微电网非计划孤网控制策略研究

吴 萍

（三门峡职业技术学院智能制造学院，河南三门峡472000）

环境污染问题逐渐影响到人们的生产生活，分布式电源的大量发展，给电力系统的运行工作提出了更高要求，尤其是在电网稳定性、可靠性以及系统保护和实时调度方面带来重要影响，为了有效解决大电网和分布式电源之间的矛盾，微电网应运而生。想要保障微电网的稳定运行，需要全面研究其在不同状态下的控制方式，非计划孤网控制情况就是其中的重要内容之一。

微电网是分布式电源消纳的一种重要方式，为解决分布式发电并网过程中所引起的一些问题提供了有效解决方案，是现阶段有效应对大规模新能源接入配电网的必然选择，在近些年来电网发展过程中取得较快发展。

微电网控制策略是影响其作用发挥的主要因素，本文针对微电网非计划孤网控制策略进行全面细致的分析和研究，为充分发挥微电网优势和价值提供良好的前提条件。

1 微电网的基本情况分析

1.1 微电网的元件

微电网是一项能够向用户提供电能和热能的系统，由负荷和微电源共同组成，并且能源供应可以同时进行。国内微电网电源的受控单元并不唯一，在用户需求电能质量和安全性方面均能够有效满足。微电网有两个关键性元件，分别是MS和公共连接点的断路器。这两个元件在微电网的实际运行过程中发挥着积极作用，针对断路器开关的开闭情况进行控制时，需要针对主网本身的保护配置以及微电网的各个元件特征进行充分考虑，在实际使用的时候，还需要考虑到用户的各项要求，这样才能保证断路器本身的运行符合实际需求。而针对MS来说，它的自身控制情况受到多种因素的影响，同时其在不同运行模式下的协调配合效果更是微电网有效控制的关键之处[1]。

1.2 微电网的优势和价值

微电网能够为当前电力系统的良好发展贡献力量，在大系统环境的灵活调度中，微电网也能够发挥作用，增强区域能源利用效率，实现最大限度的时限利用率最大化。微电网中热备用电源的存在，能够开启应急用电装置，从而有效避免大电网出现大面积停电影响到用户实际用电情况的出现，保障电力供应的安全性和稳定性[2]。

2 微电网的控制情况分析

2.1 MS控制方法

MS作为微电网的关键性元件，其本身的控制方式都会直接影响到微电网的实际运行情况。P-Q控制方式主要应用在一些间歇性电源的出力控制之中，比如说风力发电和光伏发电等，这是能够有效突出实现MS最大处理追踪控制的方式。同时P-Q控制方式在一些电气设备运行效率和出力联系密切的MS方面也具有良好效果，比如说微型燃气轮机这种类型。而针对V-f控制方式来说，它主要是应用在一些可控的电源方面，比如燃料电池和微型燃气轮机方面，当电力系统表现为孤网运行的时候，它能为微电网的实际工作提供良好的频率和电压支撑[3]。控制方式主要有以下两种。

（1）下垂控制。下垂控制的发展促进V-f的控制形式逐渐形成，在通常情况下，传统电源运行过程中存在着一次调频过程，而对于下垂控制情况来说，两者之间具有很强的相似性，这就在一定程度上体现出了下垂控制的实际特性和作用。具体表现为：1）下垂控制能够在对等控制过程中，提升其在微电网运行过程中的应用水平，增强多MS的共同处理协调和控制的能力。2）通过下垂控制的作用，能够促进电网中电压和频率朝着更加稳定的方向发展。需要注意的是，下垂控制是有差别的，并不能够保证所有情况下的频率或者电压都能够维持正常水平。任何下一步的操作行为都有可能冲击到相关设备，比如说并网操作这一行为，其在执行具体操作动作的过程中，将会对微电网自身的电压和频率产生影响，使其无法恢复到原有状态。

（2）V-f控制。对于V-f控制方法来说，其在具体的应用过程中，和下垂控制方面有一定的相似性，即为其相当于传统电源的二次调频过程。因而V-f控制方法能够维持电网本身运行状态的电压与频率。在通常情况下，如果不出意外的话，其能够在短时间内恢复到孤网前的正常水平。但是不容忽视的是，为了有效控制电网运行的单一状态，一般情况下微电网中只能够有一个V-f控制电源存在，分析其原因主要是为了避免出现多个V-f控制电源争抢出力情况，同时这种做法在实际中也确实收到了良好的应用效果[4]。

微电网的控制策略十分重要，需要进行重点分析和研究。为了实现P-Q控制和V-f控制可以有效控制MS出口电流，于是针对系统频率、出口电压和输出功率进行有效控制，P-Q控制电路在运行的过程中，能够收到良好效果。而V-f控制电路在运行的时候，需要根据频率和电压偏差进行计算，得出孤网后的微电网功率差额，这样能够针对微电网MS需要增加的出力进行确定，通常采用的是PI控制器有效实现频率和电压的无差别控制[5]。

P-Q控制和V-f控制方式的具体应用情况如图1所示。

图1 MS控制电路

2.2 微电网控制策略

2.2.1 MS出力控制策略

当微电网并网保持稳定运行状态的时候，MS一般情况下都能够维持在较高的出力水平，这时候的MS运行效率是最高的，比如说微型燃气轮机。对于MS控制来说，先要保障用户利益，需要选择P-Q控制模式，主网承担相应的功率缺额，由此控制水平不断上升，电力传输的效果更为良好[6]。以上所说是微电网的正常运行情况，而当出现非计划孤网情况的时候，则需要将MS的控制方式从P-Q控制模式转化为相应的V-f控制模式，这样才能够为微电网提供较强的电压支撑，这只是一个MS的控制模式，其他的MS依然按照原来的P-Q控制模式[7]。

2.2.2 主网出力控制策略

从主网的角度来看，当并网运行保持最佳状态时，微电网此时是恒定的负荷，针对微电网的输送功率进行设定、控制以及监管，保证其功率是恒定不变的，这样就能够有效地降低主网控制的难度。在这种状态下，一旦微电网出现非计划孤网情况时，需要将全部的MS都转化为下垂控制的方式，让所有的控制模式设备以及线路都来全力承担起电网运行的负荷，从而保证电压和频率能够合理支撑微电网的运行常态[8]。

2.2.3 微电网电压孤网标准

2.2.3.1 微电网电压孤网标准

微电网的电压孤网标准是不同的，尤其是当它出现重新并网运行的时候，这时候所采用的电压限值有两套标准，即：1）过电压限值；2）短时电压限值。这两套标准对应的监测时限是不完全相同的，本研究参考了IEEE1547和IEEE1741的电压标准[9]。微电网电压孤网主要划分为短时电压和过电压这两种情况。

（1）当处于短时电压的状态时，相电压的电压上限范围为0.24～0.26 kV，此时的时限为1 s，相电压的下限范围则是0.11～0.20 kV，此时的时限为2 s。

（2）当处于过电压的状态时，相电压的上限电压范围是0.26 kV，此时的时限是0.16 s，而电压范围的下限是0.11 kV，此时的时限同样是0.16 s。

2.2.3.2 微电网运行情况

微电网的电压越限受到保护，当逻辑电路针对主网的各方面线路进行检测的过程中，首先电压不合要求，进而接受跳闸命令，最后开始孤网运行状态。维修人员及时解决主网故障之后，电压容易恢复原有状态，通常这种情况需要能够保持1 s以上，这就表现主网故障已经被清除，合闸命令也将会由此发布，这其中需要通过逻辑电路的作用，同时还能够让MS再次恢复到孤网之前的控制模式[10]。这中间具体的变化情况如下。

（1）微电网并网运行的时候，主要是针对PCC相电压U进行监测，1）如果U＞0.26 kV或者U＜0.11 kV，断路器将会经过0.06 s之后进行断开操作。2）如果0.24 kV＜U＜0.26 kV，断路器将会经过1 s之后进行断开操作。3）如果0.11 kV＜U＜0.20 kV，断路器则会经过2 s之后进行断开操作。

虽然这3种情况都会导致微电网出现孤网运行的情况，但是如果0.20 kV＜U＜0.24 kV的话，断路器并不会发生动作，而是会继续回归到微电网并网运行的状态之中，这方面不是本文重点考虑的情况，有待以后作进一步研究。

（2）当微电网出现孤网运行的情况时，需要针对PCC相电压U进行再次监测，实时控制其电压的运行状态，如果出现0.20 kV＜U＜0.24 kV的情况，并且持续时间超过了1 s，这时候将会出现断路器闭合的情况，继续回归到微电网并网运行的状态，如果没有实现这一原则的话，断路器不会动作，从而继续保持微电网孤网运行的状态。

3 小结

微电网模式逐渐成为当前电力系统运行过程中的一种重要模式，它有效地适应了当前分布式电源大量应用的现实状况，对于人们日常生产生活具有积极意义，同时还保障了电力系统运行的安全性、稳定性、可靠性以及持续性，为电网企业获取更多经济效益和社会效益提供良好的前提条件。微电网灵活的控制策略是保证其正常稳定运行的重要前提，针对其非计划孤网控制情况进行研究，能够发现在非计划孤网的状态中，V-f控制模式能够更好保障微电网恢复到稳定状态。