微電網(wǎng)的黑啟動(dòng)研究

　　同濟(jì)大學(xué)電氣工程系的研究人員牟龍華、夏明棟、劉仲，在2014年第22期《電力系統(tǒng)保護(hù)與控制》雜志上撰文，為了提高微電網(wǎng)供電可靠性，提出一種針對(duì)全黑的孤立微電網(wǎng)的黑啟動(dòng)方案。結(jié)合微源特性及其控制方式，對(duì)微源的黑啟動(dòng)能力進(jìn)行比較，確定了黑啟動(dòng)微源的選取原則，給出了黑啟動(dòng)過(guò)程中有黑啟動(dòng)能力和無(wú)黑啟動(dòng)能力微源的控制方式要求。分析了微電網(wǎng)黑啟動(dòng)的并行/串行網(wǎng)架恢復(fù)策略，指出應(yīng)采用啟動(dòng)速度更快的并行恢復(fù)策略，并制定了詳細(xì)的黑啟動(dòng)操作流程。利用Matlab/Simulink建立各微源控制模型以及微電網(wǎng)仿真模型，仿真結(jié)果驗(yàn)證了微電網(wǎng)黑啟動(dòng)方案及其操作流程的可行性。

近年來(lái)，分布式發(fā)電技術(shù)以其能源利用率高、污染小、可靠性高等特點(diǎn)受到了廣泛關(guān)注，其中分布式發(fā)電技術(shù)可充分利用多種可再生能源，為人類(lèi)解決日益嚴(yán)重的能源和環(huán)境危機(jī)帶來(lái)新的方向。

隨著分布式發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，多種分布式電源、儲(chǔ)能裝置、負(fù)荷及控制裝置組合成獨(dú)立的供電系統(tǒng)，以微網(wǎng)的形式接入大電網(wǎng)，利用控制的靈活性可實(shí)現(xiàn)其對(duì)大電網(wǎng)供電能力和電能質(zhì)量的支撐作用。

為提高供電可靠性，當(dāng)主電網(wǎng)發(fā)生意外故障或運(yùn)行維護(hù)時(shí)，微網(wǎng)可運(yùn)行于孤立運(yùn)行狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)局部電網(wǎng)的穩(wěn)定供電?？紤]到微網(wǎng)系統(tǒng)孤立運(yùn)行時(shí)，可能由于某些故障而導(dǎo)致系統(tǒng)失電，為進(jìn)一步提高系統(tǒng)的供電可靠性，微網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)具有孤立運(yùn)行狀態(tài)下的黑啟動(dòng)功能。

所謂微網(wǎng)黑啟動(dòng)(BlackStart)，指在整個(gè)微網(wǎng)因外部或內(nèi)部故障停運(yùn)進(jìn)入全黑狀態(tài)后，不依靠大電網(wǎng)或其他微網(wǎng)的幫助，僅通過(guò)啟動(dòng)微網(wǎng)內(nèi)部具有黑啟動(dòng)能力的微源，進(jìn)而帶動(dòng)微網(wǎng)內(nèi)無(wú)黑啟動(dòng)能力的微源，逐步擴(kuò)大系統(tǒng)的恢復(fù)范圍，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)微網(wǎng)的重新啟動(dòng)。

對(duì)于電力系統(tǒng)的黑啟動(dòng)問(wèn)題，目前國(guó)內(nèi)外已有多篇論文對(duì)其加以介紹，但這些研究成果大多針對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)黑啟動(dòng)，而很少涉及微網(wǎng)系統(tǒng)黑啟動(dòng)。

傳統(tǒng)黑啟動(dòng)方案主要針對(duì)大型電網(wǎng)，與之相比，微網(wǎng)系統(tǒng)多集中在中/低壓配電網(wǎng)，其內(nèi)部包含大量逆變器型電源，這些電力電子裝置控制靈活、響應(yīng)速度快，但過(guò)載能力、故障穿越能力和單機(jī)發(fā)電容量均遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械類(lèi)電源，因此，微網(wǎng)系統(tǒng)很難直接沿用傳統(tǒng)電網(wǎng)的黑啟動(dòng)方案[10]。

鑒于用戶對(duì)于分布式能源可靠性要求的不斷提高，微網(wǎng)系統(tǒng)黑啟動(dòng)研究是推進(jìn)微網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用亟需解決的問(wèn)題。

為提高微電網(wǎng)黑啟動(dòng)可靠性，本文對(duì)黑啟動(dòng)中的微源種類(lèi)、控制方式、黑啟動(dòng)網(wǎng)架恢復(fù)策略以及黑啟動(dòng)操作步驟進(jìn)行了研究。參照已經(jīng)搭建的微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在Matlab/Simulink平臺(tái)搭建了由柴油發(fā)電機(jī)、光伏和蓄電池組成的低壓微網(wǎng)仿真模型，驗(yàn)證了所提出的黑啟動(dòng)策略有效性和可行性。

總結(jié)

本文從微源控制方式和黑啟動(dòng)恢復(fù)策略出發(fā)，研究并分析了微源的黑啟動(dòng)能力、控制方式以及并行恢復(fù)和串行恢復(fù)的優(yōu)缺點(diǎn)。最終選用了啟動(dòng)速度更快的并行恢復(fù)策略進(jìn)行微網(wǎng)黑啟動(dòng)，并制定了微網(wǎng)黑啟動(dòng)流程。仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文所論述的微源黑啟動(dòng)操作的可行性。下一步將在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上繼續(xù)進(jìn)行微網(wǎng)黑啟動(dòng)研究，為微網(wǎng)的穩(wěn)定快速恢復(fù)提供理論依據(jù)。