量或调度指定值。当微网接收到与市电功率交换指令时，储能系统结合光伏发电量与负荷的实际用电量，更新输出功率值，并将指令分解至各储能单元，实现微网与市电的能量交互跟随功率指令的变化。该模式的优点在于，相对市电而言，微网能够等效为一个可调度的负荷（或电源）。

（2）单目标优化-削峰填谷模式

考虑到太阳日照特性与负荷的峰荷特性存在一定程度的重合，将光伏发电设置为峰荷电源，储能系统根据PCC的实际功率流向，并结合光伏发电量与实际用电情况，更新输出功率值。当PCC功率流向微网超过10kW时启动策略，储能系统释放能量，实现削峰优化运行；当PCC功率流向市电超过10kW时启动策略储能系统存储能量，实现填谷优化运行。

（3）单目标优化-储能优化管理模式

支持手动输入功率调度指令，为储能系统紧急状态干预、临时性人工调度等应用需求提供在线、友好的信息交互[1]。

1.2 离网负荷控制策略

在并网运行模式下，微网的交流母线由市电提供稳定的电压与频率，电源与储能等单元均以并网方式运行。当市电停电或发生故障时，微网转入孤网运行模式，由储能单元实现负荷的快速分担、电压及频率调节、保障用户电能质量等功能，即储能单元控制器不仅具备基本的功率控制功能，还应具备按各自容量比例分担负荷、抑制干扰等特性。相应的控制策略主要包括：

（1）蓄电池储能工作在电压/频率控制模式，建立并维持系统电压及频率，在电源、负荷等单元功率波动的情况下，自动平衡微网功率流动，系统轻载时，风电，光伏在发电高峰期所产生的剩余电能由储能系统储存。

（2）当发电功率不能满足负荷需求或市电长时间故障时，蓄电池储能容量无法长时间支撑微网的电力供应，继续投入尚未投运的发电支路，并根据负荷的重要性进行分级，微网内共设3级负载，其中1级负荷为最重要负载，2级次之，3级负荷为最不重要负载，严重时依靠减载设备的动作进行3级负载的分步分级减载，使保留运行的负荷量与运行中的发电量相适应，保持系统继续安全稳定运行，保证向重要负荷不间断供电，使系统在实际可能的各种运行方式下，不发生频率崩溃，也不使频率长期悬浮在某一过低或过高的数值。但当系统电压频率下降不大，频率电压虽低但不危及系统运行时，保持负荷的正常供电。

1.3 并离网切换策略

（1）微网启动后工作在离网运行模式，当其离网运行转换至并网运行时：

1）主电源控制器检测到电网电压正常后，以当前电网电压作为控制器的输出电压参考，不断调整其输出使静态开关两侧的电压相位和幅值相同。

2）当主电源控制器满足并网条件后，下达合闸指令，同时主电源器控制器由电压控制切换至电流控制策略。在微网运行模式切换过程中，从电源始终运行在电流控制模式下。当微网运行模式切换完成后，根据微网出力特性逐步调整微网内分布式电源出力与负荷用电[2]。

2 结束语

本文的风－光－储多能微网系统已应用于四川某110kV变电站内，目前已进行了多次离并网切换，运行良好。在运行中，离网向并网切换暂态时间不超过80ms，并网向离网切换暂态时间不超过500ms，并离网切换过程中双向变流实现不停机过渡。