電力系統(tǒng)運(yùn)行及調(diào)度自動(dòng)化作業(yè)

1、電力系統(tǒng)運(yùn)行及調(diào)度自動(dòng)化作業(yè)：問題：分析圖1微電網(wǎng)的運(yùn)行過程圖1：微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖微電網(wǎng)從系統(tǒng)上來說，將發(fā)電機(jī)、負(fù)荷、儲(chǔ)能裝置及控制裝置等結(jié)合，形成一個(gè)單一可控的單元，同時(shí)向用戶供給電能和熱能。微電網(wǎng)中的電源多為微電源，亦即含有電力電子界面的小型機(jī)組(小于100Kw)，包括微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池、光伏電池以及超級(jí)電容、飛輪、蓄電池等儲(chǔ)能裝置。它們接在用戶側(cè)，具有低成本、低電壓、低污染等特點(diǎn)。是能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)，既可以與大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，也可以離網(wǎng)運(yùn)行。微電網(wǎng)（Micro-Grid，MG）很好地解決了DG（DR或DER）的缺點(diǎn)，而且在接人問題上微電網(wǎng)的入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)只針對(duì)微電網(wǎng)與大電網(wǎng)

2、的公共連接點(diǎn)(PCC)，而不針對(duì)各個(gè)具體的微電源。微電網(wǎng)不僅解決了分布式電源的大規(guī)模接入問題，充分發(fā)揮了分布式電源的各項(xiàng)優(yōu)勢，還為用戶帶來了其他多方面的效益。微電網(wǎng)的運(yùn)行方式：微電網(wǎng)的運(yùn)行分并網(wǎng)運(yùn)行及離網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。微電網(wǎng)既可與大電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，也可在電網(wǎng)故障或需要時(shí)與主網(wǎng)斷開單獨(dú)運(yùn)行。微電網(wǎng)的并網(wǎng)運(yùn)行：微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，其主要功能是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度、配電網(wǎng)聯(lián)合調(diào)度、自動(dòng)化電壓無功控制、間歇性分布式發(fā)電預(yù)測、負(fù)荷預(yù)測、交換功率預(yù)測。流程圖如圖2所示：圖2 微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，由外部電網(wǎng)提供負(fù)荷功率缺額或者吸收DG發(fā)出多余的電能，達(dá)到運(yùn)行電能平衡。在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，要進(jìn)行優(yōu)化協(xié)調(diào)控制，控制目標(biāo)是

3、使全系統(tǒng)能源利用效率最大化，即在滿足運(yùn)行約束條件下，最大限度利用DG發(fā)電，保證整個(gè)微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性。圖1分析：微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，由大電網(wǎng)提供剛性的電壓和頻率支撐。通常情況下不需要對(duì)微電網(wǎng)進(jìn)行專門的控制。在某些情況下，微電網(wǎng)與大電網(wǎng)的交換功率是根據(jù)大電網(wǎng)給定的計(jì)劃值來確定的，此時(shí)需要對(duì)流過PCC1的功率進(jìn)行監(jiān)控。實(shí)際交換功率與計(jì)劃值的偏差功率計(jì)算方式如下：。當(dāng)交換功率與大電網(wǎng)給定的計(jì)劃值偏差過大時(shí)，需要有微電網(wǎng)控制中心（MGCC)切除微電網(wǎng)內(nèi)部或發(fā)電機(jī)，或者通過恢復(fù)先前被MGCC切除的負(fù)荷或發(fā)電機(jī)將交換功率 調(diào)整到計(jì)劃值附近。 此處對(duì)圖1的分析不考慮大電網(wǎng)給定的計(jì)劃值，當(dāng)PCC1閉合時(shí)，分布式電源

4、發(fā)電最大化，總共能發(fā)電（37+47+2+69+21)KW=176Kw。靜態(tài)開關(guān)右邊的總負(fù)荷為（20+20+30+28.2+27+33）KW=158.2Kw。此時(shí)運(yùn)行方式為蓄電池充滿電為100Kw。此時(shí)分布式電源總發(fā)電為176Kw，除了滿足靜態(tài)開關(guān)右邊的總負(fù)荷158.2Kw，剩余的17.8Kw傳送到主電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。微電網(wǎng)并離網(wǎng)（孤島）切換：1）“有縫”并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)切換由于PCC 斷路器動(dòng)作時(shí)間較長，并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)過程中會(huì)出現(xiàn)電源短時(shí)間的消失，也就是所謂的“有縫切換”。在外部電網(wǎng)故障、外部停電，檢測到并網(wǎng)母線電壓、頻率超出正常范圍，或接受到上層能量管理系統(tǒng)發(fā)出的計(jì)劃孤島命令時(shí)，快速斷開PC

5、C 斷路器，并切除多余負(fù)荷（也可以根據(jù)實(shí)際情況切除多余分布式發(fā)電），啟動(dòng)主控電源控制模式切換。由P/Q 模式切換為U/f 模式，以恒頻恒壓輸出，保持微電網(wǎng)電壓和頻率的穩(wěn)定。在此過程中，DG 的孤島保護(hù)動(dòng)作，退出運(yùn)行。主控電源啟動(dòng)離網(wǎng)運(yùn)行恢復(fù)重要負(fù)荷供電后，DG將自動(dòng)并入系統(tǒng)運(yùn)行。為了防止所有DG 同時(shí)啟動(dòng)對(duì)離網(wǎng)系統(tǒng)造成巨大沖擊，各DG 啟動(dòng)應(yīng)錯(cuò)開，并且由MGCC 控制啟動(dòng)后的DG 逐步增加出力直到其最大出力，在逐步增加DG 出力的過程中，逐步投入被切除的負(fù)荷，直到負(fù)荷或DG 出力不可調(diào)，發(fā)電和用電在離網(wǎng)期間達(dá)到新的平衡。如圖3為“有縫”并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)切換流程圖。圖3“有縫”并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)切換流程圖（2

6、）“無縫”并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)切換對(duì)供電可靠性有更高要求的微電網(wǎng)，可采用無縫切換方式。無縫切換方式需要采用大功率固態(tài)開關(guān)（導(dǎo)通或關(guān)斷時(shí)間為10ms）來彌補(bǔ)機(jī)械斷路器開斷較慢的缺點(diǎn)，同時(shí)需要優(yōu)化微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)。如圖4所示，將重要負(fù)荷、適量的DG、主控電源連接于一段母線，該母線通過一個(gè)靜態(tài)開關(guān)連接于微電網(wǎng)總母線中，形成一個(gè)離網(wǎng)瞬間可以實(shí)現(xiàn)能量平衡的子供電區(qū)域。其他的非重要負(fù)荷直接通過公共連接點(diǎn)斷路器與主網(wǎng)連接。圖4 采用靜態(tài)開關(guān)的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖1分析：大電網(wǎng)的電能供應(yīng)突然中止，微電網(wǎng)內(nèi)一般存在較大的有功功率缺額。在微電網(wǎng)離網(wǎng)瞬間，如果存在功率缺額，則需要立即切除全部或部分非重要的負(fù)荷、調(diào)整儲(chǔ)能裝置出力，甚至切除

7、小部分重要的負(fù)荷；如果存在功率盈余，則需要迅速減少儲(chǔ)能裝置的出力，甚至切除一部分分布式電源。這樣使微電網(wǎng)快速達(dá)到新的功率平衡狀態(tài)。由圖1可知該微電網(wǎng)采用的是“無縫”并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)切換。當(dāng)斷開PCC1時(shí)，靜態(tài)開關(guān)斷開，從而把1號(hào)8號(hào)非重要的負(fù)荷斷開，在儲(chǔ)能裝置（蓄電池100Kw）出力為0的情況下，如果各分布式電源仍是發(fā)電176Kw，則發(fā)電有盈余，需切去一部分的分布式電源來減少DG的發(fā)電量。如果各分布式的總發(fā)電量小于158.2Kw則需切除一些部分非重要或一小部分重要的負(fù)荷，從而保證靜態(tài)開關(guān)右邊的重要負(fù)荷能夠穩(wěn)定運(yùn)行。這中方式可以提高微電網(wǎng)供電可靠性。微電網(wǎng)離網(wǎng)（孤島）運(yùn)行：1）穩(wěn)態(tài)恒頻恒壓控制獨(dú)立微電

8、網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷變化不大，柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)電及各DG 發(fā)電與負(fù)荷用電處于穩(wěn)態(tài)平衡，電壓、電流、功率等持續(xù)在某一平均值附近變化或變化很小。由穩(wěn)態(tài)能量管理系統(tǒng)采用穩(wěn)態(tài)恒頻恒壓控制使儲(chǔ)能平滑DG 出力。實(shí)時(shí)監(jiān)視分析系統(tǒng)當(dāng)前的電壓U、頻率f、功率P。若負(fù)荷變化不大，U、f、P 在正常范圍內(nèi)，檢查各DG 發(fā)電狀況，對(duì)儲(chǔ)能進(jìn)行充放電控制，其流程圖如圖5 所示。 圖5 穩(wěn)態(tài)恒頻恒壓控制流程圖圖1分析：在離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，如果DG發(fā)電大于158.2Kw時(shí)，說明總發(fā)電量有盈余，然后判斷蓄電池（100Kw)是否儲(chǔ)能到規(guī)定上限，如果充電已滿，則要限制DG的出力；如果蓄電池（100Kw)未能儲(chǔ)能到規(guī)定上限，則把發(fā)電的多余電

9、能儲(chǔ)存起來。如果總發(fā)電量低于158.2Kw，說明發(fā)電量有缺額，先判斷蓄電池（100Kw)的荷電狀態(tài)，如果沒到規(guī)定下限，讓蓄電池放電，補(bǔ)充缺額部分的電力；如果已經(jīng)到規(guī)定的下限，則要切除部分不重要的負(fù)荷。例如，當(dāng)發(fā)電機(jī)的總發(fā)電量為168Kw時(shí)，發(fā)電盈余了9.8Kw，先判斷蓄電池是否充電完畢，如果充電未完成，則先充電，如果充電完畢，則要限制DG的出力，可以斷開逆變器6和限制某一個(gè)逆變器來使功率平衡。當(dāng)發(fā)電量有缺額時(shí)也是如此。2）動(dòng)態(tài)切機(jī)減載控制獨(dú)立微電網(wǎng)系統(tǒng)沒有可參與一次調(diào)整的調(diào)速器、二次調(diào)整的調(diào)頻器，系統(tǒng)因負(fù)荷變化造成動(dòng)態(tài)的擾動(dòng)，不具備進(jìn)入新的穩(wěn)定狀態(tài)并重新保持穩(wěn)定運(yùn)行的能力，因此采用動(dòng)態(tài)切機(jī)減載

10、控制，由動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制裝置實(shí)現(xiàn)獨(dú)立微電網(wǎng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制。如圖6所示，各節(jié)點(diǎn)的智能終端采集上送各節(jié)點(diǎn)量測數(shù)據(jù)到動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制裝置，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制裝置實(shí)時(shí)監(jiān)視分析系統(tǒng)當(dāng)前的電壓U、頻率f、功率P。若負(fù)荷變化大，U、f、P 超出正常范圍內(nèi)，通過對(duì)儲(chǔ)能充放電控制、DG發(fā)電控制、負(fù)荷控制，達(dá)到平滑負(fù)荷擾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)電壓、頻率處于動(dòng)態(tài)平衡，其流程圖如圖6所示。圖6 動(dòng)態(tài)低頻減載控制流程當(dāng)負(fù)荷突然增加，會(huì)引起功率缺額、電壓降低、頻率降低，在區(qū)域，儲(chǔ)能放電，補(bǔ)充功率缺額，若擾動(dòng)小于30min，依靠儲(chǔ)能補(bǔ)充功率缺額，若擾動(dòng)大于30min，為保護(hù)儲(chǔ)能，切除不重要負(fù)荷；在區(qū)域，頻率波動(dòng)較大，直接切除不重要負(fù)荷。在區(qū)域

11、，通過無功補(bǔ)償裝置增加無功，補(bǔ)充缺額；在區(qū)域，切除不重要的負(fù)荷。當(dāng)負(fù)荷突然減少，引起功率盈余、電壓上升、頻率升高，在區(qū)域，儲(chǔ)能充電，多余的電力儲(chǔ)存起來，若擾動(dòng)小于30min，依靠儲(chǔ)能調(diào)節(jié)功率盈余，若擾動(dòng)大于30min，限制DG出力；在區(qū)域，直接限制DG出力。在區(qū)域，減少無功，調(diào)節(jié)電壓。例如：孤島運(yùn)行期間的某一時(shí)刻功率缺額為，則。由式可得出。如果在孤島運(yùn)行期間的某一時(shí)刻，出現(xiàn)系統(tǒng)頻率小于，則需要恢復(fù)先前被MGCC切除的發(fā)電機(jī)，或者切除微電網(wǎng)內(nèi)一部分非重要負(fù)荷。如果在孤島運(yùn)行期間系統(tǒng)頻率大于，則存在較大的功率盈余，需要恢復(fù)先前被MGCC切除的負(fù)荷，或者切除一部分分布式電源。圖1分析：當(dāng)9號(hào)14號(hào)中

12、某負(fù)荷有突然投入時(shí)，孤島的微電網(wǎng)會(huì)存在缺額，會(huì)使電壓降低、頻率降低，當(dāng)此缺額造成的擾動(dòng)小于蓄電池提供的時(shí)間時(shí)，會(huì)依靠儲(chǔ)能補(bǔ)充功率缺額。如果大于蓄電池提供的最大時(shí)間時(shí)，會(huì)切除一部分非重要或一小部分重要的負(fù)荷。當(dāng)9號(hào)14號(hào)中某負(fù)荷有突然投出時(shí)，會(huì)使電壓升高、頻率升高，如果蓄電池還沒有充滿電，先讓蓄電池儲(chǔ)能。當(dāng)蓄電池充滿電后會(huì)限制甚至切斷某個(gè)DG已達(dá)到微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。同樣，當(dāng)分布式電源發(fā)出的電力不能夠滿足負(fù)荷的需求時(shí)，也會(huì)使電壓降低、頻率降低，此時(shí)會(huì)先讓蓄電池補(bǔ)充功率缺額，如果在蓄電池到提供的最大時(shí)間時(shí)還沒有解決此擾動(dòng)，就要切除非重要甚至一些重要的負(fù)荷。當(dāng)電能盈余時(shí)和負(fù)荷突然投出的處理是一樣道理?？偨Y(jié)本文針對(duì)圖1微電網(wǎng)運(yùn)行出現(xiàn)