電力系統(tǒng)運行及調度自動化作業(yè)

1、電力系統(tǒng)運行及調度自動化作業(yè)：問題：分析圖1微電網的運行過程圖1：微電網結構圖微電網從系統(tǒng)上來說，將發(fā)電機、負荷、儲能裝置及控制裝置等結合，形成一個單一可控的單元，同時向用戶供給電能和熱能。微電網中的電源多為微電源，亦即含有電力電子界面的小型機組(小于100Kw)，包括微型燃氣輪機、燃料電池、光伏電池以及超級電容、飛輪、蓄電池等儲能裝置。它們接在用戶側，具有低成本、低電壓、低污染等特點。是能夠實現(xiàn)自我控制、保護和管理的自治系統(tǒng)，既可以與大電網并網運行，也可以離網運行。微電網（Micro-Grid，MG）很好地解決了DG（DR或DER）的缺點，而且在接人問題上微電網的入網標準只針對微電網與大電網

2、的公共連接點(PCC)，而不針對各個具體的微電源。微電網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優(yōu)勢，還為用戶帶來了其他多方面的效益。微電網的運行方式：微電網的運行分并網運行及離網運行狀態(tài)。微電網既可與大電網聯(lián)網運行，也可在電網故障或需要時與主網斷開單獨運行。微電網的并網運行：微電網并網運行時，其主要功能是實現(xiàn)經濟優(yōu)化調度、配電網聯(lián)合調度、自動化電壓無功控制、間歇性分布式發(fā)電預測、負荷預測、交換功率預測。流程圖如圖2所示：圖2 微電網并網運行在并網運行時，由外部電網提供負荷功率缺額或者吸收DG發(fā)出多余的電能，達到運行電能平衡。在并網運行時，要進行優(yōu)化協(xié)調控制，控制目標是

3、使全系統(tǒng)能源利用效率最大化，即在滿足運行約束條件下，最大限度利用DG發(fā)電，保證整個微電網的經濟性。圖1分析：微電網并網運行時，由大電網提供剛性的電壓和頻率支撐。通常情況下不需要對微電網進行專門的控制。在某些情況下，微電網與大電網的交換功率是根據(jù)大電網給定的計劃值來確定的，此時需要對流過PCC1的功率進行監(jiān)控。實際交換功率與計劃值的偏差功率計算方式如下：。當交換功率與大電網給定的計劃值偏差過大時，需要有微電網控制中心（MGCC)切除微電網內部或發(fā)電機，或者通過恢復先前被MGCC切除的負荷或發(fā)電機將交換功率 調整到計劃值附近。 此處對圖1的分析不考慮大電網給定的計劃值，當PCC1閉合時，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)開關右邊的總負荷為（20+20+30+28.2+27+33）KW=158.2Kw。此時運行方式為蓄電池充滿電為100Kw。此時分布式電源總發(fā)電為176Kw，除了滿足靜態(tài)開關右邊的總負荷158.2Kw，剩余的17.8Kw傳送到主電網，實現(xiàn)微電網的經濟運行。微電網并離網（孤島）切換：1）“有縫”并網轉離網切換由于PCC 斷路器動作時間較長，并網轉離網過程中會出現(xiàn)電源短時間的消失，也就是所謂的“有縫切換”。在外部電網故障、外部停電，檢測到并網母線電壓、頻率超出正常范圍，或接受到上層能量管理系統(tǒng)發(fā)出的計劃孤島命令時，快速斷開PC

5、C 斷路器，并切除多余負荷（也可以根據(jù)實際情況切除多余分布式發(fā)電），啟動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，保持微電網電壓和頻率的穩(wěn)定。在此過程中，DG 的孤島保護動作，退出運行。主控電源啟動離網運行恢復重要負荷供電后，DG將自動并入系統(tǒng)運行。為了防止所有DG 同時啟動對離網系統(tǒng)造成巨大沖擊，各DG 啟動應錯開，并且由MGCC 控制啟動后的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荷，直到負荷或DG 出力不可調，發(fā)電和用電在離網期間達到新的平衡。如圖3為“有縫”并網轉離網切換流程圖。圖3“有縫”并網轉離網切換流程圖（2

6、）“無縫”并網轉離網切換對供電可靠性有更高要求的微電網，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（導通或關斷時間為10ms）來彌補機械斷路器開斷較慢的缺點，同時需要優(yōu)化微電網的結構。如圖4所示，將重要負荷、適量的DG、主控電源連接于一段母線，該母線通過一個靜態(tài)開關連接于微電網總母線中，形成一個離網瞬間可以實現(xiàn)能量平衡的子供電區(qū)域。其他的非重要負荷直接通過公共連接點斷路器與主網連接。圖4 采用靜態(tài)開關的微電網結構圖1分析：大電網的電能供應突然中止，微電網內一般存在較大的有功功率缺額。在微電網離網瞬間，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荷、調整儲能裝置出力，甚至切除

7、小部分重要的負荷；如果存在功率盈余，則需要迅速減少儲能裝置的出力，甚至切除一部分分布式電源。這樣使微電網快速達到新的功率平衡狀態(tài)。由圖1可知該微電網采用的是“無縫”并網轉離網切換。當斷開PCC1時，靜態(tài)開關斷開，從而把1號8號非重要的負荷斷開，在儲能裝置（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荷，從而保證靜態(tài)開關右邊的重要負荷能夠穩(wěn)定運行。這中方式可以提高微電網供電可靠性。微電網離網（孤島）運行：1）穩(wěn)態(tài)恒頻恒壓控制獨立微電

8、網穩(wěn)態(tài)運行時，負荷變化不大，柴油發(fā)電機組發(fā)電及各DG 發(fā)電與負荷用電處于穩(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)恒頻恒壓控制使儲能平滑DG 出力。實時監(jiān)視分析系統(tǒng)當前的電壓U、頻率f、功率P。若負荷變化不大，U、f、P 在正常范圍內，檢查各DG 發(fā)電狀況，對儲能進行充放電控制，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：在離網運行時，如果DG發(fā)電大于158.2Kw時，說明總發(fā)電量有盈余，然后判斷蓄電池（100Kw)是否儲能到規(guī)定上限，如果充電已滿，則要限制DG的出力；如果蓄電池（100Kw)未能儲能到規(guī)定上限，則把發(fā)電的多余電

9、能儲存起來。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，補充缺額部分的電力；如果已經到規(guī)定的下限，則要切除部分不重要的負荷。例如，當發(fā)電機的總發(fā)電量為168Kw時，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和限制某一個逆變器來使功率平衡。當發(fā)電量有缺額時也是如此。2）動態(tài)切機減載控制獨立微電網系統(tǒng)沒有可參與一次調整的調速器、二次調整的調頻器，系統(tǒng)因負荷變化造成動態(tài)的擾動，不具備進入新的穩(wěn)定狀態(tài)并重新保持穩(wěn)定運行的能力，因此采用動態(tài)切機減載

10、控制，由動態(tài)穩(wěn)定控制裝置實現(xiàn)獨立微電網系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定控制。如圖6所示，各節(jié)點的智能終端采集上送各節(jié)點量測數(shù)據(jù)到動態(tài)穩(wěn)定控制裝置，動態(tài)穩(wěn)定控制裝置實時監(jiān)視分析系統(tǒng)當前的電壓U、頻率f、功率P。若負荷變化大，U、f、P 超出正常范圍內，通過對儲能充放電控制、DG發(fā)電控制、負荷控制，達到平滑負荷擾動，實現(xiàn)微電網電壓、頻率處于動態(tài)平衡，其流程圖如圖6所示。圖6 動態(tài)低頻減載控制流程當負荷突然增加，會引起功率缺額、電壓降低、頻率降低，在區(qū)域，儲能放電，補充功率缺額，若擾動小于30min，依靠儲能補充功率缺額，若擾動大于30min，為保護儲能，切除不重要負荷；在區(qū)域，頻率波動較大，直接切除不重要負荷。在區(qū)域

11、，通過無功補償裝置增加無功，補充缺額；在區(qū)域，切除不重要的負荷。當負荷突然減少，引起功率盈余、電壓上升、頻率升高，在區(qū)域，儲能充電，多余的電力儲存起來，若擾動小于30min，依靠儲能調節(jié)功率盈余，若擾動大于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，調節(jié)電壓。例如：孤島運行期間的某一時刻功率缺額為，則。由式可得出。如果在孤島運行期間的某一時刻，出現(xiàn)系統(tǒng)頻率小于，則需要恢復先前被MGCC切除的發(fā)電機，或者切除微電網內一部分非重要負荷。如果在孤島運行期間系統(tǒng)頻率大于，則存在較大的功率盈余，需要恢復先前被MGCC切除的負荷，或者切除一部分分布式電源。圖1分析：當9號14號中

12、某負荷有突然投入時，孤島的微電網會存在缺額，會使電壓降低、頻率降低，當此缺額造成的擾動小于蓄電池提供的時間時，會依靠儲能補充功率缺額。如果大于蓄電池提供的最大時間時，會切除一部分非重要或一小部分重要的負荷。當9號14號中某負荷有突然投出時，會使電壓升高、頻率升高，如果蓄電池還沒有充滿電，先讓蓄電池儲能。當蓄電池充滿電后會限制甚至切斷某個DG已達到微電網的穩(wěn)定運行。同樣，當分布式電源發(fā)出的電力不能夠滿足負荷的需求時，也會使電壓降低、頻率降低，此時會先讓蓄電池補充功率缺額，如果在蓄電池到提供的最大時間時還沒有解決此擾動，就要切除非重要甚至一些重要的負荷。當電能盈余時和負荷突然投出的處理是一樣道理?？偨Y本文針對圖1微電網運行出現(xiàn)