充放儲孤島運行控制策略范文

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《電氣自動化雜志》2014年第三期

1一體化站孤島運行狀態控制研究

(1)虛連接技術常規的針對帶儲能裝置的微網研究均是基于并網運行和孤島運行兩種模式展開的，外部電網故障類型多種多樣，僅兩種狀態不足以描述微網與電網的運行情況。如發生瞬時性故障時，按照常規控制策略，一體化站進入孤島運行狀態，會帶來甩負荷、重新同期等復雜動作，降低了系統的可靠性。這種控制顯然是過于簡單和非智能的。充分考慮一體化站的靈活可控性，在主網發生故障時轉入虛連接狀態，控制一體化站與電網在一定時間內保持虛擬同步，確保主網故障消除后能瞬時并網。根據非正常狀態時限特性，本文討論了更加詳細的狀態劃分方法，研究基于新型虛連接技術的一體化站調度控制策略。虛連接技術是指:當外部電網出現故障、檢修或電能質量達不到要求，一體化站轉入虛連接狀態，即一體化站與外網物理上是斷開連接，但通過鎖相環獲取外網電壓、相位信號作為本站的同步信號，并保持該同步信號運行某一預定的一段時間。當一體化站與外部電網斷開時間超過設定時間后，通過低頻減載來維持良好運行狀態。外部電網解決故障后，即可實現一體化站和外部電網的無縫連接。相對于物理連接，虛連接狀態下一體化站與外界保持了邏輯連接狀態，因此虛連接也稱作邏輯連接。

圖2描述了一體化電站與電網的連接方式，圖3展示了一體化電站進入孤島狀態時網側電壓U•s與站側電壓U•''''s的關系。當電網與一體化站正常運行時，電網電壓U•s與一體化站接入點電壓U•''''s保持同步，即U•s=U•''''s，而當電網發生故障導致充放儲一體化站進入孤島運行狀態時，電網電壓U•sp與一體化站接入點電壓U•''''sp的相角將會出現θ(t)的偏差，且電網頻率→ωsp與一體化站孤島運行頻率→ω''''sp也會有所不同，不利于一體化站系統快速平滑重新并網。采用虛連接技術，對不同類型的電網故障做出智能的控制決策，使得消除故障后一體化站能快速平滑并網，避免重新同期耗費大量時間，提高整體運行的可靠性。(2)孤島運行下的虛連接控制策略采用具有記憶回路的鎖相環設置在外部電網側，在虛連接狀態下，一體化站實時獲取主網側電壓相位信息，并保持該同步信號運行140ms。由于鎖相獲取的主網電壓向量誤差受一體化站儲能系統容量限制的影響，一體化站能夠維持的虛連接狀態時間有限，并且隨時間而有不同的狀態指標。為此，本文將虛連接狀態分為短時同步與長時優化兩種狀態。①短時同步根據瞬時性故障與重合閘時限，考慮到變頻設備與電力電子設備對電壓的要求，將短時定義為140ms(7個周波)。短時同步的運行目標為保持主網與一體化站連接點信息的高度一致，其關鍵在于精確獲取主網電壓向量。將Δt=20ms代入式(1)，并計算余下6個周波的Δ→ω(t)，應有:公式(3)可確保在第一個周波內接入點相位與電網相位之差小于θε，且在余下6個周波內的任意時刻一體化站系統電壓角速度與電網電壓角速度之差小于→ωε，相位之差小于θε。②長時優化一體化站與主網也可能長時間斷開，為保持重新連接時的虛連接狀態，需要長時間使一體化站維持良好的運行狀態，其關鍵在于潮流計算與優化控制。

當斷開時間超過設定時間后，可通過低頻減載維持一體化站的正常運行。結合潮流計算和頻率控制要求得出需要切除的負荷量，并根據動態負荷優先級切除負荷。結合一體化站工程建設規劃，負荷切除順序如表1所示。一體化站通過虛連接控制進行離網操作的流程如圖4所示。(3)孤島運行下的能量/功率管理控制策略孤島狀態下，一體化站完全失去電網供電，僅靠接入系統的光伏發電系統(建設規模30kW)和站內UPS遠遠不能維持整車充電系統、電池快換系統以及分控中心的正常工作，必須采用站內梯次儲能系統的后備電力，對站內負載進行支持。整車充電系統采用圖5所示的電路結構。左邊為梯次站電池組，與其相連接的Buck_boost1變換器用來維持電容電壓的穩定;右邊為充換站的電池組，與其相連接的Buck_boost2變換器實現對電池的恒流充電。電池快換系統和分控中心進入孤島狀態前由10kV母線雙路電源進線供電，通過2臺1600kVA的配電變壓器經0．4kV母線橋供電;進入孤島狀態后，采用圖6所示的電路結構，采用兩組PWM變流裝置，多臺Buck_boost變換器并聯后接于其直流側，每臺變換器連接梯次站內一組電池。采用這種結構既可以滿足站內主要負荷的用電需求，又可以在一體化站與外部電網物理上是斷開連接的情況下，保持兩者的連結節點信息相符;當外部電網解決故障時，即可達到一體化站和外部電網的無縫連接。

2結束語

本文提出的充放儲一體化站不僅能完成正常狀態下電網、車輛的協調運行，同時可在電網故障后及時切換至孤島運行模式下，以維持站內負荷的正常運行。針對傳統帶儲能裝置的微網工作模式切換的單一性，本文提出虛連接技術，在孤島狀態下，可與主網電壓信息保持虛擬同步，僅在物理層面脫網運行。通過對孤島狀態下的虛連接控制，確定負荷切除順序，使一體化站孤島運行于最優狀態，從而實現電網恢復后的無縫連接，是未來微網技術的重要發展方向。

作者：婁宇成賈玉健馮俊淇解大張宇單位：上海交通大學電子信息與電氣工程學院上海市電力公司