微電網(wǎng)中的光伏儲(chǔ)能控制策略研究

蘭州工業(yè)學(xué)院 陳 晶 白漫溪

目前，在社會(huì)生產(chǎn)生活實(shí)踐當(dāng)中，能源的需求在不斷的增加，但是傳統(tǒng)的非可再生能源，比如煤、石油等的存量卻在減少，而且這些能源還會(huì)在使用過(guò)程中造成污染問(wèn)題。所以，無(wú)論是從能源安全角度考慮還是從環(huán)境保護(hù)的角度考慮，尋找能夠替代傳統(tǒng)非可再生能源的新能源成為未來(lái)能源研究的一個(gè)重要方向。現(xiàn)階段，各國(guó)開(kāi)展了針對(duì)新能源的研究和利用分析，并取得了顯著的成果，如水能、風(fēng)能、太陽(yáng)能等在目前的社會(huì)生產(chǎn)實(shí)踐中獲得了顯著應(yīng)用[1]。

對(duì)現(xiàn)階段興能源的具體利用做分析可知，基于興能源的微電網(wǎng)與大電網(wǎng)存在著特性差，基于微電網(wǎng)的利用，國(guó)內(nèi)外開(kāi)展了諸多研究，其中應(yīng)用較為廣泛的是微電網(wǎng)中的光伏儲(chǔ)能。在實(shí)踐當(dāng)中，微電網(wǎng)中的光伏儲(chǔ)能控制穩(wěn)定性差是影響其應(yīng)用實(shí)效的重要因素，所以在實(shí)踐中，討論微電網(wǎng)中的光伏儲(chǔ)能控制策略現(xiàn)實(shí)意義顯著。

1 理論闡述

水光儲(chǔ)柴混合型微電網(wǎng)是現(xiàn)階段實(shí)踐中應(yīng)用比較廣泛的一種微電網(wǎng)，即基本的結(jié)構(gòu)屬于水光儲(chǔ)柴、光伏儲(chǔ)能水電和柴油發(fā)電機(jī)混合型微電網(wǎng)，該電網(wǎng)主要由四部分組成，分別是光儲(chǔ)發(fā)電系統(tǒng)、水力發(fā)電系統(tǒng)、柴油發(fā)電系統(tǒng)和負(fù)荷?；谒鈨?chǔ)柴混合型微電網(wǎng)分析光伏儲(chǔ)能控制策略，主要強(qiáng)調(diào)以下方面的分析與控制。

1.1 模式分析與切換控制

在持續(xù)、深入的微電網(wǎng)控制研究實(shí)踐中產(chǎn)生了不少具有實(shí)踐性的理論，如基于功率的管理系統(tǒng)，以及其他的具有可行性的控制方式都是比較顯著的研究結(jié)果。就本次的研究來(lái)看，主要采用的控制方式為基于功率管理的控制方式。對(duì)微電網(wǎng)的運(yùn)行做分析可知，微電網(wǎng)當(dāng)中的光儲(chǔ)發(fā)電系統(tǒng)會(huì)因?yàn)楦鞣N任務(wù)實(shí)現(xiàn)存在的差異，而出現(xiàn)不同的運(yùn)行模式以及控制方式，如在發(fā)電、調(diào)峰和調(diào)頻等任務(wù)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中，光儲(chǔ)系統(tǒng)的運(yùn)行模式和控制方式是有顯著差異的，基于各項(xiàng)任務(wù)的有效完成，要結(jié)合任務(wù)特點(diǎn)做針對(duì)性控制，即要實(shí)現(xiàn)控制方式的科學(xué)切換。以目前實(shí)踐為例，光儲(chǔ)發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行方式可以經(jīng)由手動(dòng)控制，使其由啟動(dòng)狀態(tài)切換到并網(wǎng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或者是孤島運(yùn)行的狀態(tài)。在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的過(guò)程中，并網(wǎng)運(yùn)行所負(fù)責(zé)的一個(gè)主要任務(wù)是進(jìn)行計(jì)劃曲線發(fā)電，同時(shí)完成調(diào)峰[2]。如果在穩(wěn)態(tài)并網(wǎng)運(yùn)行或者是孤島運(yùn)行的時(shí)候出現(xiàn)了故障問(wèn)題，可以利用手動(dòng)切換的方式讓系統(tǒng)保持停機(jī)的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)故障的處理。

1.2 穩(wěn)態(tài)分析與控制

分析研究微電網(wǎng)中的光儲(chǔ)發(fā)電系統(tǒng)控制可知在控制實(shí)踐中，光儲(chǔ)不僅可以放在直流側(cè)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，其還能夠?qū)Τ隹诠β什▌?dòng)的情況進(jìn)行抑制。在利用光儲(chǔ)系統(tǒng)控制做出口功率波動(dòng)抑制的時(shí)候需要注意，因?yàn)檫@種控制會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)能發(fā)生頻繁動(dòng)作。結(jié)合實(shí)踐做分析發(fā)現(xiàn)受設(shè)計(jì)原因的影響，一些鋰電池是不能夠進(jìn)行頻繁的充放電操作的。就光伏發(fā)電而言，其在白天的時(shí)候會(huì)處于發(fā)電的狀態(tài)，在晚上的時(shí)候則處于停止發(fā)電的狀態(tài)?；谖㈦娋W(wǎng)狀態(tài)穩(wěn)定考慮，在晚上的時(shí)候儲(chǔ)能需要向電網(wǎng)供電，這樣負(fù)荷的具體要求才會(huì)滿足。結(jié)合實(shí)踐做分析發(fā)現(xiàn)，水電運(yùn)行方式會(huì)受到季節(jié)的影響，而且柴油發(fā)電系統(tǒng)的裝機(jī)容量比較小，所以在實(shí)踐中，光儲(chǔ)發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行方式需要基于水電運(yùn)行方式的改變而進(jìn)行改變。再者，考慮到光照的變化情況，光儲(chǔ)發(fā)電系統(tǒng)的晝夜運(yùn)行方式等也需要保持差異，這樣可以保證微電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

1.3 暫態(tài)分析與控制

對(duì)光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行做監(jiān)測(cè)分析發(fā)現(xiàn)其處于穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)候，系統(tǒng)對(duì)微電網(wǎng)有非常高的滲透率，測(cè)試結(jié)果表明滲透率能夠達(dá)到80%，如此高的滲透率會(huì)對(duì)微電網(wǎng)的穩(wěn)定性以及可靠性形成威脅，尤其是暫態(tài)控制的穩(wěn)定性。結(jié)合微電網(wǎng)的暫態(tài)控制實(shí)踐進(jìn)行研究，諸多學(xué)者研究得出可行性理論[3]。就水光儲(chǔ)柴混合微電網(wǎng)的應(yīng)用分析來(lái)看，柴油發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)作用只有在功率波動(dòng)比較大的情況下才能夠發(fā)揮效果，而且其不具備電壓調(diào)節(jié)的功能?；诖?，需要水電機(jī)組發(fā)揮頻率調(diào)節(jié)的作用。總的來(lái)講，在光儲(chǔ)發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)踐中，考慮到光儲(chǔ)發(fā)電系統(tǒng)比較高的滲透率，必須要強(qiáng)調(diào)暫態(tài)控制策略。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

為分析研究不同的控制要求和控制策略，基于相應(yīng)的理論構(gòu)建實(shí)驗(yàn)分析模型。在本次的試驗(yàn)分析模型構(gòu)建中主要強(qiáng)調(diào)5個(gè)系統(tǒng)的建設(shè)和利用，這5個(gè)系統(tǒng)分別是實(shí)時(shí)數(shù)字仿真系統(tǒng)、光伏控制系統(tǒng)、儲(chǔ)能控制系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)、MGCC和能量管理系統(tǒng)[4]。利用上述的5個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行微電網(wǎng)系統(tǒng)搭建，并基于系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的微電網(wǎng)容量對(duì)設(shè)備的容量做研究與確定，這樣可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能變流器等設(shè)備建模。在建模完成之后利用具備外接特點(diǎn)的光伏系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)其的控制，之后再利用MGCC能夠有效落實(shí)上述的控制策略。就能量管理監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用分析來(lái)看，其主要的作用是進(jìn)行系統(tǒng)功能預(yù)測(cè)與監(jiān)控。

在試驗(yàn)分析模型搭建好之后，接下來(lái)的重要工作便是試驗(yàn)仿真與分析。為驗(yàn)證穩(wěn)態(tài)分析策略的可行性和穩(wěn)定性，基于理論闡述的內(nèi)容運(yùn)行模型，從模型的具體結(jié)果來(lái)看，系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線的功率能夠穩(wěn)定的保持在設(shè)定的范圍之內(nèi)，而且在計(jì)劃指令值發(fā)生改變的時(shí)候能夠迅速的實(shí)現(xiàn)聯(lián)絡(luò)線功率的改變，具有比較好的響應(yīng)性能。從研究結(jié)果來(lái)看，實(shí)際穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的過(guò)程中，穩(wěn)態(tài)控制策略的利用允許偏差范圍內(nèi)光儲(chǔ)發(fā)電系統(tǒng)能正確的按照計(jì)劃發(fā)電值發(fā)電，而且儲(chǔ)能能夠在晚間的時(shí)候基于調(diào)峰指令以較穩(wěn)定的功率實(shí)現(xiàn)向微電網(wǎng)的供電[5]。就暫態(tài)控制分析來(lái)看，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果入手做討論，在綜合考慮微電網(wǎng)頻率波動(dòng)范圍充放電次數(shù)限制等因素之后對(duì)低周限值進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)利用故障錄波儀對(duì)儲(chǔ)能緊急調(diào)頻的動(dòng)作過(guò)程等進(jìn)行錄波，從獲得的緊急調(diào)頻動(dòng)作曲線分析來(lái)看，儲(chǔ)能緊急調(diào)頻控制策略能夠?qū)ξ㈦娋W(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性起到積極的作用。

3 微電網(wǎng)中光伏儲(chǔ)能控制反思

立足于實(shí)踐對(duì)微電網(wǎng)中的光伏儲(chǔ)能控制做分析，同時(shí)基于實(shí)驗(yàn)?zāi)M進(jìn)行探討，在微電網(wǎng)的應(yīng)用實(shí)踐中要實(shí)現(xiàn)光伏儲(chǔ)能控制，需要考慮的內(nèi)容是比較多的，比如在實(shí)踐中需要考慮光儲(chǔ)控制的具體結(jié)構(gòu)、模式以及方法，還需要對(duì)光儲(chǔ)控制的人員等進(jìn)行思考，這樣，微電網(wǎng)中的光儲(chǔ)控制實(shí)效才會(huì)更加顯著。以下是基于實(shí)踐的對(duì)微電網(wǎng)中的光儲(chǔ)控制的各項(xiàng)內(nèi)容思考。

一是光儲(chǔ)微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)。結(jié)合微電網(wǎng)的實(shí)際應(yīng)用做分析發(fā)現(xiàn)在進(jìn)行光伏儲(chǔ)能控制的時(shí)候，不同的光儲(chǔ)微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)所要考慮的控制策略是有差異的在，主要是因?yàn)樵趦?chǔ)能控制的時(shí)候，控制效果與微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)有緊密的聯(lián)系，如果不能正確識(shí)別微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，那么基于控制效果優(yōu)化的控制策略難以實(shí)現(xiàn)有效針對(duì)，因此在實(shí)踐中，明確光儲(chǔ)微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，并基于控制要求對(duì)微電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整有突出的現(xiàn)實(shí)意義。就結(jié)構(gòu)調(diào)整工作的具體開(kāi)展來(lái)看，主要的措施為：

①基于光伏儲(chǔ)能控制的具體要求對(duì)結(jié)構(gòu)性能、標(biāo)準(zhǔn)等做測(cè)試分析，從而明確拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)需要滿足的參數(shù)。②基于測(cè)試結(jié)果和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)建。③運(yùn)行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并分析基于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的控制策略有效性，并在有效性結(jié)果分析基礎(chǔ)上對(duì)結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步的優(yōu)化和調(diào)整，其在控制實(shí)踐中的效果發(fā)揮會(huì)更加突出?？傊?，充分考慮光儲(chǔ)微電網(wǎng)那個(gè)的結(jié)構(gòu)，解決其結(jié)構(gòu)存在的問(wèn)題，這對(duì)于優(yōu)化相關(guān)工作有顯著意義。

二是光儲(chǔ)控制的模式。基于上文的分析可知，在微電網(wǎng)中的光儲(chǔ)控制實(shí)踐中，為了保證微電網(wǎng)的穩(wěn)定和安全運(yùn)行，需要基于不同的環(huán)境條件，比如氣象條件、其他資源利用條件等對(duì)光儲(chǔ)控制的模式進(jìn)行調(diào)整。在不同的模式下，光儲(chǔ)控制的標(biāo)準(zhǔn)和要求會(huì)產(chǎn)生明顯的差異，如果不能正視這些差異，最終光儲(chǔ)控制效果會(huì)難以滿足實(shí)際運(yùn)行需要。基于此，在實(shí)踐中可以利用試驗(yàn)分析的方式，對(duì)各種模式下的控制標(biāo)準(zhǔn)和條件進(jìn)行確定，并利用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，這樣，在光儲(chǔ)控制工作的開(kāi)展實(shí)踐中，可以基于不同的模式來(lái)做標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的調(diào)整，如此一來(lái)，光儲(chǔ)控制的針對(duì)性、有效性會(huì)顯著提升。簡(jiǎn)言之，不同的光儲(chǔ)控制模式，其側(cè)重點(diǎn)和著力點(diǎn)會(huì)有顯著的差異，因此在實(shí)踐中，需要基于微電網(wǎng)的具體運(yùn)行狀態(tài)對(duì)光儲(chǔ)控制的模式進(jìn)行調(diào)整和分析，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)光儲(chǔ)控制模式利用的針對(duì)性和有效性，這樣光儲(chǔ)控制的實(shí)際結(jié)果會(huì)更加的顯著。

三是光儲(chǔ)控制的方法。對(duì)微電網(wǎng)中的光儲(chǔ)控制實(shí)踐做分析可知，在暫態(tài)控制和穩(wěn)態(tài)控制的過(guò)程中，具體實(shí)施的方法是不同的，主要是因?yàn)椴煌姆椒ㄟm用于不同的運(yùn)行環(huán)境和條件。結(jié)合微電網(wǎng)中的光儲(chǔ)控制方法利用做分析，同樣的控制方法在應(yīng)用的過(guò)程中可以基于具體條件的差異對(duì)細(xì)節(jié)做出調(diào)整，這樣，光儲(chǔ)控制的方法才能夠發(fā)揮出更加突出的優(yōu)勢(shì)?？偟膩?lái)講，為了保證光儲(chǔ)控制方法利用的專業(yè)性和有效性，在實(shí)踐中可以基于數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄與分析，從而對(duì)不同條件下的控制方法利用做更加詳細(xì)的分析，通過(guò)不斷的數(shù)據(jù)積累對(duì)方法應(yīng)用做補(bǔ)充，這樣具體方法的應(yīng)用條件、參數(shù)分析會(huì)更加全面，在光儲(chǔ)控制的過(guò)程中，方法應(yīng)用的實(shí)際效果也會(huì)更加的突出。

圖1 光儲(chǔ)控制

四是光儲(chǔ)控制工作中的人員水平。從上文的分析來(lái)看，在微電網(wǎng)光儲(chǔ)控制實(shí)踐中，雖然比較多的控制工作可以利用具有智能化的控制系統(tǒng)，但是在必要的時(shí)候，人員控制操作是不可忽視的。對(duì)人員控制操作進(jìn)行分析可知，如果人員本身的水平難以滿足控制操作的需要，那么其在控制實(shí)踐中發(fā)揮作用，勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生不良影響。為了解決該問(wèn)題，一方面需要對(duì)光儲(chǔ)控制實(shí)踐中的人員水平進(jìn)行強(qiáng)調(diào)，要通過(guò)理論、實(shí)踐培訓(xùn)的方式幫助提升人員的素質(zhì)水平。另一方面，在工作實(shí)踐中要強(qiáng)調(diào)人員資格管理，即要對(duì)光儲(chǔ)控制實(shí)踐工作的操作人員進(jìn)行管理，要明確操作人員的崗位資質(zhì)，這樣可以在實(shí)踐中將不符合要求的人員排除在具體工作隊(duì)伍之外，這樣光儲(chǔ)控制工作實(shí)踐才會(huì)有效控制人員問(wèn)題的發(fā)生?？偟膩?lái)講，無(wú)論是人員的理論專業(yè)水平還是實(shí)操專業(yè)水平，其都會(huì)對(duì)微電網(wǎng)中光儲(chǔ)控制產(chǎn)生顯著的影響，所以為了解決人員問(wèn)題帶來(lái)的光儲(chǔ)控制難題，在實(shí)踐中需要強(qiáng)調(diào)微電網(wǎng)光儲(chǔ)控制實(shí)踐中的人員水平整體性提升。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，目前微電網(wǎng)在社會(huì)實(shí)踐中用著重要的應(yīng)用，穩(wěn)定微電網(wǎng)的利用對(duì)社會(huì)能源的充分使用等有突出的現(xiàn)實(shí)意義。需要注意的是，在微電網(wǎng)的具體應(yīng)用中，光伏儲(chǔ)能控制是需要重點(diǎn)關(guān)注的一項(xiàng)內(nèi)容，所以基于微電網(wǎng)穩(wěn)定、有效、可靠運(yùn)行的需要對(duì)微電網(wǎng)匯總光伏儲(chǔ)能的具體策略進(jìn)行分析，這能夠?yàn)楫?dāng)前的現(xiàn)實(shí)工作開(kāi)展提供有效參考。文章對(duì)微電網(wǎng)中光伏儲(chǔ)能的暫態(tài)控制、穩(wěn)態(tài)控制等進(jìn)行分析，并總結(jié)了光伏儲(chǔ)能控制策略制定和實(shí)施中需要考慮的諸多因素，目的就是要為當(dāng)前的實(shí)踐工作提供指導(dǎo)和參考，從而推進(jìn)具體工作獲得顯著性好轉(zhuǎn)。