光伏發(fā)電微網(wǎng)控制策略分析

陳帆

【摘要】電網(wǎng)發(fā)展過程中，新能源發(fā)電愈來愈受到重視。近年來，光伏發(fā)電取得了突破性進(jìn)展，使其在微網(wǎng)中所占的容量比重愈來愈大，但同時(shí)也對(duì)微網(wǎng)工作穩(wěn)定性產(chǎn)生了一定程度影響。為讓微網(wǎng)保持正常的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，必然要對(duì)光伏發(fā)電采取一定的控制策略，使其能夠良好地兼容于微網(wǎng)中運(yùn)行。基于此，本文對(duì)光伏發(fā)電微網(wǎng)控制策略進(jìn)行了綜合性分析，并提出了相關(guān)觀點(diǎn)，以供參考。

【關(guān)鍵詞】光伏發(fā)電；微網(wǎng)控制；虛擬技術(shù)

1.光伏發(fā)電技術(shù)概述

相對(duì)于傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)而言，光伏發(fā)電過程簡單、能源分布廣泛、無噪聲污染且環(huán)保性能突出，這些特征使其愈來愈受到關(guān)注，且應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)充。盡管光伏發(fā)電存在諸多優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際發(fā)電過程中，功率輸出易受到外界環(huán)境影響，特別是光照強(qiáng)度及環(huán)境溫度會(huì)造成功率輸出出現(xiàn)動(dòng)態(tài)性波動(dòng)，影響了供電穩(wěn)定性[1]。目前，光伏發(fā)電主要是通過電力電子接口接入微網(wǎng)當(dāng)中，所以并不具備慣量，無法有效克服負(fù)荷波動(dòng)。在負(fù)荷波動(dòng)的作用下，會(huì)造成系統(tǒng)電壓與系統(tǒng)頻率受到干擾，導(dǎo)致電能質(zhì)量下降。但即便如此，光伏發(fā)電依然有著良好的發(fā)展前景。相信通過相關(guān)技術(shù)不斷完善，光伏發(fā)電未來必然會(huì)在電網(wǎng)中占據(jù)重要地位。

2.光伏發(fā)電問題分析

光伏發(fā)電系統(tǒng)具有一定程度的強(qiáng)非線性系統(tǒng)特征，并且存在隨機(jī)性及間歇性缺陷。光伏電池是光伏發(fā)電的主要元器件，通過光伏電池的作用可將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。然而在上述過程中，光伏電池的功率與外界光照強(qiáng)度存在密切聯(lián)系。當(dāng)光照強(qiáng)度出現(xiàn)變化時(shí)，輸出功率也會(huì)隨之產(chǎn)生變化。例如，在多云天氣中，光照強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)頻繁變化，這種變化特征將直接導(dǎo)致光伏發(fā)電輸出極不穩(wěn)定，給微網(wǎng)電壓及供電頻率產(chǎn)生影響。若情況嚴(yán)重的話，甚至?xí)?dǎo)致發(fā)電系統(tǒng)崩潰，中斷負(fù)荷供電[2]。其次，光伏發(fā)電功率會(huì)造成逆變器維持輕載狀態(tài)工作，導(dǎo)致保護(hù)裝置誤動(dòng)，并提升電流諧波含量。從本質(zhì)上來看，光伏電池屬于逆變電源，無論是電能轉(zhuǎn)換還是功率控制均需要相關(guān)電力設(shè)備及電子設(shè)備支持。在這種前提下，光伏發(fā)電的動(dòng)態(tài)性特征也會(huì)對(duì)微網(wǎng)整體穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，并影響到電能質(zhì)量。將光伏發(fā)電并入電網(wǎng)中，其特性會(huì)與電網(wǎng)特性產(chǎn)生疊加作用，使得運(yùn)行過程變得更為復(fù)雜。為保持光伏發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，需要為光伏發(fā)電相關(guān)設(shè)備配置具有一定容量的儲(chǔ)能裝置，并采取合適的功率控制策略來抑制功率輸出波動(dòng)。

在光伏發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用蓄電池，可讓光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性得以提升。光照充足時(shí)，可利用光伏電池對(duì)蓄電池進(jìn)行充電；當(dāng)光強(qiáng)度出現(xiàn)波動(dòng)變化時(shí)，則利用蓄電池根據(jù)功率波動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的充放電，以保持功率輸出處于穩(wěn)定狀態(tài)，起到平抑作用。目前，光伏發(fā)電多采用分布式光伏發(fā)電機(jī)，該類型發(fā)電機(jī)功率較小，且環(huán)境變化會(huì)對(duì)功率輸出產(chǎn)生明顯作用，將蓄電池引入系統(tǒng)中，可促使功率輸出更為平滑，以促進(jìn)供電質(zhì)量提升。

3.基于虛擬同步發(fā)電機(jī)的光伏微網(wǎng)控制策略

本研究中提出了一種基于虛擬同步發(fā)電機(jī)的光伏微網(wǎng)控制策略，以保證光伏發(fā)電微網(wǎng)控制的穩(wěn)定性，具體如下：

3.1策略來源分析

與大規(guī)模電網(wǎng)相比，微網(wǎng)容量較小，其本質(zhì)區(qū)別在于發(fā)電裝置的不同。大規(guī)模電網(wǎng)中多采取同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，微網(wǎng)則主要應(yīng)用分布式電源進(jìn)行發(fā)電。由于分布式電源單機(jī)容量較小，若電網(wǎng)容量負(fù)荷較大，就需要采取多臺(tái)設(shè)備進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，這會(huì)從一定程度上增加操作難度。多數(shù)情況下，分布式電源均采用自然能源，其功率輸出穩(wěn)定性取決于自然環(huán)境，穩(wěn)定性不如同步發(fā)電機(jī)。另外，分布式電源電抗能力較弱，若出現(xiàn)故障，可能會(huì)直接造成系統(tǒng)癱瘓。為維持光伏發(fā)電微網(wǎng)的穩(wěn)定性，可借鑒同步發(fā)電機(jī)的調(diào)頻調(diào)壓方法，將同步發(fā)電機(jī)算法置入逆變控制過程中，從而構(gòu)建出“虛擬同步發(fā)電機(jī)”，并采用功頻控制器和勵(lì)磁可控制器進(jìn)行控制，讓分布式光伏發(fā)電設(shè)備也具有同步發(fā)電機(jī)的特性，以提升功率輸出穩(wěn)定性與供電質(zhì)量。

3.2結(jié)構(gòu)框架分析

虛擬同步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)具體如下圖1所示：

圖1 虛擬同步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)

上述模型主電路為三相逆變電路，其算法模塊基于二階機(jī)電暫態(tài)模型所構(gòu)建，可對(duì)轉(zhuǎn)子機(jī)械特性進(jìn)行有效模擬。另外，算法模塊可同時(shí)模擬定子的電氣特性。實(shí)際工作過程中，電流互感器可對(duì)濾波器中的電流進(jìn)行檢測，而電壓互感器則可對(duì)相應(yīng)的電壓進(jìn)行檢測。所獲取的信號(hào)將被傳輸至功頻控制器及勵(lì)磁控制器。通過二者調(diào)節(jié)作用，可讓逆變裝置輸出趨于平衡，以維持發(fā)電系統(tǒng)功率穩(wěn)定輸出，保證系統(tǒng)電壓與頻率均處于穩(wěn)定狀態(tài)。需要注意的是，在上述結(jié)構(gòu)中，濾波器只會(huì)對(duì)高次諧波分量產(chǎn)生過濾作用，但并不會(huì)影響到基波分量。

基于以上結(jié)構(gòu)，使得光伏發(fā)電設(shè)備可在并網(wǎng)運(yùn)行模式下以特定指令進(jìn)行用功功率輸出。即便是電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，微網(wǎng)也會(huì)轉(zhuǎn)變成“孤島運(yùn)行模式”，保證電能持續(xù)穩(wěn)定輸出。

4.結(jié)語

微網(wǎng)技術(shù)與光伏發(fā)電技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，分布式光伏發(fā)電設(shè)備的應(yīng)用空間也將愈來愈大，并且其并網(wǎng)容量也會(huì)不斷提升。然而實(shí)際發(fā)電過程中，光伏發(fā)電功率輸出的穩(wěn)定性并不理想，會(huì)受到環(huán)境干擾而產(chǎn)生波動(dòng)，對(duì)電能供應(yīng)質(zhì)量產(chǎn)生影響，這也從一定程度上制約了光伏發(fā)電的應(yīng)用。本研究中，提出了一種基于虛擬同步發(fā)電機(jī)的光伏微網(wǎng)控制方案，使得光伏發(fā)電設(shè)備具備同步發(fā)電機(jī)的特征，使其能進(jìn)行自主調(diào)頻、調(diào)壓，以維持功率輸出的穩(wěn)定性，提高供電質(zhì)量。未來，光伏發(fā)電將具備更具深度的應(yīng)用空間，甚至占據(jù)電力供應(yīng)的主導(dǎo)地位，為用戶帶來更優(yōu)質(zhì)的電能服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1]王中秋，李鋼.微網(wǎng)中光伏發(fā)電系統(tǒng)的儲(chǔ)能控制研究[J].電網(wǎng)與清潔能源，2013，（10）：91-96+104.

[2]李大中，楊育剛，李秀芬，云峰.基于能量預(yù)測的光伏微網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)控制策略[J].可再生能源，2014，（12）：1771-1775.