《電子技術(shù)應(yīng)用》
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【剖析】從微電網(wǎng)與離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)特點看其實際應(yīng)用

2017-08-16

  微電網(wǎng)離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng),兩都在很大程度上有一定的相似性,但雙不完全相同,尤其是在實際應(yīng)該方面要注意的問題很多,下面就對兩都進(jìn)行簡單的剖析,以方便大家理解應(yīng)用。

  一 微電網(wǎng)

  微電網(wǎng)系統(tǒng)是一種新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),是由分布式電源、負(fù)載、儲能系統(tǒng)和控制裝置構(gòu)成的系統(tǒng)單元,是一個能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng),既可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運行,也可以孤立運行。

  微電網(wǎng)系統(tǒng)是相對傳統(tǒng)大電網(wǎng)系統(tǒng)的一個概念,是指多個分布式電源及其相關(guān)負(fù)載按照一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成的網(wǎng)絡(luò),并通過開關(guān)連接至常規(guī)大電網(wǎng)。

  微電網(wǎng)系統(tǒng)中的核心裝備即分布式電源以及儲能系統(tǒng),包括光伏并網(wǎng)逆變器、風(fēng)力并網(wǎng)逆變器、柴油機(jī)、PCS以及BMS等。

  近年來,隨著微電網(wǎng)系統(tǒng)的快速發(fā)展,并網(wǎng)逆變器又被賦予了一種新的定義:分布式光伏電源。它可以作為微電網(wǎng)系統(tǒng)的主電源,成為整個微網(wǎng)系統(tǒng)最核心的技術(shù)之一,又由于其電源性質(zhì)的特殊性(電流源),它又可作為微網(wǎng)系統(tǒng)的補充電源。

  PCS,即能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng),是近來年興起的一種的應(yīng)用十分靈活、功能十分強(qiáng)大的新型分布式電源,也是一種儲能系統(tǒng)。作為一種四象限運行的換流器,它既可以實現(xiàn)并網(wǎng)逆變功能,也可以實現(xiàn)并網(wǎng)整流充電功能,還可以實現(xiàn)離網(wǎng)獨立逆變功能。

  微電網(wǎng)系統(tǒng)中,各分布式電源的容量配置是有一定原則的,否則的話會造成電源過?;蛘唠娫辞啡薄?/p>

  并網(wǎng)逆變器容量應(yīng)小于等于總負(fù)載容量,以接近負(fù)載容量為最佳,不可過小,也不可過高,如果過高,多余的電能無法吸收,易造成系統(tǒng)崩潰。近年來研究結(jié)果表明,當(dāng)并網(wǎng)逆變器容量大于負(fù)載總?cè)萘繒r,如果此時有PCS作為支撐源,并網(wǎng)逆變器的多余電能會饋入PCS,使PCS處于“離網(wǎng)充電”狀態(tài),這種狀態(tài)是不太穩(wěn)定的,目前還沒有真正有效的控制手段,因此建議并網(wǎng)逆變器的容量小于等于總負(fù)載容量。

  PCS容量應(yīng)設(shè)置負(fù)載總?cè)萘康?.5倍,但是蓄電池的容量需要按照系統(tǒng)能夠承受3到5個陰雨天的容量來配置。雖然并網(wǎng)逆變器也可為負(fù)載提供電能,但是微網(wǎng)系統(tǒng)大部分時間是運行在夜晚的,此時并網(wǎng)逆變器無法工作,因此微網(wǎng)系統(tǒng)的大部分電能是由PCS提供的,所以PCS的容量配置需要考慮到連續(xù)陰雨天以及夜晚的工況。

  如圖1所示為微電網(wǎng)系統(tǒng)的架構(gòu)圖,由并網(wǎng)逆變器與PCS共同并接至系統(tǒng)母線上,同時母線上掛上負(fù)載。

  (1)當(dāng)大電網(wǎng)沒有脫開時,如果是在白天,系統(tǒng)運行于并網(wǎng)逆變器為主分布式電源的狀態(tài),PCS處于給蓄電池充電的狀態(tài),以作為備用電源。如果是在晚上,依然由大電網(wǎng)給負(fù)載供電,PCS依然作為備用電源給蓄電池充電。

  (2)當(dāng)大電網(wǎng)脫開時,如果是在白天,系統(tǒng)運行于PCS作為支撐源、并網(wǎng)逆變器作為輔助電源的狀態(tài);如果是在晚上,則只有PCS作為主電源給系統(tǒng)供電,此時就要求PCS以及蓄電池的容量能夠滿足負(fù)載的長期供電。

  二、離網(wǎng)系統(tǒng)

  離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)又稱為獨立光伏發(fā)電系統(tǒng),主要由PV組件,DC/DC充電控制器、離網(wǎng)逆變器以及負(fù)載組成,具備獨立供電及獨立儲能功能。離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)多應(yīng)用于遠(yuǎn)離大電網(wǎng)的區(qū)域,例如戈壁、沙灘、海島等地區(qū)。

  離網(wǎng)逆變器屬于無源型單相換流裝置,只能運行于逆變狀態(tài),無法運行于整流狀態(tài)。其主電路結(jié)構(gòu)與并網(wǎng)逆變器是完全一致的,只是控制方式以及輸入輸出端的連接對象不同。離網(wǎng)逆變器(三相)的輸出應(yīng)為380V/Hz的交流電。

  另外,太陽能電池不同于常規(guī)電池,它是一種可認(rèn)為是恒流源的電池,其輸出功率受光照、溫度等諸多因素的影響。

  如圖2所示為離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)主電路圖,由PV組件、控制器、離網(wǎng)逆變器以及交流負(fù)載組成,如果有特殊需要還可以在控制器端加接直流負(fù)載。

  離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)屬于無源獨立發(fā)電系統(tǒng),不需要大電網(wǎng)的參與,因此靈活性與機(jī)動性更加優(yōu)越,這種系統(tǒng)對DC/DC控制器的要求較為嚴(yán)格,必須能夠有效的控制充電狀態(tài)并保證PV組件工作于最大功率點。

  離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)典型拓?fù)鋱D

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  離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的容量配置主要集中在離網(wǎng)逆變器與蓄電池的配置上,離網(wǎng)逆變器的容量需要等于1.5倍負(fù)載容量,蓄電池容量需要能夠承受連續(xù)3到5個陰雨天的電量供給,DC/DC控制器的容量需要大于PV組件的總?cè)萘?,略有冗余?/p>

  三、微電網(wǎng)系統(tǒng)與離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)對比

  (一)共性

  都具備獨立供電特性;

  都需要儲能系統(tǒng);

  都需要為蓄電池匹配最佳容量。

  (二)區(qū)別

  微電網(wǎng)系統(tǒng)屬于有源系統(tǒng),可以與大電網(wǎng)連接,離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)屬于無源系統(tǒng),不能與大電網(wǎng)連接;

  微電網(wǎng)系統(tǒng)更加復(fù)雜,需要配置的分布式電源較多,離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)只需要控制器及離網(wǎng)逆變器即可;

  微電網(wǎng)系統(tǒng)中的儲能系統(tǒng)為四象限運行的換流器,可以實現(xiàn)能量雙向流動,離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中的儲能系統(tǒng)為單相換流器,不能實現(xiàn)能量雙向流動。

  (三)實際應(yīng)用原則

  如果應(yīng)用場合為戈壁、沙灘等比較偏遠(yuǎn)、且無需人工頻繁維護(hù)的場合,以離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)為宜,因此這種系統(tǒng)不需要有人值守,可以獨立運行,只需要定期維護(hù)蓄電池即可。

  如果應(yīng)用場合為靠近大電網(wǎng)、且需要人工頻繁維護(hù)以及對調(diào)度要求交嚴(yán)格的場合,以微電網(wǎng)系統(tǒng)為宜,因為這種系統(tǒng)的各種分布式電源的投切以及運行狀態(tài)的調(diào)度均需要人為干預(yù),有的甚至需要監(jiān)控系統(tǒng)。


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