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      含新能源發(fā)電的配電網(wǎng)負(fù)荷建模的分析

      2017-05-30 01:48:49劉圣成
      科技風(fēng) 2017年15期
      關(guān)鍵詞:新能源發(fā)電配電網(wǎng)

      摘 要:面對能源危機,新能源開始廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域,電力行業(yè)自然也不例外,含新能源發(fā)電的配電網(wǎng)得以建設(shè)起來。含新能源發(fā)電的配電網(wǎng)的規(guī)劃運行,需要充分滿足據(jù)當(dāng)前的電力需求,結(jié)合其負(fù)荷特性進行分析,但難以通過由傳統(tǒng)綜合負(fù)荷模型予以描述,這就需要建立統(tǒng)一的、規(guī)范的指標(biāo)體系,其仿真分析結(jié)果能夠作為電力平衡的控制提供重要的參考。

      關(guān)鍵詞:新能源發(fā)電;配電網(wǎng);負(fù)荷建模

      含風(fēng)能、水能以及太陽能等新能源發(fā)電的配電網(wǎng)的規(guī)劃運行,能夠代替和補充部分的火力發(fā)電,減少了化石能源的消耗,降低環(huán)境污染,同時減輕了環(huán)境壓力,充分貫徹了可持續(xù)發(fā)展的理念。當(dāng)含新能源發(fā)電的配電網(wǎng)并網(wǎng)運行時,為了滿足等效負(fù)荷要求,需要通過負(fù)荷建模來準(zhǔn)確描述負(fù)荷特性,并符合實際情況,其對于含新能源發(fā)電的配電網(wǎng)的可持續(xù)發(fā)展有著積極的影響。

      1 新能源配電網(wǎng)的建模

      當(dāng)含新能源發(fā)電的配電網(wǎng)并網(wǎng)運行時, 需要結(jié)合其負(fù)荷特性進行分析,建立科學(xué)的負(fù)荷模型,予以仿真設(shè)計。本文以光伏發(fā)電系統(tǒng)建模為例進行研究,光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)包括光伏電池、逆變器和控制部分,分別進行建模。

      1.1 光伏陣列

      光伏電池的輸出特性受到電池結(jié)溫和日照強度的影響。光伏電池的輸出伏安特性可以利用電流源和二極管的并聯(lián)電路來進行描述,其中串聯(lián)一電阻,擁有更為準(zhǔn)確的反映出光伏電池的伏安特性。從中可以了解到,在光伏電池模型當(dāng)中,光照越強,則光伏陣列匯集電流越大。溫度越高,則二極管飽和電流也會受到影響。根據(jù)電路接入負(fù)載的情況,電流部分流入負(fù)載(接入)或經(jīng)二極管分流(不接入)。進而建立光伏陣列數(shù)學(xué)模型和光伏陣列仿真模型,然后進行升壓電路設(shè)計。設(shè)計Boost升壓變換器,在升壓電路的作用下,光伏列陣輸出電壓可以轉(zhuǎn)變?yōu)槟孀兤餍枰闹绷麟妷褐?,起到對輸入電壓的調(diào)控作用,其控制范圍明顯增加[1]。

      1.2 逆變器

      逆變器具有單相全橋脈寬調(diào)制的作用,根據(jù)電流反饋控制方案,通過對功率開關(guān)通斷的控制,調(diào)節(jié)單位功率因數(shù)的變化,進而控制功率器件的運行,可有效處理誤差信號。逆變器穩(wěn)態(tài)運行時,行外環(huán)控制和內(nèi)環(huán)控制,并輸出(外環(huán)控制)和調(diào)節(jié)(內(nèi)環(huán)控制)有功電流分量和無功電流分量指令。電網(wǎng)電壓的電流方式具有矢量、定向的特點。結(jié)合瞬時無功理論,對有功輸出和無功輸出

      進行解耦控制。逆變器暫態(tài)運行時,其輸出電流會出現(xiàn)峰值,需要在逆變器中設(shè)置電流限幅模塊,進而提高其元器件過流能力,建立暫態(tài)模型,應(yīng)以妥善處理并解決光伏發(fā)電系統(tǒng)的故障[2]。

      1.3 最大功率跟蹤方案

      根據(jù)光伏組件的伏安特性,分析其最大功率點與輻射強度和溫度之間的關(guān)系,設(shè)計最大功率跟蹤方案,可通過對逆變器指令電流大小的調(diào)節(jié)來控制最大功率跟蹤方案的實施。根據(jù)光伏電池功率電壓關(guān)系曲線的變化,從中了解指令電流、可用功率對電壓的變化率表征,能夠在很大程度上反映出反映出光伏發(fā)電配電網(wǎng)的負(fù)荷特性。在該方案當(dāng)中,如果功率和電壓變化率的比值增加,則需要觀察指令電流的變化。另外,為了保證并網(wǎng)電流和電壓的同頻、同相,需要設(shè)計鎖相環(huán)方案。

      2 運行特性仿真

      2.1 離網(wǎng)獨立供電

      光伏發(fā)電系統(tǒng)的離網(wǎng)獨立供電是一種不穩(wěn)定和不連續(xù)的供電方式,不獨立帶負(fù)載時,可直接對負(fù)載供電。直流負(fù)載和交流負(fù)載分別接在升壓變換器和逆變器的輸出端。獨立帶載時,在逆變器的作用下,電壓源輸出穩(wěn)定,將使用電壓控制為恒定額度,輸出功率、輸出電壓相位以及輸出電流相位均受到負(fù)載大小的影響。電壓電流雙閉環(huán)反饋是光伏發(fā)電系統(tǒng)離網(wǎng)獨立供電中常用的輸出電壓控制方法。根據(jù)輸出電壓的檢測值,計算與標(biāo)準(zhǔn)正弦輸出電壓之間的差值,然后利用比例積分進行調(diào)節(jié),補償差值后得到電流基準(zhǔn)。電流誤差信號的獲取,是通過計算電流基準(zhǔn)和輸出濾波電感電流瞬時值的差值來得到的,經(jīng)調(diào)節(jié)后獲得脈沖寬度調(diào)制波,與恒頻三角載波對照,觀察系統(tǒng)輸出電壓和電流波形,均呈現(xiàn)為正弦波形。當(dāng)負(fù)載過高時,光伏發(fā)電系統(tǒng)不穩(wěn)定,輸出電壓降低。而負(fù)載過低時,則輸出功降低,電池的利用率并不高[3]。

      2.2 并網(wǎng)供電仿真

      當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)時,則需要考慮電能質(zhì)量能否達標(biāo),滿足等效負(fù)荷要求。逆變器的運行穩(wěn)定、高效,并根據(jù)日照、溫度、負(fù)載的變化進行調(diào)節(jié)。并網(wǎng)電流是逆變器輸出電流與負(fù)載電流的差值。電流幅值是否發(fā)生變化與負(fù)載性質(zhì)有關(guān)。電阻性負(fù)載下,在鎖相的作用下,指令電流的幅值變化對其不構(gòu)成影響。而在電感性負(fù)載下,負(fù)載電流保持恒定,輸出電流幅值受到指令電流的幅值變化的影響,進而引起并網(wǎng)電流的變化。根據(jù)光伏陣列、逆變器以及最大功率跟蹤方案所建立的模型,設(shè)計光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的仿真圖。在光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)供電當(dāng)中,能夠根據(jù)并網(wǎng)所需電壓,利用并網(wǎng)變壓器來調(diào)控逆變器的電壓等級,同時還具有電氣隔離的作用功能。其電壓電流波形呈正弦波形,光伏發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)保持同相和同幅值。在仿真設(shè)計的過程中,初始階段,指令電流和電壓不同相,然后在光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)工作后,利用鎖相環(huán)鎖定電壓電流相位,進而控制電流輸出,滿足等效負(fù)荷要求,進而明確其負(fù)荷特性。對含新能源發(fā)電的配電網(wǎng)進行科學(xué),確保其良好運行,充分滿足據(jù)當(dāng)前的電力需求[4]。

      3 結(jié)論

      風(fēng)能、水能以及太陽能等新能源發(fā)電是電力行業(yè)發(fā)展的重要趨勢,以此來降低化石能源的消耗,減少污染物的排放,節(jié)能環(huán)保,對于電力行業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展有著積極的影響。含新能源發(fā)電的配電網(wǎng)接入電網(wǎng)后,為了保證并網(wǎng)電流和電壓的同頻、同相,需要對新能源配電網(wǎng)的負(fù)荷特性予以了解,通過建模仿真,進行科學(xué)、合理的設(shè)計,為含新能源發(fā)電的配電網(wǎng)的良好運行提供重要的保障。

      參考文獻:

      [1]丁明,石雪梅.新能源接入對主動配電網(wǎng)的影響[J].電力建設(shè),2015,(01):7684.

      [2]勵文偉,蔡振華,鄭瑜.含新能源發(fā)電的配電網(wǎng)負(fù)荷建模研究[J].電子技術(shù)與軟件工程,2015,(07):229230.

      [3]李欣然,李小菊,馬亞輝,徐振華,王玲.一種含燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的廣義綜合負(fù)荷模型[J].電力系統(tǒng)自動化,2012,(22):4449+107.

      作者簡介:劉圣成(1990),男,江西贛州人,助理工程師,研究方向:配電網(wǎng)及光伏。

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