摘要：光伏微网可以单独运行，也可以与电网并网运行，当电网停电时能自动断开电网连接，并由储能装置和光伏发电系统向用户供电。文章按照设计施工的先后顺序，围绕光伏微网的设计进行系统阐述。通过环境参数的测量，确定该地区是否适合建设光伏微网，通过选择合适的光伏组件参数，便开始进行对光伏微网的规划设计，并计算确定双向逆变器和蓄电池的容量。
关键词：新能源发电；微网系统；电磁；兼容分析
1前言
目前，由于沙漠、牧场等偏远地区存在严重的供电不足问题，有学者提出在缺电地区建立微电网系统是解决该问题的有效途径。当微电网系统处于孤岛运行时，系统公共接点（pointofcommoncou-pling，Pcc）失去了大电网的电压和频率支撑，交流母线电压和频率需要通过微电网单元的并联控制才能保持稳定。但由于微电网系统逆变器输出阻抗特性不呈感性，并且各微电源单元之间的线路阻抗存在差异，不仅会影响系统交流母线电压和频率的稳定，且因系统存在功率环流难以实现各台逆变器功率均分，传统的下垂控制已经满足不了系统的控制要求。
采用一种基于虚拟阻抗的改进下垂控制，引入虚拟阻抗减小线路阻抗不确定性造成的功率耦合，通过改进电压/无功下垂控制解决线路阻抗不平衡引起的无功功率均分问题，有效地防止系统的电压偏差；但增加额外的虚拟阻抗必然会引起输出电压幅值出现明显跌落，导致系统的电压质量下降。虽然下垂控制可以工作在无通讯的状况下，并能实现有功和无功在各微电网单元问的合理分配，但微电网系统孤岛运行时采用下垂控制会产生电压和频率的静差，这对于微电网系统电能质量有所影响，严重时还会导致微电网系统失稳。因此，研究消除或减小电压和频率静差的控制方法具有重要意义。
针对以上问题分析，本文将对微电网系统孤岛运行时交流母线电压和频率的控制策略进行理论及实验研究，并分析控制参数对微电网系统逆变器输出阻抗的影响。提出无通讯线时消除交流母线电压和频率静差问题的控制方法，并分析下垂系数对系统稳定性的影响，最后通过仿真和实验研究对本文提出的控制方法进行验证。
光伏发电系统是根据半导体界面的光生伏特效应，将光能直接转换成电能。光伏发电微网系统采用模块化结构，安装调试方便简单，而且重量轻，故其可以适合于多种其他分布式发电技术难以实现的场合。光伏发电系统包括光伏电池、电池控制器、交直流变换器、蓄电池组和交直流用电负载等构成。其中，光伏电池起到能量转换器的作用，是光伏发电系统的基础和核心器件。
2环境参数
根据地区的地理位置和海拔高度，测量该地区的基本气候资料，如平均气温、降水量和月平均日照等，并记录该地区的年最热月平均温度，年最热月平均最高温度，全年日照时数，年辐射量等数据，判断该地区是否适宜应用光伏微网系统供电。
3光伏组件参数
设计的光伏微网系统应能与电网实行功率的双向流动，当光伏微网出力不足时，可以向电网获取电能，当光伏微网充足时，也可以向电网回馈电能，因此光伏组件一般并不按照最大负荷来进行选择。通过选用多晶硅太阳能电池板，使其横向排列，串联连接，从而实现太阳能电池组件的搭建。
4系统的规划设计
光伏微网系统在设计过程中应充分考虑设计地点的实际自然条件，普遍应遵循经济实惠、安全可靠、经久耐用和维护方便的原则，同时还要考虑到气象和地理因素的影响，充分考虑用户的负荷情况及用户的经济承受能力。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
由于光伏微网系统的运行有并网和孤网运行两种模式，并且应确保在没有太阳辐射仍然能对用户安全可靠的供电，这样需要设计可以实现电能存储的电网，保证并网和孤网两种运行模式的平滑切换。光伏微网系统包括一次设备和二次设备，其中一次设备主要包括太阳能电池板，储能蓄电池，光伏并网逆变器和实现能量的双向流动的双向并网逆变器和交流负载等。此外，二次设备主要是对功率进行控制的能源监控管理系统。
5确定双向逆变器的容量
双向逆变器的功能主要体现在两个方面，一是当光伏微网孤网运行时，将蓄电池储存的直流电能逆变至交流侧供给本地负载使用；另一方面，可以将配电网中的交流进行整流存储在蓄电池中，充当备用电源。因此，双向逆变器在整个光伏微网发电系统中发挥着核心作用，当光伏微网孤岛运行时，双向并网逆变器提供电压和频率参考，保证供电电能质量，使负荷和设备能安全可靠的运行。
根据光伏微网的正常运行要求，其储能系统应满足分别在并网和孤岛两种模式运行，且在两者之间能够平滑切换，即当由并网转换到孤网时，光伏微电网供电正常，母线的电压幅值、频率变化要小；当孤网转换到并网时，微电网的输出电流冲击要小。并且本光伏微网系统中，光伏系统的功率输出不可调度，因而双向逆变器通过对蓄电池的充放电控制来实现微网功率平衡，进而使电压和频率保持稳定。
6蓄电池的容量选择
光伏微网要向用户提供持续的、稳定的电能供给，然而由于太阳照射的不稳定性，导致完全依靠太阳能不能保证电能的稳定。当在光能的出力欠缺，并且微电网出现暂态的干扰时，要保证微电网的功率平衡，就要人为的运用储能设备调节功率输出。因为蓄电池拥有将化学能和电能相互转换的能力，对电力的储备技术比较成熟，耗能成本小，所以，光伏微电网通过蓄电池储存电能，来稳定电压和频率，蓄电池是光伏微网孤岛运行时不可缺少的部分。蓄电池通过双向逆变器，将蓄电池的存储电能送到交流母线上，实现蓄电池的充电和放电功能。
对于蓄電池的容量的计算主要考虑的因素有用户一天使用的电量、蓄电池的放电深度和蓄电池最长自给天数。对于蓄电池放电的深度，以电池的容量的百分比表示。如果经常超过蓄电池的放电深度，那么会影响蓄电池的寿命。在对蓄电池的容量选择时，不能忽视温度因素所造成的影响。因为微网主要运行于并网模式，除非是外部配电网络出现问题，才运行于孤岛模式。在孤岛情况下，没有外电网的支持，可以通过调整能量监控管理系统的控制策略来实现。
整个光伏微网系统设有能源监控管理系统，通过数据总线，采集光伏系统所输出的功率大小、电压幅值、频率的大小和配电网的运行状态等系统信息，光伏微网系统可以长期并网运行，只有在配电网发生故障时，才过渡到孤岛运行模式，并控制双向并网逆变器的工作模式为恒压和恒频方式，保证在孤岛运行模式下的电压和频率符合要求。
7结束语
文章详细阐述光伏微网的主要设计内容，通过测量环境参数，选择合适的光伏组件，进行光伏微网规划设计，并计算双向逆变器和蓄电池的容量，然后便完成了施工前的设计工作，对建立光伏微网具有一定的指导性作用，可以进一步推动光伏微网的应用和发展。
参考文献
[1]孟宪淦.谈中国分布式光伏发电[J].太阳能，2013（12）.
[2]佟云剑，沈健，刘鸿鹏，等.光伏发电系统运行模式无缝切换控制策略[J].电网技术，2014（10）.
[3]艾千，郑志宇.分布式发电与智能电网[M].上海：上海交通大学出版社，2013.
[4]苏剑，周莉梅，李蕊.分布式光伏发电并网的成本/效益分析[J].中国电机工程学报，2013（34）.
论文作者:陆小冬,赵剑
论文发表刊物:《电力设备》2017年第19期
论文发表时间:2017/11/16
标签：光伏论文; 电网论文; 系统论文; 蓄电池论文; 逆变器论文; 电压论文; 电能论文; 《电力设备》2017年第19期论文;