风能和光伏智能微电网并网分析

刘耿博，曹彦哲，张 路

（西安麦格米特电气有限公司，陕西 西安710075）

光伏通过搭配风能等能源搭建成智能微电网，逐渐发展为一种趋势，相关研究人员通过实践分析验证，提出了在并网状态下更好均衡风能和光伏智能微电网能量管控办法，并在并网智能微电网系统设计过程中搭建了风光柴储智能电网系统，保证并网管理的有效性。因此，相关研究人员认为，有必要对风能和光伏智能微电网并网设计展开深入研究，不断提高智能微电网能力管理能力。

1 风能与光伏微电网系统组成

相关研究人员对风能和光伏智能微电网并网问题展开深入研究，相关系统开发者根据风能与光伏混合微电网系统开发需要，搭建了智能微电网模型，进一步优化风能与光伏智能电网系统内部结构，设置了驱动型变速风力发电机、变压器等相关装置，借助光伏逆变器将光伏列阵并入配网内，通过操作实现光伏逆变器现有功率双向流通目标。变速器与风力机耦合过程中，对风力发电系统的运行要求不高，大大降低了风电机后期维护难度，为保证风能和光伏发电系统运行性能，需要采用效率较高的单级逆变式光伏并网发电系统。

1.1 风力发电机变流器

风力发电机变流器在实际工作中，直驱同步发电机在励磁调节过程中，实现对发电机电压的有效控制。在能与光伏智能电网系统设计方面，应用的变流器采取的是二极管整流器设计，设置了6个功率开关，系统后端设计了滤波器，有效抑制了谐波对系统运行状态的影响。

1.2 风力发电机变流器控制

系统开发者在模型搭建支持下，加强对风力发电机组控制策略的设计，切实提高了可再生能源的利用率，精准计算出系统的运行功率，并在模型中输入风力发电机变流器各项参数信息，加强对相关信息的验证，保证各项信息的准确性，并在模型试验分析下，搭建风力发电机变流器内部控制框架，优化风力发电机变流器整体性能。

1.3 光伏逆变器

为保证光伏列阵最大功率的运行点，需要充分考量光照、温度等相关要素条件，尤其要保证电压的稳定性，加强对电压稳定性的监控。相关设计人员采用了电导增量法等方法，获取到带电导的变化量，进而实现了对光伏逆变器电导变化量的追踪和控制。

1.4 蓄电池逆变控制

设计人员加强对综合要素的考量，储能蓄电池采用的是直流电压源；低网络频率需要依靠无功功率，并依靠有功功率解决。当风能和光伏智能微网并行运行时，网络外部的电网提供支持，将蓄电池调节为输出有功，进而起到抑制风力发电机光伏列阵有功波电压浮动的目标，避免出现微电网鼓捣运行效应，一旦发现此类问题，需要将蓄电池调节为主控单元，保证蓄电池有功输出和无功输出的顺畅性。

2 微电网在智能电网中的作用

微电网属于局部的电力系统，通过局部操作控制会增加微电网连接数和网络分布情况，微电网并网运行的关键是控制技术的应用。从微电网功能服务模式看，可靠性较强，支持网络改造和安装，运行中具有较高的安全性，直接关系着供电质量问题；通过对资源的利用控制，大大提高了可再生能源所占的份额，尤其对于偏远的山区地带，构建智能微电网降低了经济运输成本，并在能源占有足够份额的情况下加强对环境的保护，加快推动生态文明建设。

当前，世界各地积极采用微电网，并在不断试验过程中加快对可再生资源发电的普及，整体的稳定性、保护性较高，相关设计人员根据微电网的可再生能源发电原理进行优化设计，构建了光伏阵列输出曲线图，并通过实验分析确保实际功率经由微电网设施输出，保证发电效率和质量，研究人员基于模型和实际数据对比分析光伏发电输出情况，将微电网中的不平衡假定为净进口，并经由平衡出口到电网[1]。

微电网作为规模更细化的电力系统，在智能电网中的作用优势显著。从电源实用角度看，微电网配电设施具有一定的潜力，支持再生一体化，可有效避免私人运营商处理，更好维护用户的合法权益；在微电网运行状态下，实现了对电能质量的控制，提供了高质量的供电服务，支持在多个行业内提供负载。从智能电网运行情况看，在网络连接支持下，实施分布式的控制形式，大大提高了能源利用率，保证了电能质量，优化可再生资源的使用，有效把控消费者的用电成本问题，最大程度上满足了消费者用电需求问题；提高电力系统用电效率，保证用电质量。

3 光伏发电并网对电网的影响

3.1 电能质量

风能和光伏智能微电网并网运行时，风力发电机和光伏阵列是按照最大功率输出的，无功功率恒定参考值为“0”；同时，在并网运行期间蓄电池参与到有功功率调节中，并将无功功率的输出也指定为“0”；相关研究人员对风能与光伏智能微电网并网运行状态进行深入研究分析，发现并网运行时，风力发电机、光伏列阵、蓄电池等功率的输出可精确地计算出来，实验发现，当风速缓慢时，风力发电机转子和转速频率也会随之下降，此时风力发电机输出的无功功率在“0”附近；当光照强度上升时，光伏阵列也会随之发生变化，并在控制直流母线电压后，更加精准地追踪到光伏阵列功率的运行点[2]。基于时间因素决定着风力发电机在和光伏阵的波动情况，可通过调节蓄电池下垂特性进行有功调节，最大程度上保持电压稳定。风能和光伏电源输出无功为“0”，此时配电网会为变压器等相关设备提供无功功率；一旦有功功率发生相应的变化，则发挥蓄电池电压调节作用，确保电压的稳定性。

3.2 孤岛效应

孤岛运行效应出现时，蓄电池对主控单元进行控制，进而将电压控制在稳定范围内；当风能和光伏智能电网并网孤岛效应出现时，风电发电机、光伏电池以及配电网输出的有功功率呈现的是波形，此时的负荷消耗功率会增加；将本地的光伏电池输出功率和蓄电池输出功率控制在标准范围内时，满足风能和光伏功率需求后，其余的有功功率会注入到配电网中。

3.3 低电压穿越

一旦出现电网故障，甚至电场并网点电压跌落时，风机可不间断地保持并网运行；当光伏电站遭遇电力系统故障，引起并网电压下降时，光伏发电站仍能保证在不脱网状态下持续运行。

3.4 电能计量

光伏发电电能的计量较传统电能计量方式具有显著的优势，生产电能满足电荷后仍有盈余，支持将盈余的电能输送到电网中，更好支持电网的运行。

4 风能和光伏智能电网一体化设计方案

相关设计人员从风能和光伏智能微电网运行效率和质量提高视角进行分析，结合实际情况制定了风能和光伏智能电网一体化设计方案，系统结构包括太阳能电池组件、充电站以及电站内各项负责能量控制管理的监控系统。支持光伏系统独立运行，提供了多种运行供电模式；一体化设计方案中采用的是低电压单母线形式，可将光伏列阵由太阳能转化为直流电能，在并网逆变器支持下，将低电压单母线并入配网中，大大提高了储能系统的备用电功能，可随时为充电机提供电，进而保证充电站电力供应质量。

4.1 光伏发电系统设计

从光伏发电系统设计看，系统设计人员将光伏组件功率设定为320 Wp的太阳电池组件，系统运行状态下的电压为36.5 V。光伏组件的配置作为系统新能源生产单位，要求光伏列阵在串联过程中，保证输出功率的稳定性和准确性，并将直流汇入到并网逆变器中，经由逆变器输送到电网母线中。

4.2 储能系统设计

系统性能的优化直接关系着系统整体运行状态，设计人员从系统灵活性和多样性角度出发，深化智能并网系统设计，最大程度上提高系统联合运行性能，保证系统运行的协调性，更好地提高风能和光伏智能微电网系统在实际应用中的可行性和适应性[3]。在本系统设计中，设计人员将铁锂电池作为智能微电网运行的主电源，保证系统运行频率；在能量储能模块中，将超级电容作为功率型储能，加强对系统外部故障问题的优化，进而实现了并网和离网之间的转换，发挥了外部电网母线电压作用，优化了风能和光伏智能微电网运行状态。

4.3 能量管理调度系统设计

能量管理控制系统是智能微电网系统较为核心的控制单元，为保证系统在最佳状态下运行，相关人员在一体化方案设计过程中，充分考虑充电站用电情况，系统可将多余的电能通过储能系统灵活地调动起来，进而保证光伏发电系统运行的经济性。在以太网和光伏发电系统逆变器支持下，更好地控制通信系统运行，对接收到的信息数据集中进行控制管理，并有效调动相关设备执行控制器。

5 结论

综上所述，风能和光伏智能微电网并网设计，有效提高了配电网运行速率，提高电力供应的稳定性，保证相关电力系统的运行状态，减少故障因素出现，相关设计人员结合新能源配置和利用率情况，切实制定了一体化设计方案，优化风能和光伏智能微电网并网系统设计，大大提高了电网运行效率，切实为新能源推广和应用贡献力量。