风光储互补微电网系统的设计及应用.pdf

SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯动 力 与 电 气 2023 NO.16 SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯风光储互补微电网系统的设计及应用于慧(广西鑫盟工程咨询有限公司 广西南宁 530000)摘要：随着社会的高速发展与时代的不断更替，我国新能源技术得到了很大的发展空间。为了切合社会发展的需求，该文主要对微电网系统进行了设计，可用于生产、教学、实验等。系统包括有5个子系统，分别为光伏系统、风力系统、蓄电池储能系统、模拟输电线路系统、微电网监控调度系统。除此之外，系统可能会受到外部环境因素的影响，如气候条件、当地降水量等，所以还配置了双馈异步风力发电系统与永磁同步发电的系统，能够对系统中参数进行实时的监控，实现程序运行的自由组合，从而产生更好的效果。基于此，该文主要对电网中子系统与控系统进行阐述，能够帮助部分地区的电网进行合理规划，为扩大市场规模提供了相关经验。关键词：风力发电 储能系统 监控 线路模拟 光伏发电中图分类号：TM92文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2023)16-0094-04Design and Application of the Wind-Photovotaic-Storage Complementary Microgrid SystemYU Hui(Guangxi Xinmeng Engineering Consulting Co.,Ltd.,Nanning,Guangxi Zhuang Autonomous Region,530000 China)Abstract:With the rapid development of society and the continuous replacement of the times,Chinas new energy technology has gained great development space.In order to meet the needs of social development,this paper mainly designs the microgrid system,which can be used in production,teaching,experiments,etc.There are five subsystems in the system,namely the photovoltaic system,wind power system,battery energy storage system,analog transmission line system and microgrid monitoring and dispatching system.In addition,the system may be affected by external environmental factors,including climate conditions,local precipitation,etc.,so it is also equipped with the doubly-fed asynchronous wind power generation system and the permanent magnet synchronous power generation system,which can monitor the parameters in the system in real time,realize the free combination of program operation,and then produce better results.Based on this,this paper mainly expounds the subsystem and monitoring system of the power grid,which can help the power grid in some regions to carry out reasonable planning,and also provide relevant experience for expanding the market scale.Key Words:Wind power generation;Energy storage system;Monitor;Line simulation;Photovoltaic power随着新能源发电规模的逐步扩大，许多电网的系统也变得更加完善，其中的监控系统则是对相关参数进行检测1。分布式发电机储能技术在发展中也降低了系统开发的成本，微电网已经成为了电网发展的未来趋势。因为微电网具有较强的灵活性、安全性，吸引了很多的用户参与进来，无论是在学术界还是社会上都得到了广泛关注，朝着大众化趋势发展。1 微电网系统的总体架构目前，在实验室中已经具有3 kW的单向光伏系统（10套）、10 kW三相光伏系统（2套）、2 kW室外水平轴DOI：10.16661/ki.1672-3791.2212-5042-5909作者简介：于慧（1985），女，硕士，工程师，研究方向为工商管理。94SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯 2023 NO.16 动 力 与 电 气科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION风力系统（2套）、2 kW室外垂直风力系统（2套）、5 kW的双馈异步风力发电系统及永磁同步风力发电系统。本文以某技术职业学校作为平台，所以需要与校园交流母线进行连接，满足系统自身需求后，对大电网进行电流的输送，另一端需要与模拟的架空线路进行连接架空航线进行连接，从而让学生在实验室中能够完成相应的试验。母线两端与装置的开关连接，借助Modbus协议产生通信，为系统的正常运行打下良好的基础。2 微电网中的子系统2.1 光伏系统光伏系统包括光伏电池组件、变流设备、并网发电系统柜等，可实现功能的多元化，同时进行发电、控制、监控、保护等。在设计中，光伏板被分为固定式光伏板和双轴跟踪式光伏板，如图1、图2所示。其中的总功率可达到52 kW，在串联的过程中，形成了光伏阵列，随后将其进行逆变，接入交流母线，便于对光伏板的控制2，子系统当中的光伏组件必须要逆变，在逆变之后才能并入交流母线当中。2.2 风力发电系统该系统能够对风机的电压、逆变器输出电压、电流等数据进行收集，让设备的运行更加安全3，风力控制器则是通过ARM内核芯片进行数据采集和储存。结合当地的气候特点发现室外的风力发电系统所占的电量比较小。对风力发电系统进行模拟，包括5 kW的模拟永磁风机、5 kW的双馈异步风机，通过系统能够对远程控制的变频器进行操控，就可以加快其中的风速。变流器内部结构如图3所示，可借助IPM模块对变流器的网侧、机侧进行构建，通过450 V对直流电容进行电解，使用两串联、四并联的方式可有效提高系统的容量。借助温度传感器可以对变流的IPM温度进行测量，实时观察温度的变化。2.3 储能管理系统在储能管理系统当中，包括储能双向变流器、蓄电图1 固定式光伏板图2 双轴跟踪式光伏板图3 变流器内部结构95SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯动 力 与 电 气 2023 NO.16 SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯池柜。储能的双向变流器主要是对蓄能电池和市网进行连接，将储存后的电能进行释放，可供系统负载，吸收了多余的电能，并将其进行储存，让直流电能与交流电能进行相互的转换，蓄电池柜主要是对24组的铅酸电池进行串联，可对并网充电和放电，有着独立逆变的功能，电池电压一般控制在12 V，容量一般控制在200 Ah4。2.4 线路模拟在线路的模拟中，包括10 kV的输电线路与模拟系统故障柜。在输出电路中，会安装部分的输电线路，将单元当作线路中的电抗器，在接入线路后，会组成模拟输电线路。而单元也会对5 km线路参数进行模拟，从而制作出空心电抗器。模拟架空的线路如图4所示。等效值为单元长度架空线路，R0为1.68，L0为9.11 mH，C0为9 nF。在变压器的选择上，选择额定容量为50 kVA，形成了三相三柱双绕组的形式故障时间可承受10 s，短路试验可多次进行。2.5 负荷在负荷当中，必须要有3种类型的模拟负荷，分别为感性负荷、阻性负荷以及容性负荷5。3 微电网监控与能量管理系统3.1 监控系统结构在监控系统中，远程配电控制需要与本地保护进行协调，才能产生作用。监控系统的作用主要分为三类，如表1所示。监控系统可对相关实时信息进行收集，包括线路、配电网、负载情况、DG电源点等，从而达到实时监控的效果。在微网的日常运作中可以保持能量的平衡，为系统的安全运行打下良好的基础。检测微电网时，能量管理起到的作用非常关键，对DG、负载、能量储存设备进行了集成，并作为配电网接口的中心进行运行。3.2 微电网监控系统的组成微电网监控系统由光伏发电监控、风力发电监控、储能监控、负荷监控、微电网综合监控组成。3.2.1 光伏发电监控在光伏发电监控当中，对光伏发电的运行数据与报警信息进行全面检测，对光伏发电的各个方面进行数据分析和统计，保证对光伏发电进行全面的控制，其中的作用包括以下5点：（1）对发电量进行实时的监控，监控范围包括日发电量、总发电量及CO2减排总量；（2）对光伏逆变器设备的参数进行有效监测，其中包括了直流电压和直流电流、交流电压和交流电流、发电频率、功率因数等6；（3）对逆变器的运行状态进行监测，通过声光报警的方式对相关设备故障进行显示，并且可以通过监控设备对设备故障的原因和时间进行查询，详见图5；（4）对光伏发电的发电量进行预测，可对之后的工作安排进行优化调整；（5）对光伏发电进行调整，可有效控制逆变器。3.2.2 风力发电监控风力发电的监控主要是对风电机组的运行信息和报警信息进行实时监控，对风力发电各方面的数据进行统计，保证风力发电的整体操控。3.2.3 储能监控储能电池监控的主要作用表现为以下5点：（1）对放电的容量进行实时的显示，其中包括可放电时间、最大放电功率、总充电量、储能总放电量等；（2）遥信，主要对变流器当中的运行状态和相关参数进行监控；（3）遥测，主要对双向变流器的电流、电压、交流电压、输出功率进行监控；（4）遥调，通过远程功能，可以对电池的充电时间、充电量进行调节，能够远程对双向变流器的相关参数进行调整；（5）遥控，通过远程对双向变流器进行操控，从而起到充电、放电的作用。3.2.4 负荷监控负荷监控主要是对监控负载的报警情况进行监图4 型等值的电路图表1 监控系统主要作用类别实时监控类业务管理类分析决策类功能SCADA监控系统微电网电流，包括DG节点电流、负载电流等能源优化的调度96SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯 2023 NO.16 动 力 与 电 气科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION测，并全方位地进行负载的数据分析，从而进行实时监控。作用主要表现在以下两点：（1）对监控系统的电压负荷、电流负荷、功率进行监测；（2）记录系统最大负荷的功率和时间。3.2.5 微电网综合监控这是对微电网系统中的综合信息进行监控，其中包括了微电网系统的监控频率、配电功率、总发电量等。除此之外，还能对监控系统的实时信息进行反应，如微电网断路器工作的状态、是否出现报警信息等。3.3 能量管理微电网中的能量管理可对系统内的功率、负载进行预测。通过分布式电源的性质，对系统内部进行优化，保证系统的安全性与稳定性，在一定程度上提高了微电网的利用效率。在孤岛运行的过程中，离网能量的平衡调节是呈分布式电源进行输出，由于电池输出有着较大的功率，所以会保证系统离网后正常运行。对此，需要通过分布式用电，保证负载持续供电，流程为自动调度离网运行负载发电功率（若大于，则继续；若不大于，则重新调度）DG均最大出力电池未回复阻性负荷关闭感性负荷关闭容性负荷关闭电池欠压关闭外接负荷。在微电网并网的运行过程中，需要记录负荷峰谷的用电情况与光伏发电的情况，从而对储能进行预测，控制充电与放电，具体流程为自动调度并网运行风力、光伏最大功率出力判断风电的时段（若为模拟风电时段，则继续；若为模拟谷电时段，则充电）电池欠压（若欠压，则恒流充电，若不欠压，则继续）电池是否恢复（若恢复，并网待机；若未恢复，则继续）负荷发电功率（若，则继续，若，则并网待机）恒功率放电。4 结语综上所述，本文主要是对风光储互补型的微电网系统进行设计，并且对其进行深入的优化，在一定程度上提高了风力发电、光伏发电的并网可行性，还对微电网的平稳性、可调度性进行了改善。在调整了相关参数后，可以对微电网的系统进行远程监控，且对相关数据分析后进行状态的评估，在短期的调度中，能量优化和管理可有效改善负荷的频率，降低其中的损耗，保证运行的安全性和稳定性。目前，此系统还可以进行深入的改善，从而实现更加环保、更加节能、更加便捷的储能方式。参考文献1 DEY B,MRQUEZ F P G,BHATTACHARYA A.Demand Side Management as a Mandatory Inclusion for Economic Operation of Rural and Residential Microgrid SystemsJ.Sustainable Energy Technologies and Assessments,2022,54:102903.2 蓝嘉豪,漆倬宇,张强,等.含无线充电电动汽车的孤岛直流微电网运行模式研究J.电源学报电源学报,2022,20(6):93-101.3 李蕊睿,李奇,蒲雨辰,等.计及功率交互约束的含电-氢混合储能的多微电网系统容量优化配置J.电力系统保护与控制,2022,50(14):53-64.4 李永宁.多种供电模式的风光储互补微电网系统J.移动电源与车辆,2022,53(2):31-34.5 刘磊.风光互补微电网系统在配网改造中的应用研究J.电力设备管理,2020(11):132-134.6 黄鹏程,王瑛.风光储微电网系统运行控制策略分析J.电力勘测设计,2020(S1):242-248.图5 故障信息97