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近年來(lái)，為改變以化石能源為主的發(fā)電現(xiàn)狀，推動(dòng)電能供給側(cè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型，緩解全球環(huán)境污染問(wèn)題，以太陽(yáng)能、風(fēng)能為代表的可再生能源越來(lái)越受到重視。在微電網(wǎng)中，光伏發(fā)電的穩(wěn)定性受到天氣等因素的制約，需要并入儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)電能進(jìn)行消納，維持系統(tǒng)內(nèi)供電穩(wěn)定，這樣就構(gòu)成了光儲(chǔ)微電網(wǎng)。

隨著軍事裝備的更新?lián)Q代，以相控陣?yán)走_(dá)為代表的先進(jìn)裝備被廣泛應(yīng)用。雷達(dá)的負(fù)荷特性呈連續(xù)脈沖狀，這類(lèi)負(fù)荷被稱為脈沖負(fù)載。采用多源并聯(lián)的光儲(chǔ)微電網(wǎng)為脈沖負(fù)載供電，一方面可以增強(qiáng)雷達(dá)等重要負(fù)荷的供電可靠性，另一方面由于太陽(yáng)能等新能源的引入，可以減少柴油發(fā)電機(jī)的燃油消耗，達(dá)到節(jié)能減排的目的，特別是能夠緩解偏遠(yuǎn)地區(qū)油料運(yùn)輸、存儲(chǔ)的壓力，具有重要的實(shí)用價(jià)值。

但這類(lèi)微電網(wǎng)容量有限，光伏功率輸出具有強(qiáng)烈的隨機(jī)性，脈沖負(fù)載帶來(lái)的高頻率、高功率連續(xù)沖擊會(huì)造成母線電能質(zhì)量下降。

針對(duì)含脈沖負(fù)載微電網(wǎng)的相關(guān)研究，多以柴油機(jī)、儲(chǔ)能系統(tǒng)、直流微電網(wǎng)、市電接逆變器帶脈沖負(fù)載為主。

• 有研究人員構(gòu)建柴油發(fā)電機(jī)-整流器-雷達(dá)脈沖負(fù)載的試驗(yàn)平臺(tái)，分析濾波電容、脈沖負(fù)載的峰值功率、占空比和開(kāi)關(guān)周期對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響規(guī)律。
• 有研究人員將模糊控制引入柴油機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，減少脈沖負(fù)載條件下柴油發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，改善發(fā)電機(jī)輸出電能質(zhì)量。
• 有研究人員針對(duì)逆變器帶脈沖負(fù)載系統(tǒng)進(jìn)行仿真建模和試驗(yàn)測(cè)試，分析脈沖負(fù)載不同工作模式對(duì)逆變器運(yùn)行的影響規(guī)律，但是直流端采用恒壓源為逆變器供電，相當(dāng)于系統(tǒng)容量無(wú)限大，削弱了脈沖負(fù)載對(duì)系統(tǒng)的影響。
• 有研究人員以現(xiàn)代電子雷達(dá)為研究對(duì)象，提出脈沖負(fù)載新型等效拓?fù)洌⒒陂_(kāi)關(guān)函數(shù)的脈沖負(fù)載大信號(hào)模型。
• 有研究人員針對(duì)直流微電網(wǎng)，利用超級(jí)電容快速響應(yīng)的特性，構(gòu)建混合儲(chǔ)能供電的結(jié)構(gòu)，抑制直流微電網(wǎng)中脈沖負(fù)載引起的功率波動(dòng)。但是雷達(dá)多為交流負(fù)載裝備，在供電時(shí)只能將其看作“黑箱”，無(wú)法改變其內(nèi)部直流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在工程應(yīng)用中難以直接使用直流母線為雷達(dá)負(fù)載供電。
• 有研究人員針對(duì)交直流微電網(wǎng)并網(wǎng)和孤島兩種工作模式，提出多源協(xié)調(diào)潮流控制策略，提升了脈沖負(fù)載條件下微電網(wǎng)的穩(wěn)定性，但是所用脈沖負(fù)載的脈沖頻率很低，與雷達(dá)負(fù)載實(shí)際工況有較大差距。

結(jié)合工程實(shí)際和面臨的應(yīng)用問(wèn)題，為了分析含脈沖負(fù)載光儲(chǔ)微電網(wǎng)的運(yùn)行特性，探究提升光儲(chǔ)微電網(wǎng)電能質(zhì)量的途徑，陸軍工程大學(xué)國(guó)防工程學(xué)院的研究人員崔灝然、王金全等人，在2022年第6期《電氣技術(shù)》上撰文，以交直流混合微電網(wǎng)為研究背景，構(gòu)建“光伏+儲(chǔ)能+逆變器+脈沖負(fù)載”的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，搭建相應(yīng)的仿真和試驗(yàn)平臺(tái)。

圖1 微電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

研究人員通過(guò)仿真和試驗(yàn)分析脈沖負(fù)載不同工作模式對(duì)微電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響規(guī)律；通過(guò)仿真進(jìn)一步探究脈沖負(fù)載條件下，光照強(qiáng)度變化對(duì)光儲(chǔ)微電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的影響，為含脈沖負(fù)載光儲(chǔ)微電網(wǎng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

圖2 試驗(yàn)裝置

他們的研究結(jié)果表明，脈沖負(fù)載工作時(shí)，造成光儲(chǔ)微電網(wǎng)頻率波動(dòng)、直流電壓波動(dòng)、交流電壓波動(dòng)。當(dāng)脈沖負(fù)載峰值功率PL越高、占空比D為50%～60%、脈沖周期T為60～80ms時(shí)對(duì)系統(tǒng)電能質(zhì)量影響最大。另外，在脈沖負(fù)載條件下，隨著光照強(qiáng)度的變化，當(dāng)光伏單元輸出功率與負(fù)載平均功率接近時(shí)，會(huì)使蓄電池處于高頻充放電切換狀態(tài)，影響系統(tǒng)的可靠性和蓄電池的使用壽命，應(yīng)避免系統(tǒng)處于這種狀態(tài)。

本文編自2022年第6期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“含脈沖負(fù)載光儲(chǔ)微電網(wǎng)運(yùn)行特性研究”，作者為崔灝然、王金全 等。