微电网中的光伏储能控制策略研究

陈枫杰

摘要:近年来，科技的进步和时代发展为我国能源行业的创新改革带来重大机遇，其中微电网作为近年来一种新型的能源网络化供应引起管理技术的简称，可以将一些再生能源和清洁能源系统接入，实现需求侧管理以及一些现有能源的最大化利用。特别是微电网可以将一些电子系统、储能系统和负荷相结合，以相关控制装置间的配合利用向用户提供电能，可以最大程度上支撑电网，起到削峰填谷的作用。在目前的微电网系统中，光伏储能是应用范围最广的组合新能源方式，光伏与储能配合组成的微电网能很大程度上实现绿色低碳能源的供应。微电网存并、离两种工作模式，其在并、离网模式下协调控制并确保安全是国内外科研的一个方向，本文主要就微电网中的光伏储能控制策略进行了分析。

关键词：微电网；光伏；储能；控制

引言

微电网技术的发展，有效协调分布式电源与大电网之间的矛盾。微电网是一种配电子系统，由控制单元、分布式电源或微型电源、储能装置与负荷共同组成，储能装置与光伏装置经逆变器连接微电网。微电网不但能够并网协调运行，还可以依据运行中出现的故障或检修情况独立运行。

1光储联合意义

储能装置是辅助消纳新能源、平抑新能源出力波动、减少对电网冲击的较好手段。可鼓励可再生能源场站合理配置储能系统，推动储能系统与可再生能源协调运行，鼓励储能与可再生能源场站作为联合体参与电网运行优化。接受电网运行调度，实现平滑处理波动，提升消纳能力，为电网提供辅助服务等功能。光储联合明确将联合体作为独立市场主体地位，推动参与中长期交易、现货和辅助服务等各类电力市场，在政府指导下，签订并网调度协议和购售电合同，享受相应的权力并承担相应的义务。

光伏发电具有清洁、无污染、技术成熟等优点，但其能量密度低、稳定差、调节能力差，发电量受天气及地域影响很大。而且，光伏并网后会对电网安全、稳定、经济运行以及供电质量造成一定程度的负面影响，常见为：一是导致电压偏差及波动问题，如负荷峰谷与光伏出力曲线匹配度低，容易形成电压偏差。二是引起电网谐波问题，光伏逆变器是主要谐波源。三是恶化配电网三相不平衡问题，由于大量单相接入的光伏电源引起。四是发生电网安全稳定问题，由于远距离光伏电能输送产生。

不加装储能装置的光伏并网发电系统会对电网造成不良影响，但储能系统和光伏发电相结合的统筹规划，能够提高光伏系统的自我消纳能力，为用户带来收益最大化，并增强可协调性和灵活性，保障电网安全稳定运行，故研究光储模式以解决光伏发电对电网的影响具有重要意义。一是大型并网光伏电站更多地使用逆变器并联、集中管理与控制技术，可以在适当的条件下充分利用太阳能的时间分布特性和储能技术，起到削峰、补偿电网无功功率等满足电网友好需求的作用。二是光伏发电并网逆变器容易产生谐波和引起三相电流不平衡等问题，同时光伏输出功率的不确定性易造成电网电压波动和闪变。谐波的问题可配置滤波装置加以抑制，而电压波动、闪变以及三相不平衡问题可借助储能设备进行改善。三是针对偏远农村地区，当地农网往往架构薄弱，部分村落用电可靠性难以得到保证。光储模式在该类地区的应用，可提高当地居民用电可靠性，减少用户投诉现象。

在光伏发电系统中，通过合理应用储能技术，能够确保光伏电源在实际运行过程中其性能能够更加稳定，最大限度地发挥光伏电源的实际价值。在这个过程中，一般工作人员会使用一系列的措施对光伏系统进行逆变控制，在实际运行过程中，光伏并网发电系统产生的电能质量才能够得到有效保障，而整个过程中发挥最关键作用的就是储能控制系统。

2光伏微电网的储能控制要求分析

在光伏微电网处于并网运行状态下时，所应用的微电源存在着随机波动性，不可避免的会对配电网产生电压波动、功率波动以及谐波等影响，非常不利于电能质量的提升，以及还会有可能造成微电网与主电网功率交换失控的情况出现。以及对于孤网运行状态，依然无法完全避免功率波动对电网运行可靠性造成的不利影响。通过对储能控制技术的研究和应用，能够进一步提高微电网以及主电网交换功率的控制效果，对改善微电网电能质量意义重大，既可以改善微电网运行的可靠性，又能够提高微电网的利用效率。将储能容量作为微电网后备电源存在，从功率与容量两方面的关系出发来进行合理配置，以争取有效抑制微网并网状态下产生的功率波动影响，提高微电网内功率稳定性。

3微电网中的光伏储能控制策略

3.1平滑切换控制策略

在目前的微电网系统中，光伏储能是应用范围最广的组合新能源方式。传统电网普遍采用的是联网集中发电的模式，但随用电负荷的增加以及分布式电源的普及，电网结构中的储能系统受到冲击。在微电网中，储能系统可以抑制分布能源的波动，是并网运行的关键。

在整个微电网系统中，实现并网模式与孤岛模式自动切换的关键技术主要有两项技术模块指导:(1)实时精准监控大电网运行状态；(2)经储能换流器将并网运行模式稳定地切换为孤岛模式。微电网单元的主控单元是电能存储单元，该单元经过程控制系统采集专网运行数据，实现实时精准监控主网运行状态。依据反馈的数据信息，操作主网系统与微电网之间的开关，为平滑切换微电网系统中的运行模式打下基础。切换运行模式时，主网会短暂断电，在断电时间内，分析微电网系统输出频率和输出电压，判断电网系统电力做功匹配情况。

3.2基于状态跟随的平滑切换控制方法

在孤岛和并网两种模式下，微电网的控制器存在很大差异。当微电网处于并网运行模型时，需要控制大电网公共耦合点的输出功率，保持电压及负载与大电网同步。而孤岛运行模式是在与大电网断开连接时独自运行的状态，在此过程中微电网需要独自调节分布式发电装置，稳定母线电压与频率。为了实现平滑切换电网与控制器，切换不同控制器需要控制部分存在逻辑开关，并网控制器与孤岛控制器分别为并网控制方式和孤岛控制方式，二者的输入都是给定值与某个反馈量之间的差值。假如主网发生故障，微电网检测到之后，运行状态由并网运行转变为孤岛运行，并网控制经切换，转变为孤岛控制。实际应用过程中发现，尽管负荷功率需求低于逆变器能够提供的最大功率，切换时还是会出现比较严重的暂态振荡。

对孤岛控制与并网控制模式进行分析，切换过程中导致振荡的原因是切换过程中两种控制器状态不匹配导致的。孤岛控制器与并网控制器同时运行，但是孤岛控制器并不发挥输出结果作用，控制器切换时，由于两种控制器存在不同的输出，导致控制器发生跳变。

把并网控制器的输出与孤岛控制器状态设计成一个负反馈，将该负反馈作为孤岛控制的输入，以便孤岛控制器在切换之前保持跟随并网控制器的输出状态，确保孤岛控制器与并网控制器输出时刻状态始终保持一致。通过合理控制开关，解决暂态振荡问题实现微电网光伏储能平滑切换控制。光储发电系统平滑控制中，控制联络线功率是至关重要的，光储发电系统计划实现调峰和曲线发电时，都需要将联络线功率控制作为基础。通常情况下控制联络线功率的算法采用比例－积分－微分，保证误差控制在允许范围内。通常情况下，微电网对负荷的需求较低，如果将百分比作为单位，设置联络线控制允许偏差范围，如果负荷升高，功率允许偏差也会随之升高，导致微电网出现频率剧烈波动，干扰微电网控制稳定性。所设置具体功率值作为功率允许偏差完成微电网中的光伏储能控制。

结束语

受国家政策的支持，近年来可再生能源发电模式在不断的扩展推进，尤其是光伏发电更是发展迅速。可再生能源利用包括分布式发电以及微电网两种形式，在很大程度上避免了可再生能源发电大规模并网时带来的不利影响，维持主电网运行的稳定性，可以说在提高电能质量以及供电可靠性放面有着巨大的优势。结合实践经验可以确定，对于含光伏电源的微电网来讲，在电网储能合理配置下，可保证微电网与主电网的交换功率处于可控状态，以及能够抑制电网产生的功率波动，因此还需要在现有基础上不断加深对含光伏电源微电网储能控制技术的研究。

参考文献：

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[2]徐康.含光伏电源的微电网储能控制技术分析[J].电子技术,2022,51(05):174-175.