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摘要：分布式光伏发电因其环境污染小、灵活易安装、可再生等优点逐渐成为传统电网的有效补充。针对光照和天气的随机变化引起光伏电源输出功率波动和大规模光伏并网影响电网安全稳定运行的问题，本文分布式光伏电源、储能蓄电池及本地负载构成的光储微电网为对象研究了微电网并网控制和无功动态补偿控制。
关键词：无功动态补偿；光储微电网；并网控制；策略
引言
当今社会的电力需求在高速增长，而作为电力主要来源的化石能源产生的污染问题己相当严重，亟待解决，开发清洁的可再生能源成为世界各国的普遍共识。与此同时，电网的规模不断增大使得成本投入增高，运行复杂、安全性和可靠性随之降低。特别是近些年连续发生的多起由自然灾害导致的大面积停电事故，使得人们对采用超高压的远距离集中输配电的模式提出了越来越多的质疑，大电网集中式输配电的弊端也越来越明显因此，人们在传统集中式电网的基础上，开始研究太阳能、风能等可再生能源的分布式发电作为大电网的有益补充，提高其供电稳定性，同时减少了传统化石能源对环境造成的危害。
1光储微电网系统结构
光储微电网系统并网运行的系统结构如图1所示。系统由两级式光伏系统、储能系统、变流器、变压器、负荷和配电网组成。由于光伏电池输出端电压较低且存在较大的波动性，在此选择升压Boost型DC/DC变换器，实现升压、稳压及最大功率跟踪（maximumpowerpointtracking，MPPT）功能。为了得到较高电压等级的储能电池，根据储能系统的容量需求，将多个电池模块串联起来，构成的储能电池经双向DC/DC变换器并入直流母线上。光伏系统和储能系统均并接在直流母线上，协调控制光储的能量流动以达到维持直流母线电压恒定；耗能负荷则挂接在并网逆变器的输出端和配电网之间。储能电池采用充放电优先原则，当光伏系统输出的总能量大于负荷需求的总能量，优先对储能电池充电；当荷电状态达到最大设定值时，储能电池采用恒流充电，光伏阵列采用恒压控制，储能电池荷电状态设定值应与电池满充值应留有一定裕度；当光伏系统总能量小于负荷需求总能量，优先让储能电池放电以维持直流母线电压的恒定，若储能电池荷电状态达到最小设定值时，储能电池采用恒流放电。
2光储微电网系统运行控制策略
2.1光储微电网并网运行能量协调控制
前面已经介绍了本文中光储微电网的光伏发电单元和储能蓄电池单元的控制策略，这两者都需要通过ＤＣ／ＤＣ变流器将能量输入直流母线，进而通过并网逆变器将电能输送给微网内的负荷。而有一个稳定的直流母线电压是并网逆变器正常工作的前提条件，同时也能够保证光储微电网输出高质量的电能，此外还需要对系统能量进行协调控制Ｗ及对蓄电池进行充放电保护，这样可Ｗ延长储能蓄电池的使用寿命。在本文的光储微电网并网运行时，若蓄电池正常工作，对光伏电池一般采用ＭＰＰＴ控制提高光伏电能的利用率，而蓄电池则用来平衡系统功率，在光伏发电不足时放电，发电充足时充电。当光伏输出功率充足且电池的ＳＯＣ小于９０％时，为了稳定直流侧电容的电压，通过稳压控制使储能蓄电池吸收多余的电能，此时并网逆变器采用ＰＱ恒功率控制；若储能蓄电池荷电状态ＳＯＣ大于９０％时，为保护蓄电池防止其过冲，对其进行恒流控制使其放电，此时直流侧电容的电压处于不受控的状态，所Ｗ并网逆变器的控制方法应切换为ＶＱ功率控制稳定直流侧电压，同时光伏电池由最大功率跟踪控制转为恒压控制减小其功率输出，保证并网逆变器输出功率不超过其上限值。当光伏输出功率不足且电池的ＳＯＣ大于１０％时，为了稳定直流侧电容的电压，通过稳压控制释放储能蓄电池存储的电能，此时并网逆变器采用ＰＱ恒功率控制；若储能蓄电池荷电状态ＳＯＣ小于１０％时，为保护蓄电池防止其过放，也要对其进行恒流控制使其充电，此时直流侧电容的电压处于不受控的状态，所并网逆变器的控制方法切换为ＶＱ功率控制稳定其电压，而光伏电池仍采用最大功率跟踪控制Ｗ最大化利用太阳能，不足部分功率由配电网提供。
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2.2光伏发电直流部分的运行控制
由于光伏电池输出电压较低，本文采用单向DC/DC变换器升压后与直流母线连接。光伏发电系统变流器的控制方式也有两种，即MPPT控制和恒压控制。①MPPT控制。目前最常用的MPPT算法有扰动观测法、电导增量法和恒电压法。扰动观测法因算法简单且硬件容易实现，所以应用广泛。扰动观测法的算法原理：在光伏阵列正常工作时，以微小的电压波动不断扰动阵列的输出电压，在电压变化的同时检测功率变化的方向，从而确定寻优方向，决定下一步电压参考值的大小，使变流器工作在MPPT模式，最大化利用光伏能量。②恒压控制。当储能电池处于过充状态且并网逆变器功率输出达到上限时，为防止冗余能量堆积在直流母线上引起直流母线过电压，必须降低光伏的输出功率。为此，将光伏发电系统切换为恒压控制方式，具体策略是在最大功率点电压上减小一个步长电压，从而降低输出功率。将直流母线电压给定值与实际值的差值作为PI调节器的输入，通过控制单向DC/DC的占空比维持直流母线电压的稳定，减少光
2.3光储微网并网逆变器自然坐控制
并网逆变器是分布式电源与电网的接口，承担着高效安全的将分布式能源送入大电网中去的责任，是光储微电网中至关重要的一部分。然而并网点的电能质量会随着大量的分布式电源的接入越来越差，此外，接入冲击性无功负荷也会导致并网点电压闪变。因此，在并网的同时兼有无功动态补偿功能是微电网的一个新的研究趋势。论文根据蓄电池的ＳＯＣ状态切换直流母线电压稳压控制模式，以确保任意时刻都能保证直流母线电压的稳定和并网逆变器的正常工作，维持系统功率平衡流动。考虑到并网逆变器电路拓抓和无功补偿电路拓朴具有相似性，利用并网逆变器的剩余容量对并网点负载的无功进行就地补偿，实现系统有功并网与无功稳压的目的。电力系统最主要的特性是其有功信息和无功信息，可以借助abc自然坐标系这个工具将三相瞬时值转化成有用的有功和无功信息，从而能够独立控制有功电流和无功电流实施，该控制策略无需解賴和坐标变化，简化了控制复杂度。针对系统提出的自然坐标控制策略，主要包括光伏电源的最大功率跟踪控制、蓄电池充放电控制、并网逆变器有功和无功控制。通过仿真验证了光储微电网系统能够输出较为恒定的并网有功的同时，实时补偿并网点负载所需的无功功率，达到快速、动态调节并网电压的目的。
2.4无电压传感器的光储微网自然坐标并网控制
本章提出一种采用虚拟磁链作为定向矢量的功率控制方法，送是对传统逆变器矢量控制的改进，使得控制更为简化，具有一定的优势。在传统采用开关函数对变流器建模的基础上，利用低频占空比信号进行建模和逆变器输出电压的估算，有效滤除了估算信号中的高频部分。根据瞬时功率理论，采用虚拟磁链定向，无需锁扣环和交流侧电压传感器。
2.5稳压控制
当光储微电网系统启动后，若储能系统处于恒流控制模式，光伏发电系统采用MPPT控制；并网逆变器采用PQ控制，则直流母线电压处于不受控状态，很难保证逆变器的输入功率和输出功率一致，从而导致系统崩溃。为确保系统稳定运行，必须维持直流母线电压的稳定。因此，当储能电池的荷电状态为SOC＜10%或SOC＜90%时，采用如图6所示的控制方法。通过对直流母线电压的控制，既维持了直流母线电压的稳定，又保证了并网逆变器功率的平衡流动，使系统稳定运行。
结束语
本文以光储结合的微电网形式将分布式光伏电源高效的接入电网，光储微电网主要包括光伏电源、储能蓄电池和本地负载，而系统中光伏电源和负载的功率都是会随时间波动的，这就会导致并网点电能质量变差以及直流侧电容电压波动，针对逸个问题采用储能稳压控制和无功动态补偿的控制策略，实现能量高效利用，确保系统平稳运行。
参考文献：
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[3]王成山，武震，李鹏.微电网关键技术研究[J].电工技术学报.2014（02）
论文作者:范承祖1,张文霞2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第6期
论文发表时间:2018/6/21
标签：电网论文; 电压论文; 逆变器论文; 光伏论文; 母线论文; 系统论文; 储能论文; 《电力设备》2018年第6期论文;