基于直流微电网并网控制技术分析

赵耀

摘要：本文采用文獻资料法、访谈法等研究方法，首先对直流微电网并网技术的意义进行了阐述，然后对低压直流微电网组成与体系结构进行了介绍，之后从三个方面对直流微电网并网控制技术进行了研究，希望为电力事业发展提供有益参考。

关键词：直流微电网;并网控制技术;技术分析

引言：

随着经济的快速发展，很多国家都大力开展了交流微电网方面的研究，微电网示范工程覆盖范围逐渐增加。在交流微电网的角度来讲，直流微电网在结构方面更加简单，资源利用率相对较高，具有的能源转换环节较为简单，因此直流微电网得到了大力推广，用电设备和发电需求日益增加，也成为了需要解决的主要问题。相对于交流微电网而言，直流微电网不用考虑相位同步和频率问题，在系统控制中具有一定的便捷性。

1 直流微电网的组成与体系结构

本文针对直流微电网的组成结构进行了深入研究，具体的微电网结构如图1所示。

通过对图1进行观察可以看出，直流微店网在日常运转过程中，主要采用了两种不同的运营方式，分别为离网运行模式和并网运行模式。在并网运行模式的角度来讲，微电网为了保证电力供应量，会通过合理的方式和大电网进行直接连接，从而达到电网系统电能转换的要求。离网运行其实就是，在电网运行出现问题的情况下，会将局域网络进行隔离，并且电网系统进行隔断，之后通过储备装置和复合装置进行协同能源供应，这种隔离的问题处理方法还可以叫成孤岛运行。通过对以上两种运行方法进行对比分析得出，并行网络在运行结构上更加便捷，离网运行方法在内部结构上比较复杂[1]。在直流微电网运行过程中，主要包含的电压等级负载分别为48伏、直流400伏以及交流220伏等不同的形式，负载类型还可以划分为重要负载以及次重要负载两种。在次重要负载中，加热与照明设备属于基础部分，这些设备运行都需要得到足够的电量支撑，在系统能量缺乏的情况下，需要合理应用负载的转换器，对实际的功率进行调节，保证运行的合理性与完善性。

2 直流微电网并网相关问题控制技术

2.1 并网接口控制

在对并网接口进行控制的过程中，需要使用VSC作为电网的并网接口，通过这种方式可以完成能量的双向转换，同时也能完成功率因数的合理控制，保证了直流侧电压的稳定性，但是在应用三相VSC过程中依然存在着局限。直流电压的稳定性和测电电压以及转换设备之间都有着一定的关系，使用不同的电压设备会产生不同的电流功率，若是出现的调制比具有相同性，应用传统的SVPWM算法就能得出，直流电压实际的利用率为1/2，通过以上情况可以看出，电流器直流电压下限可以达到电网峰值，并且调制算法，电压的利用率也会逐渐提升。在合理应用SVPWM调制方法的情况下，虽然直流电压会出现明显的下降，但是仍然会达到直流电压稳定性下限，在很多部分依然存在着问题[2]。为了解决并网接口方面存在的局限性，需要将VSC作为基础，在串联模式的上方连接相应的转换器，通过这种方式可以逐渐增加母线电压的可控性。在负载电压不具有平衡性的情况下，使用DC测电压依然会增加系统的波动性，所以需要合理应用转换器控制系统电压，为直流电压运行提供良好环境。另外，在应用变压转换器的情况下，母线电压很难达到下限，还可以将这种情况解释为，结构输出环境中母线电压覆盖范围逐渐增加。在控制网络结构的角度来讲，需要逐渐提升电压控制的合理性，让直流电压逐渐接近波动幅度，降压转换器的响应速度需要在三相转换速度之上，只有这样才能保证电网连接的稳定性与安全性。

2.2 基于母线电压的协调控制

在母线电压协调控制过程中，需要有计划性的开展切换，切换指令最早由上乘控制系统发出，由于实际的系统内部供应量出现变化，所以离网和并网之间需要完成合理的转化。为了保证系统运行的稳定性，需要在电网控制，和离网设计等方面进行分析，将离网和并网进行有效结合，完成系统协调自主控制，严格按照离网切换准则进行操作。交流电源会根据能量流动发生转变，一定要实现网络之间的切换操作，在这种情况下就能在发生网络故障时自动进入离线运营状态。同时也充分利用了可再生能源。在故障发生时通过关闭极端系统，可以保证运行模式与开关模式之间保持功率的一致性，完成了不同电压环境中系统的合理调节[3]。

2.3 微电网离网的协调控制

由于受区域环境的影响，许多地区的微电网不能被常规网络所覆盖，因此，在特定环境下，需要采用离网方式运行微电网，以实现高效供电。这类微网具有较强的渗透性，从内部结构来看，主要是由三态控制系统组成。离网微电网可分为三大部分，即集中控制部分、就地控制部分和主站调度部分，通过三大控制系统的有机结合，达到信息共享的最终目的。在主站调动部分来看，系统功能主要分为以下几个方面，分别是前置数据服务器、外部系统接口服务器，通过这些服务器的合理应用，实现了经济化调度。其中控制部分主要包含了动态稳定设备、网络集中控制设备，这些设备都是为系统动态稳定运转提供良好环境，在电网运行中还可以通过集中控制系统对重要数据进行采集，对采集后的信息进行整体分析，从而找出系统存在的问题，同时还能完成电力系统的实时监控。就地控制层主要组成部分则分别是CT与PT采集单元、电网智能终端、分布式电源逆变设备等方面，其主要的作用就是对数据进行采集，同时对设备进行本地控制与保护。

结论：

综上所述，直流微电网具有多方面的优势，通过集中管理的方法与大型电网进行连接，可以实现孤岛运行与并网运行，和常规的交流微电网相比，直流微电网的优势非常明显，日常运营中可以降低能量耗损，达到了理想的无功调节和无频率稳定目标。本文首先对低压直流微电网组成与体系结构进行了介绍，之后对直流微电网并网控制技术进行了相关研究，从三个方面对直流微电网并网相关问题控制技术进行了探讨。直流微电网在未来的发展中，会长期发挥重要作用，一定要合理应用、深入研究直流微电网，让其为我国的经济发展提供技术支持，保证电力事业持续稳定发展。

参考文献：

[1]杨晨， 谢少军， 毛玲，等. 基于双管Buck-Boost变换器的直流微电网光伏接口控制分析[J]. 电力系统自动化， 2018， 36（13）.

[2]邢小文， 张辉， 支娜，等. 基于DBS的直流微电网控制策略仿真[J]. 电力系统及其自动化学报， 2017， 26（011）：23-27.

[3]张辉， 闫海明， 支娜，等. 基于母线电压微分前馈的直流微电网并网变换器控制策略[J]. 电力系统自动化， 2019， 043（015）：166-171.

（武汉理工大学航运学院，湖北 武汉 430063）