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3.2 微电网方式
另一种较好的分布式发电区域电能利用方式是微电网方式,DG配备相应的储能装置,再配备相应的控制装置,构成的微电网(Micro-Grid,MG)接入配电网。微电网有交流微电网,直流微电网,交直流混合微电网三种型式,如图2是交直流混合微电网结构图,交流微电网中DG通过单向DC/AC,储能通过双向DC/AC接交流母线;直流微电网中DG通过单向DC/DC,储能通过双向DC/DC接直流母线;在交直流混合微电网中,交流微电网和直流微电网之间通过双向DC/AC协调控制器实现交流母线到直流母线能量的双向流动。
图2 交直流混合微电网结构图
4 随机性电源即插即用需要解决的关键技术
4.1 模块化并联技术
从随机性电源接入交流配电网的电源转换,到应用拓展的光储一体及交直流混合微电网,这些功率接口设备最终可归类为两类:DC/DC及DC/AC。从便捷接入的维护方便角度考虑即插即用,采用相同的标准化DC/DC及DC/AC功率模块并联构成统一的电源转换装置,也就是在硬件上把光伏逆变器,风机变流器,储能变流器,充电机,协调控制器,统一采用相同的硬件设备,仅仅根据应用场景不同,植入不同控制软件,实现不同应用需求,这就需要标准的DC/DC及DC/AC能够实现自主并联,方便构成不同容量。要做到DC/DC及DC/AC自主并联,需要采用一致的三电平DC/DC,三电平DC/AC拓扑结构的功率模块,并且要规格尽量少,这样可使开发的装置类型大大减少,同时方便维护。需要解决的技术是无高速通信线互联的即插即用、可自主并联运行的三电平高效率双模式DC/DC变换器及DC/AC变流器,实现模块化自主并联,构成功率全覆盖的电力电子电源转换,实现功率全覆盖接入应用场景即插即用。
4.2 安全互联主动式孤岛技术
随机性电源接入配电网,与配电网的互联分为电气互联及信息互联,电气互联需要设置安全互联装置,集成开关、保护、测控、通信等功能。需要不依赖逆变器、不依赖通信的主动式孤岛技术,满足电气互联安全,方便接入配电网,实现接入配电网即插即用。文献[7]提出了低频20Hz电源注入方式,实现100%主动式孤岛保护,如图3所示,应用在分布式电源并网接口装置,实现保护及安全隔离。信息互联需要解决互联设备信息众多,规约类型多样,信息互联装置不仅实现DG的通信汇集,其信息接口还实现电池管理系统(BMS)等外部智能设备的接入与信息转发,实现目前分布式电源设备即插即用信息互联,未来研究分布式能源应用IEC61850建模,实现标准化信息接入,满足分布式能源各种运行和控制模式的要求。
图3 低频电源注入式孤岛检测
4.3 超高速控制技术
传统配电网经常受到各种各样的扰动,稳定性较差,分布式电源接入后,改变了传统配电系统的结构,影响到配电网的暂态特性,通过超高速就地自身控制,可以在必要时完成主动配电网不同工作模式的快速切换,缩短暂态过程,改善配电网的暂态性能。目前的控制指标还不够高,如:充放电转换,Q/GDW159—2012《电池储能系统储能变流器技术条件》要求储能变流器在90%额定功率并网充电状态和90%额定功率并网放电状态之间运行状态切换所需的时间应不大于200ms,还是太长;ASVG的国内研究和应用产品的动作时间为几十毫秒,约为2~3个周波的时间等,这还不能满足智能电网对超高速控制速度的要求。文献[8]提出了在模式切换前已经处于运行模式热备状态,如图4所示,在进行模式切换时无需状态调整过程,进而实现超高速切换,满足智能超高速控制要求,实现就地自身控制,快速响应配电网要求,实现随机性电源有序控制即插即用。
图4 热备切换时电流波形
4.4 无通信线互联微电网控制技术
未来分布式电源商业应用,从家庭用的光储一体机,到区域用的微电网,最重要的是成本建设及经济性,目前的微电网结构复杂,控制设备多,依赖微电网控制中心(Micro-GridControlCenter,MGCC)集中管理各个DG、储能装置、负荷,实现微电网离网能量平衡,从建设成本及经济性角度考虑,并不适应商业应用。不依赖通信、不增加控制设备、仅由储能装置与DG实现自主并联,构成一种最简单物理结构的即插即用微电网,是微电网未来技术发展方向。文献[9]提出的采用基波频率调制技术,利用频率信号作为通信手段,储能装置与各个DG实现自主并联,不需要MGCC,实现一种最简单物理结构的即插即用微电网控制,主储能采用基波频率调制技术,如图5所示:根据电池SOC状态传送不同频率信号,DG采用f-P折线控制,在离网运行期间DG多发出的电能储存在电池中,实现对电池的自动维护。无通信线互联微电网控制技术可满足微电网低成本建设及经济性,满足微电网即插即用商业应用。
图5 无通信线互联微电网控制
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