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移频控制无通信线互联的微电网控制技术(2)

北极星智能电网在线  来源:供用电杂志微信公众号  作者:李瑞生  2016/11/18 14:36:59  我要投稿  

1.2 并网转离网

在外部电源失去时,需要从并网状态转入离网状态,也就是非计划孤岛;或者在计划调度需要时,微电网转入离网状态,也就是计划孤岛。

1.2.1 计划孤岛PCC交换功率调节

在计划性孤岛时,MGCC根据计划调度指令要求,首先调节储能出力,使PCC交换功率为零,储能、各DG出力与负荷达到平衡;MGCC发出指令跳PCC开关,储能由P/Q工作模式转换为V/f工作模式,微电网进入离网运行状态。MGCC调节储能出力使PCC交换功率为零的原因是防止交换功率过大;在MG发电过多、向配电网输送有功过大时切换,会引起微电网在离网瞬时过电压,主储能电源因为过电压保护停机。

1.2.2 非计划孤岛过电压

在非计划性孤岛时,如果MG发电过多、向配电网输送有功过大,由于微电网能量突然不平衡,就会造成微电网还来不及切换,孤岛保护过电压发生,从而造成主储能因孤岛过电压停机,从而使微电网并网转离网失败。

1.2.3 非计划孤岛切换“缝隙”

在非计划性孤岛时,如果PCC交换功率不大,孤岛发生时,孤岛过电压不足以引起主储能停机。此时检测出孤岛后,跳PCC开关,进入离网运行状态,微电网瞬间失电,主储能经过并转离过程,经过一定时间,主储能电压频率恢复正常,从瞬间失电到主储能电压频率恢复正常的时间,就是非计划孤岛“缝隙”,尽管可以采取一定措施,包括采用快速动作的电子开关缩小“缝隙”,但不能彻底消除“缝隙”,这也是目前运行的微电网普遍存在的“有缝”切换问题。

1.3 离网运行

1.3.1 电池充放电管理

离网运行时需要MGCC对主储能电池进行主动管理,尽量多的利用分布式发电,这样可以保障微电网尽可能长时间离网运行。在负荷较小时,由MGCC管理主储能,把DG发出的多余电能储存起来,当主储能充电到储能的上限时,MGCC限制主储能充电,不然会引起主储能过充电保护停机,将整个微电网“黑掉”;在负荷较重时,当主储能放电到储能的下限时,MGCC限制主储能放电,采取切除负荷的方式,维持微电网运行;不然会引起主储能过放电保护停机,将整个微电网“黑掉”。

1.3.2 分布式发电控制

微电网离网运行时,MGCC对分布式发电及负荷进行预测,根据采集到各个节点的电流、电压、功率、开关量等信息,控制各DG及储能的出力,实现微电网的离网能量平衡。MGCC通信出现问题时,无法进行分布式发电控制,微电网不能正常运行。

1.4 离网转并网

微电网在离网运行期间,配电网电源恢复正常,或计划性孤岛恢复,需要微电网从离网恢复到并网运行。由于微电网离网运行时的电压与配电网电压存在角差及频差,并网恢复时采取同期角度小于定值时并网恢复,尽量减少并网恢复瞬间的合闸冲击。如果同期时合闸冲击过大,合闸冲击电流会造成主储能过电流保护动作而停机,整个微电网会被“黑掉”,微电网从离网转并网应尽量做到冲击小,实现“平滑”切换。

通过以上分析:微电网并网运行、并网转离网、离网运行、离网转并网的控制都离不开MGCC,而MGCC又依赖通信;即便这样,还不能解决过电压、切换“缝隙”、合闸冲击等问题。

2.移频控制技术

移频键控(frequency-shift-keying,FSK)技术是用数字信号去调制载波的频率,在电力系统保护通信领域是一项应用成熟的技术,如:高压线路保护用FSK式收发信机,额定频率范围50–400kHz,在4kHz额定带宽,正常运行发送的是监频信号,信号频率fG,用于信道的监视;故障时发送命令信号,发送信号频率fT,用于传送规定的操作命令。高压线路保护用载波机,采用FSK技术,在一个通道中切换5个频率,正常传送监频fG,故障时传送跳频fA、fB、fC、f3。跳频fA、fB、fC分别为A、B、C相的跳频,f3为三相跳闸的跳频,如图2所示。

图2移频键控调制方式

微电网中可以借用FSK技术思想,在微电网离网运行时,借用电压源的工频信号,采用移频控制技术,利用频率信号作为通信手段,实现无通信线互联微电网控制,由储能装置与各个DG实现自主并联,不需要MGCC,是一种最简单物理结构的即插即用微电网控制。

2.1 频率分区

频率分区如图3所示,参考0.5–100MW发电机组的频率偏差故障穿越要求:在47.5–51Hz内,49–50.3Hz为发电机组正常运行频率;50.3–51Hz为发电机组频率过高时,频率偏差故障穿越允许运行30min;47.5–49Hz为发电机组频率过低时,频率偏差故障穿越允许运行30min。在微电网离网运行时,主储能采用虚拟同步发电机技术,具有电压源外特性,借用电压源的工频信号,把频率运行下限47.5Hz调整为47.7Hz,主储能在最大功率充电/放电时,基于SOC的下垂控制方式如图4所示,频率工作在47.7–51Hz内,即使功率波动再大,只要不超出储能最大充放电功率,系统频率不会超出允许范围,解决了对等控制电压频率的稳定性,具有鲁棒性强的特点。具体方法是根据SOC状态,划分成3个区域,50.3–51Hz为SOC过高充电下垂运行区域,亦为高频故障穿越区域;47.7–49Hz为SOC过低放电下垂运行区域,亦为低频故障穿越区域;49–50.3Hz为SOC正常下垂运行区域及SOC过高放电/SOC过低充电下垂运行区域。SOC正常传送监频fG,SOC过高充电传送高控频fH(控制分布式发电),SOC过低放电传送低控频fL(低周减载切除负荷)。

图3频率分区

微电网并网运行,主储能运行下垂折线为图4中折线1,正常运行频率fG为49–50.3Hz,主储能根据SOC状态对储能电池进行维护,使SOC工作在设定的正常范围内。

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