摘要：微电网是由负荷和微电源组成的独立可控系统，实现电能和热能的同时供给，基于电力电子接口的微电源可提供控制的灵活性，以保证微电网独立运行的稳定性，同时这种控制的灵活性也确保微电网能够作为可控单元实现并网运行，并且满足负荷对于供电可靠性和安全性的需要。与交流微电网相比，直流微电网具有控制简单，电力电子接口应用较少，便于燃料电池、光伏（PV）、储能单元等直流微电源接入等优点。
关键词：直流微电网；稳定控制；自适应；方法；分析
引言：近年来，直流微电网的研究和发展获得国内外众多知名高校、大型企业、相关研究机构的广泛关注。以高校为例，日本东京工业大学、大阪大学等在2004年提出了一种双极结构的直流微电网系统结构。2007年美国弗吉尼亚理工大学CPES中心提出了“Sustainable Building Initiative（SBI）”研究计划，主要为未来住宅和楼宇提供电力。自2008年以来，欧盟开展一项名为UNIFLEX（Universal and Flexible Power Management）的研究项目，研究通过新型功率变换技术适应未来有大量分布式电源接入的欧洲电网的功率流动管理。
1.直流微电网自适应稳定控制方法
根据直流微电网的运行特点，其母线电压的恒定即为系统稳定性的唯一判据。当供求平衡关系破坏时，直流母线电压的升高表征电能供大于求的运行状态，反之则表示系统内的供电能力无法满足负荷需求。因此，针对含有不同产权属性微电源的直流微电网的组成特点，研究基于通信网络的直流微电网自适应稳定控制策略，实现方法在于各子系统中的分布式微电源通过采样直流母线电压值，以判断当前系统运行状态，根据自身发电能力以判断是否需要通过通信手段以寻求外部电源的电能支援，并根据协商结果控制子系统间联络开关的通断。
根据我国电力行业的管理规定，可再生能源发电享受优先调度权和电量被全额收购的优惠，因此PV采用最大功率跟踪控制方法，以实现太阳能与电能间的最高效率转化。当PV输出有功功率超过子系统Ａ中交／直流负荷总量时，子系统Ａ的直流母线电压增大，当PV控制器采样母线电压大于额定电压800V时，通过查询SC充电裕度信息决定是否闭合SC的并网开关SSC以进行充电稳压操作。如果此时SC不具备充电条件或受限于最大充电电流，无法快速吸收系统内的多余有功功率时，子系统Ａ中的PV以广播的方式与子系统B、C内的PEMC和SOFC通信，向其出售这部分多余的电力。为实现利益最大化，当PEMFC和SOCF收到PV关于多余电力的出售通知时，均会积极响应并回复相关报价，在得到后两者的回馈报价信息后，PV控制器选择价高者作为交易对象，通过闭合两子系统间的联络开关以完成电能交易。如果PEMFC和SOFC系统内负荷也较轻，无法吸收PV的多余功率时，PV控制器可从最大功率跟踪控制模式切换为稳压控制功能。
2.直流微电网稳定控制面临的关键问题
未来复杂直流微电网的稳定控制将主要面临如下挑战：一是直流微电网母线电压控制问题。直流微电网内大量分散式的可再生能源发电单元、负荷等具有明显的随机波动性，这类波动功率尤其是短时功率冲击将可能对直流母线电压造成冲击，若不采取合适的控制措施极易导致整个直流微电网系统的崩溃。二是直流微电网多源协调控制问题。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆随着直流微电网规模的不断扩大，为保证系统的可靠性，直流微电网内多个DC-AC双向变流器、分布式储能单元、可控型分布式电源，甚至风、光等分布式随机间歇性电源，均有可能作为主电源主动参与直流母线电压调节，如何实现多源高可靠性和经济性的协调稳定控制将是直流微电网稳定控制研究的难点。三是直流微电网多运行模式切换问题。通常直流微电网有3种工作模式：首先联网运行模式：即交流电网正常情况下，由交直流双向变流器控制直流母线电压恒定；其次联网限流模式：当交流电网和直流系统之间的交换功率超过交直流双向变流器的最大功率，或交流电网发生故障导致交流母线电压跌落，从而使双向变流器输出功率受限时，系统进入联网限流模式.
3.仿真分析
由于PV出力小于负荷需求时，PV的工作决策流程更复杂。，利用MATLAB软件构建仿真模型，在百兆以太网环境下，模拟系统负荷大于PV出力且不断增大时的系统运行情况。鉴于采用最大功率跟踪控制方法的PV输出功率与自然条件密切相关，会造成接口斩波器电路输出电压波动，为避免SC频繁启动，设定SC的动作门槛值为20V，满足所述电压波动小于±5％的稳定范围要求。在初始状态下，设定PEMFC所在子系统B中供需关系紧平衡，SOFC所在的子系统C中尚有发电裕度，同时子系统A中PV供电能力略小，PV出力小于负荷需求时系统仿真结果于负荷需求，导致直流母线电压下降，当低于动作设定值时SC具备放电稳压能力。因此，SSC联络开关收到闭合信号于0.2s左右合闸，随着子系统Ａ交流负荷分别于0.3、0.7、1.5s的递增，SC储能装置不断增大输出功率以维持母线电压的稳定；至2s时由于负荷突增，子系统A的直流母线电压再次低于动作设定值，由于SSC开关已闭合，PV向PEMFC和SOFC广播功率支援信号，并且得到SOFC的同意回复，因此在2.3s时两子系统间的S2联络开关闭合，由此导致SOFC输出功率增大，而且两子系统直流母线具有一致的电压波形。当子系统Ａ、Ｃ构成的互联系统母线电压逐步恢复额定值并维持稳定运行过程中，设定子系统Ｃ内部交流负荷于4.5s突增。由此导致互联系统直流母线电压再次降低，ＰＶ判定此波动不是子系统Ａ内部负荷变化所造成，因此不采取任何动作。但对SOFC而言由于内部负荷的增大，SOFC输出功率激增，在接近最大工作功率时，为保证对自身所带负荷的高质量可靠供电，SOFC5.2s断开与子系统Ａ间的S2联络开关。此后SOFC输出功率逐渐回落并稳定，而子系统C的直流母线电压经短暂波动后稳定在额定电压运行。
总结：随着我国鼓励新能源发电建设的政策相继出台，分布式发电项目得到广泛发展，并形成一定区域内分属于不同用户、以分布式电源为主导、自带负荷的新型微电网，各子系统间既相互依存又相互竞争。针对这种情况，以直流微电网的运行稳定性为研究对象，提出基于通信网络的自适应控制方法，并针对子系统内的不同供需关系给出了相应的决策流程。仿真结果验证了所提策略不仅满足了不同用户和业主自主性的表达，而且削弱了传统微电网控制理论对于中心控制器健壮性、智能性和高效性的依赖，为研究多微电源间、多微电网间的竞争与协作提供了技术方案。
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论文作者:张莹
论文发表刊物:《电力设备》2018年第13期
论文发表时间:2018/8/16
标签：电网论文; 母线论文; 子系统论文; 电压论文; 负荷论文; 稳定论文; 系统论文; 《电力设备》2018年第13期论文;