直流微电网含负荷功率自动分配控制方法_马勇.pdf

直流微电网含负荷功率自动分配控制方法马勇（中国能源建设集团新疆电力设计院有限公司，新疆 乌鲁木齐 ）摘要：为了降低直流微电网含负荷功率自动分配波动，提高直流微电网含负荷功率自动分配控制稳定性，设计了新的直流微电网含负荷功率自动分配方法，首先构建了直流微电网运行模型，然后设计了直流微电网含负荷功率自动分配控制算法，最后计算了直流微电网负荷分配参数，从而实现了直流微电网含负荷功率自动分配。实验结果表明，设计的直流微电网含负荷功率自动分配控制方法的自动分配波动较小，具有稳定性，有一定的应用价值，可以作为后续直流微电网优化的参考。关键词：直流微电网；负荷功率；自动分配；控制方法中图分类号：（，）：，：；收稿日期：作者简介：马勇（），高级工程师，研究方向为电气系统设计等。引言为了解决日渐严峻的能源问题，我国逐渐开始重视新能源的有效使用，直流微电网是一种先进的电力系统，能使用可再生清洁能源完成电力输送，可以有效降低能源损耗，避免能源污染加剧。研究表明，目前我国现存的直流微电网大多使用光能源、风力能源等进行储能，并与相关的电力设备连接完成送电，且经过长期的发展，我国的直流微电网结构越来越复杂，灵活性也越来越高，但经过长时间使用发现，直流微电网在进行负荷分配时往往会受到谐波污染，造成较高的分配波动，不利于直流微电网的稳定，因此需要设计一种新的直流微电网含负荷功率自动分配方法。在 年，美国相关研究中心就提出了使用直流微电网作为可靠电源进行供电。随着电力技术的完善，直流微电网在我国也逐渐普及。在 年，由上海电力公司搭建的直流微电网电力系统正式投入使用，并取得了一定的成效，但在直流微电网的长期使用过程中发现，传统的直流微电网负荷自动分配方法经常受谐波影响出现负荷分配波动，导致其运行失稳，因此本文设计了一种新的直流微电网含负荷功率自动分配控制方法，以期提高直流微电网含负荷功率自动分配控制的稳定性，为后续直流微电网维护提供参考。控制方法设计 构建直流微电网运行模型直流微电网主要由几个基础部分组成，负荷会经过相应的结构进行变换完成分配。为了保证直流微电网含负荷功率分配的有效性，本文构建了直流微电网运行模型，如图所示。图直流微电网运行模型由图可知，直流微电网主要由分布式电源、储能中电力自动化电工技术 心、用电负荷组成，可以通过分布式电源协调运行。本文设计的方法建立了 ，分析了直流微电网的运行特性，以提高其控制稳定性。直流微电网工作过程中经常会受到输出电流的影响，产生不必要的波动，因此需要将直流微电网的实际运行状态与理想化参数结合，设计运行输出电流计算公式。（）（）式中，为光能电流；为运行常数；为负荷总量；为温度参考值。结合运行输出电流可以进一步分析，绘制电压电流变化曲线。结果表明，随着外界光照强度的增加，内部输出电流也会逐渐下降，存在一个输出功率极值，因此可以结合该输出功率极值设计运行控制策略。本文使用恒定电压法进行控制，首先计算直流微电网运行过程中最大输出功率点，然后排除影响输出功率的因素，最后降低外界环境可能给控制造成的影响，设置控制范围，完成有效的运行控制。功率电压输出参数的计算式为：（）式中，为平均功率；为平均电压；为实际输出电压；为初始电压。由于直流微电网运行过程中，功率电压输出参数会随着直流微电网转换强度而变化，因此在分配前需要进行负荷调整，降低分配难度。设计直流微电网含负荷功率自动分配控制算法结合图运行模型，进一步分析负荷功率。实验发现，每个直流微电网内部都含有一个核心储能设备，该储能设备可以不断进行储能转换，实现长期供电，该储能设备负荷计算式为：（）式中，为受控电源；为内阻；为核心参数。使用式（）进行分配前需要满足几个原则：首先，要保证直流配电网内部的充放电内阻恒定；其次，需要保证分配电荷一致；最后，需要结合微电网电源特性进行计算，尽量降低计算误差。直流微电网在工作过程中不断进行电流电压转换，自动完成负荷分配，但随着含负荷功率总量的增加，在转换过程中会产生较大的波动。本文设计的自动分配方法使用下垂控制策略进行负荷分配，有效地降低了分配负担，增加了分配精度。结合微电网的实际结构可以判断各个模式下的运行关系，下垂控制表达式为：（）式中，为公共电压；为公共负荷；为核心功率。通过对直流微电网的运行状态进行检验可知，运行过程中存在部分线路阻抗，需要计算公共母线电压 ：（）式中，为组输出电压；为线路阻抗。将式（）、式（）进行合并，可以计算直流微电网的运行时的下垂控制偏差：（）（）式中，为负荷下垂系数。计算出下垂控制偏差后，可以排除阻抗对含负荷功率自动分配的影响，有效提高分配精度，得到的分配式在实际分配中存在微小的控制误差，因此需要计算微电网负荷分配参数，提高自动分配的有效性。计算直流微电网负荷分配参数实现直流微电网含负荷功率自动分配控制的最后一步就是计算直流微电网的负荷分配参数。微电网负荷分配参数无法通过直接计算得出，需要使用特殊的功率控制器来进行综合分析。设计的功率控制器示意图如图所示。图功率控制器示意图由图可知，该功率控制器可以有效地判断电源之间的控制关系，解决线路阻抗不匹配问题，因此可以根据功率控制器的实际使用情况完成直流微电网负荷分配参数、的计算。（）（）式中，为平均输出功率；为控制器使用常数；为下垂调节系数；为分配比例。可以结合计算的分配参数完成有效的功率调节。为了保证本文设计的自动分配控制方法控制的有效性，进行了 验证。以初始微电网为例，首先判断初始微电网的负荷控制点位，然后进行参数调节，判断控制偏差，最后进行控制阻抗排除，完成全部控制过程。经过计算发现，完成全部控制过程后电压偏差较小，符合直流微电网的含负荷功率自动分配需求，但电能质量不佳，可能会影响直流微电网运行稳定性，为此对本文设计的方法进行了控制优化。在直流微电网内部设置初始下垂控制策略，在运行终端设置稳定运行器，由两种运行策略协同分配控制，解决以往控制中的电能质量问题，保证含负荷功率分配的精确性，降低了分配波动，实现了高稳定性直流微电网含负荷功率自动分配。实验为了测试本文设计的直流微电网含负荷功率自动分配电工技术电力自动化控制方法的分配效果，将其与传统的直流微电网含负荷功率自动分配控制方法进行对比实验。实验准备选取 平台作为实验平台，搭建了负荷功率变化的微电网系统。为了提高分配有效性，实验中使用 搭建模拟电力模型，并在其内部设置了两组不同的 系统，两个系统的功率变化和功率输出保持一致。搭建的实验平台如图所示。图实验平台由 图可 知，进 行 负 荷 功 率 变 化 后，首 先 使 用 对运行指令进行编译，然后再经过网络通信中心完成指令传输，最后将指令输送至 实验平台进行实验。在实验过程中，需要不断进行降压负荷测试。为了提高测试精度，实验选取 可编程负荷测试仪进行测试，该测试仪的参数见表。表负荷测试仪参数指标测量范围精度电压 电流 相位 频率 有功功率 无功功率 视在功率 二次导纳 二次导纳 由表可知，选取的测试仪参数符合直流微电网含负荷功率自动分配实验需求，因此可以使用该负荷测试仪测试基础负荷的变化范围。根据测试数据绘制的负荷参数变化曲线如图所示。由图可知，在微电网运行初期，负荷参数变化较快；随着运行时间的增长，负荷参数逐渐趋于平稳，此时的测试平台处于负荷稳定状况，可以在该状态下进行微电网含负荷功率分配测试。如果在测试过程中，受电流变化影响，出现参数曲线分布不平稳问题，就需要立即使用放电模型，重新进行负荷规划，以避免出现负荷参数与实验不匹配的问题，最大程度上保证实验的有效性。图负荷参数变化曲线 实验结果分别使用本文设计的直流微电网含负荷功率自动分配控制方法和传统的直流微电网含负荷功率自动分配控制方法进行自动分配，两个 电力系统在各个时间段的含负荷功率分配数值见表。表实验结果负荷分配时间本文设计方法负荷功率传统方法负荷功率 负荷分配时间本文设计方法负荷功率传统方法负荷功率 由表可知，本文设计的直流微电网含负荷功率自动分配控制方法的整体含负荷功率差值较小，上下波动负荷功率数值小于 ，而传统的直流微电网含负荷功率自动分配控制方法的整体含负荷功率差值较高，这表明本文设计方法符合直流微电网负荷的自动分配需求，有一定的应用价值。结语综上所述，为了降低能源损耗，实现可持续发展，我国开始注重清洁能源供电，直流微电网是一种使用光电等清洁能源完成电力输送的特殊供电系统，有重要的使用价值，但传统的直流微电网含负荷功率自动分配控制方法的分配波动较高，控制不稳定，不利于直流微电网正常使用，因此本文设计了新的直流微电网含负荷功率自动分配控制方法。实验结果表明设计的直流微电网含负荷功率自动分配控制方法的分配波动较小，具有稳定性，有一定的应用价值，可以作为后续直流微电网维护的参考。参考文献 叶宇剑，袁泉，等 抑制柔性负荷过响应的微网分散式调控参数优化中国电机工程学报，（）：杨万里，涂春鸣，兰征，等基于储能型柔性多状态开关的直（下转第 页）电力自动化电工技术 中的重要应用。终端设备智能化是农村电力用户在电网智能化改造中最直观感受到的内容，通过智能设备终端的应用，能够让用户更加便捷地了解用电情况、停电跳闸情况等，而电力系统工作人员也可以利用智能化终端设备，根据其不同指示内容快速分析了解当前设备运行故障情况。终端设备的智能化构造使设备能够自动对用电情况进行反馈，借助传感技术与通信技术，对农村电力系统的用电高峰、低谷、故障等各类信息进行上报，通过主站分析后利用智能化终端设备的条件自行进行电力资源的调配以及故障的处理，保证农村电力系统的稳定性。终端设备智能化同样也是农村电力系统运行多样化的重要内容，电力单位应该根据农村的实际用电需求合理配置终端设备，选择合适型号和数量的智能化设备以满足其配网自动化系统的需求，确保用电质量。电网主站智能化电网主站智能化也是智能电网技术的重要内容，对农村电网改造具有重要意义。电网主站是电力系统进行供配电的重要控制中心，而智能电网技术中电网主站的智能化水平显著提升，可以通过更高技术的计算机设备以及软件系统应用对各类电力问题进行科学分析，以满足电力系统的发展需求。在农村电网改造中各类电力故障的分析、电力问题的处理以及电量的输送等，都需要进行科学化、智能化的分析，智能化电网主站的应用极为关键。智能电网技术的电网主站智能化能够利用计算机系统对农村用电情况进行科学的分析，了解其用电规律，对不同时间、区域用电状况进行分析，并在后续电力系统发展中提供稳定的电力供给，让农村电力系统得以科学发展。结语智能电网技术的应用为农村电网改造带来了很多优质条件，能够满足农村电网供电需求的同时，保证电力系统的稳定性，提升了农村居民的用电质量。在农村电网改造中应用智能电网技术，既需要考虑智能电网的特点和价值，也需要考虑农村用电的实际需求，结合农村用电特点分析其稳定性与可靠性需求内容，而后在智能化电力系统的网络搭建、终端设计及主站智能化等方面进行科学调整，才能更好地满足农村电网改造的需求，提升农村用电质量水平。参考文献 张天野 智能电网技术在农村电网改造中应用 集成电路应用，（）：胡小坤，胡鑫 智能电网建设与农村电网改造升级的措施分析 现代工业经济和信息化，（）：高竹青配电自动化技术在农村智能电网中的应用研究通讯世界，（）：王祥勇，张延德 智能电网在农村电网运用 中小企业管理与科技（下旬刊），（）：张世福浅谈智能电网建设与农村电网改造之间的关联性科技与创新，（）：徐金明配电自动化技术在农村智能电网中的应用分析乡村科技，（）：黄河配电自动化技术在农村智能电网中的应用分析商业故事，（）：，陈希泉，孙艺博农村智能电网配电自动化技术研究农业科技与装备，（）：（上接第 页）流微电网与交流配电网柔性互联策略电力自动化设备，（）：彭巧，王秀丽，邵成成，等计及信息间隙决策理论的含电动汽车充电负荷的微电网多目标规划 电力自动化设备，（）：，梁倍华，何晋伟，金子开，等基于谐波阻抗匹配的微电网互联线路谐振分析及抑制措施 电力系统自动化，（）：王涛，韩璟琳，邵华，等 基于合作博弈的农村微电网群与配电网运行优化方法河北大学学报（自然科学