孤岛式微网组网控制模式研究

—　ｊ　Ｃｌｅａｎ　Ｅｎｅｒｇｙ　

第３０卷第２期　２０１４年２月　电网与清洁能源　

Ｐｏｗｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　Ｃｌｅａｎ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｖｏ１．３０　Ｎｏ．２　Ｆｅｂ．２０１４　

文章编号：１６７４—３８１４（２０１４）０２—００６６—０４　中图分类号：ＴＭ６１６　文献标志码：Ａ　

孤岛式微网组网控制模式研究　李斌　，董金社ｚ，李星桥－，谷海涛－，姚远　（１．华锐风电科技（集团）股份有限公司，北京１００８７２；２．中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司，　河北涿９・Ｊ＇ｌ　０７２７５０）　

Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｍｏｄｅ　ｆｏｒ　Ｉｓｌａｎｄｅｄ　Ｍｉｃｒｏ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　ＬＩ　Ｂｉｎ　，ＤＯＮＧ　Ｊｉｎｓｈｅ　，ＬＩ　Ｘｉｎｇｑｉａｏ　，ＧＵ　Ｈａｉｔａｏ。，ＹＡＯ　Ｙｕａｎ　（１．Ｓｉｎｏｖｅｌ　Ｗｉｎｄ　Ｐｏｗｅｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｇｒｏｕｐ）Ｃｏ．，ｎｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１００８７２，Ｃｈｉｎａ；２．ＢＧＰ　Ｉｎｃ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｚｈｕｏｚｈｏｕ　０７２７５０，Ｈｅｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ）　

ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍｉｃｒｏ　ｇｒｉｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｏｐｏｓｅｓ　ａｎ　ｉｓｌａｎｄｅｄ　ｍｉｃｒｏ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｍｏｄｅ　ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｓｏｌａｒ　ｅｎｅｒｇｙ，ｂａｔｔｅｒｙ　ａｎｄ　ｇａｓｏｌｉｎｅ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ　ｔｏ　ｓｕｐｐｌｙ　ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｆｉｅｌｄ　ｗｏｒｋ　ｉｎ　ｄｅｓｅｆｌ　ｏｒ　ｐｌａｔｅａｕ　ａｒｅａｓ　ｗｈｅｒｅ　ｔｈｅ　ｌｉｇｈｔ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ａｒｅ　ｇｏｏｄ　ｂｕｔ　ｐｏｗｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ　ｉｓ　ｄｉｆｉｃｕｌｔ　ｔｏ　ｇｅｔ．Ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ａｒｅ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ａ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｌｏｇｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ（ＰＬＣ）ａｓ　ｉｔｓ　ｃｏｒｅ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｏｌａｒ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｓ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｏｎｔｏ　ｔｈｅ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｒｏｏｆ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｐｒｏｇｒａｍ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ　ｓｔｒａｔｅｇｙ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ　ｌｏａｄ　ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　ｔｅｓｔ，ｏｖｅｒｌｏａｄ　ｔｅｓｔ　ａｎｄ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｔｅｓｔ　ａｒｅ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍｉｃｒｏ　ｄ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｉｎ　ｇｏｏｄ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｍｅｅｔｓ　ｔｈｅ　ａｃｔｕａｌ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｍｉｃｒｏ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｓｙｓｔｅｍ　ｔｈｕｓ　ｆｏｒｍｅｄ　ｉｓ　ｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇ　ａｎｄ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｆｒｉｅｎｄｌｙ，ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ　ｈａｓ　ｗｉｄｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｏｓｐｅｃｔ．　ＫＥＹ　ＷＯＲＤＳ：ｉｓｌａｎｄｅｄ；ｍｏｂｉｌｅ　ｌｏａｄ；ｍｉｃｒｏ－ｇｒｉｄ；ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｏｄｅｌ　摘要：基于微网技术，利用太阳能、汽油发电机、蓄电池等，提　出一种孤岛式微网组网模式，有利于改善在野外沙漠或者高　原地带，这些环境光照条件良好而用电难的问题。以ＰＬＣ控制　器为核心进行了系统方案设计和控制电路设计，将太阳能发　电技术集成到建筑物屋顶上，并基于能量调度策略设计了系　统运行控制程序。根据现有的条件对该微网系统进行了负载　投切试验、超负荷试验，组网运行试验，结果表明，该微电网　系统工作状况良好，智能控制功能满足实际要求。组建的微　网系统节能、环保，推广前景广阔。　

基金项目：中国石油天然气集团公司支持的可再生能源资源　评价与重大示范项目（２０１　１Ａ一４９０２）。　Ｐｒｏｊｅｃｔ　Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ　ｂｙ　Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｍａｊｏｒ　Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ　Ｐｒｏｊｅｃｔｓ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（２０１　１Ａ一４９０２）．　

关键词：孤岛式；移动式负载；微网组网；控制模式　随着当前世界经济快速发展，人类的能耗越来　越大，化石燃料不断被消耗，其价格不断攀升。化石　燃料使用所带来的环境问题日益严重，能源危机日　益突显，已威胁到了人类的可持续发展。在这种情　况下，风能、太阳能、生物质能、地热能等新能源发　电方式成为研究的热点，太阳能这种取之不尽、用　之不竭的清洁可再生资源更是受到人们的青睐。近　些年来，新型能源的利用研究在不断地深入。　伴随着新型技术的研究应用，尤其是电力电子　接口技术和现代控制理论的快速发展，新能源的利　用也在不断进步。微网系统采用分布式电源和负荷　

一起作为配电系统的子系统，既能够和大电力系统　并网运行发电，又可以独立对用户供电，成为可再　生能源利用较好的一个解决方案。孤岛式微网是规　模较小的分散的独立系统，基本单元一般由分布式　电源、储能装置、控制系统及电力负荷组成，可以提　供稳定可靠的电能，适合边远地区和大电网无法直　接到达区域的独立供电ｌｌＪ。　

１　孤岛式微网技术　孤岛式微网可充分利用清洁能源。孤岛式微网　的典型结构如图ｌ所示。　系统由能量产生部分、能量消耗部分、控制部　分、能量储存部分等组成。能量产生部分有各种形　式的电源，孤立微电网中常用的典型电源有常规发　电机组（如柴油发电机、微型燃气轮机等）和可再生　第３０卷第２期　电网与清洁能源　漕　一　Ｃｌｅａ￣　Ｅｎｅｒｇｙ　

６７　能源发电机组（如光伏和风力发电系统等）嘲。能量　消耗部分为系统的常规性负载，有直流负载和交流　负载。控制部分控制系统的运行，控制系统能量调　度、状态检测、接断负载、接断电源、通信、保护等功　能，以保证发电系统稳定可靠运行。能量存储部分　则为蓄电池，储存能量。储能在微电网中的应用可　概括为：提供短时供电、用于能量缓冲、改善电能质　量、优化微电源的运行，以及提高微电网的经济效　益等『３ｊ。对于像风力发电和光伏发电这样的电源，其　输出功率的大小受天气影响较大，发电具有明显的　间歇性，若想保证恒定的功率输出，则需要配备较　大容量的储能装置　。　图１孤岛式微网典型结构图　Ｆｉｇ．１　Ｔｈｅ　ｔｙｐｉｃａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｓｌａｎｄｅｄ　ｍｉｃｒｏ　ｇｒｉｄ　２移动式负载微网　２．１　移动式负载工作环境　移动式负载，顾名思义，根据工作条件需要，负　载处于经常性移动状态中，如船舶、营房车等。移动　式负载一般处于远离大电网的地域，如海上、高原、　戈壁、荒漠等地域。这些地域一般拥有光照充足、风　力较大，天气变化较大等特点。负载不能经常性接　入电网，根据工作条件需要，移动式负载的电力系　统需在远离电网的情况下工作一定时长，因此需要　分布式发电装置进行供电，如柴油机、光伏组件、风　力发电机等。对整个移动式负载的供电，形成了一　个微网系统。　由于移动式负载处于经常性移动中，天气条件　变化大，工作环境变化大，因此要求移动式负载微　网具有抗干扰能力强，抗冲击能力强等特点，系统　需要有较强的缓冲能力。　２。２移动式微网组网模式　根据移动式微网实际工作需要，本文提出一种　主从式结构。在主从结构中，存在主机与从机，从机　挂在主机上。主机的能量输入有电网、柴油机、光伏　组件等分布式电源，在一定条件下还可得到从机的　馈电。从机的能量输入有主机输出、光伏组件等分　布式电源。主机承担系统的主要负载，对微网的稳　定起决定性作用；从机承担系统的次要负载，对微　网的稳定起辅助作用。系统的结构如图２所示。　

图２主从结构示薏图　Ｆｉｇ．２　Ｍａｓｔｅｒ—ｓｌａｖｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　主从结构的特点是微电网的带载能力强、结构　稳定、具有很强的缓冲能力。根据实验，若全部单机　运行，则系统只能带１０　ｋＷ的负载；使用主从结构，　在一主一从的结构下，系统可以带１２　ｋＷ的负载，由　此可见，系统的带载能力得到了提高，同时增强了　系统的稳定性。　每个主机可以带几个从机，是由主机与从机的　功率参数决定的。从机总的输出功率，不能大于主　机的输出功率。在实际工程应用中，还应考虑到设　备的成本费用问题，从机的总功率可以适当超过主　机的功率，在系统的控制上附加一些限制，防止主　机过载，在总体上使系统得到优化，发挥出主从结　构的优势。　２．３移动式微网能量管理　移动式微网系统的基本运行能量管理模式分　为三级。　第一级，光照条件良好时，光伏发电可以满足　负载需求，蓄电池作为后备电源补充光伏发电与实　际负荷需求之间的差额。当蓄电池剩余容量较小　时，若光伏发电能够满足单体载负荷需求，则利用　多余电力向蓄电池充电；若光伏发电无法满足单体　载负荷的需求，即光伏和蓄电池都无法满足负载用　电，则运行模式切换至第二级，微网单元运行模式，　由主机为从机负载供电。　第二级，微网单元运行模式。当主单体蓄电池　电量较高时，由蓄电池为自身负载和从机单体负载　供电。当主机蓄电池剩余电量较小时，若光伏发电　能够满足微网单元内的负荷需求，则利用多余电力　向蓄电池充电；如果光伏发电和蓄电池都无法满足　负载需求，则启动柴油机或并入主电网，运行模式　切换至第三级，并网运行模式。柴油发电机或主电