陆军工程大学科研团队在含脉冲负载的光储微电网运行特性研究上取得新进展

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近年来，为改变以化石能源为主的发电现状，推动电能供给侧结构的转型，缓解全球环境污染问题，以太阳能、风能为代表的可再生能源越来越受到重视。在微电网中，光伏发电的稳定性受到天气等因素的制约，需要并入储能系统对电能进行消纳，维持系统内供电稳定，这样就构成了光储微电网。

随着军事装备的更新换代，以相控阵雷达为代表的先进装备被广泛应用。雷达的负荷特性呈连续脉冲状，这类负荷被称为脉冲负载。采用多源并联的光储微电网为脉冲负载供电，一方面可以增强雷达等重要负荷的供电可靠性，另一方面由于太阳能等新能源的引入，可以减少柴油发电机的燃油消耗，达到节能减排的目的，特别是能够缓解偏远地区油料运输、存储的压力，具有重要的实用价值。但这类微电网容量有限，光伏功率输出具有强烈的随机性，脉冲负载带来的高频率、高功率连续冲击会造成母线电能质量下降。

针对含脉冲负载微电网的相关研究，多以柴油机、储能系统、直流微电网、市电接逆变器带脉冲负载为主。

• 有研究人员构建柴油发电机-整流器-雷达脉冲负载的试验平台，分析滤波电容、脉冲负载的峰值功率、占空比和开关周期对系统动态特性的影响规律。
• 有研究人员将模糊控制引入柴油机调速系统中，减少脉冲负载条件下柴油发电机的转速波动，改善发电机输出电能质量。
• 有研究人员针对逆变器带脉冲负载系统进行仿真建模和试验测试，分析脉冲负载不同工作模式对逆变器运行的影响规律，但是直流端采用恒压源为逆变器供电，相当于系统容量无限大，削弱了脉冲负载对系统的影响。
• 有研究人员以现代电子雷达为研究对象，提出脉冲负载新型等效拓扑，建立基于开关函数的脉冲负载大信号模型。
• 有研究人员针对直流微电网，利用超级电容快速响应的特性，构建混合储能供电的结构，抑制直流微电网中脉冲负载引起的功率波动。但是雷达多为交流负载装备，在供电时只能将其看作“黑箱”，无法改变其内部直流系统结构，在工程应用中难以直接使用直流母线为雷达负载供电。
• 有研究人员针对交直流微电网并网和孤岛两种工作模式，提出多源协调潮流控制策略，提升了脉冲负载条件下微电网的稳定性，但是所用脉冲负载的脉冲频率很低，与雷达负载实际工况有较大差距。

结合工程实际和面临的应用问题，为了分析含脉冲负载光储微电网的运行特性，探究提升光储微电网电能质量的途径，陆军工程大学国防工程学院的研究人员崔灏然、王金全等人，在2022年第6期《电气技术》上撰文，以交直流混合微电网为研究背景，构建“光伏+储能+逆变器+脉冲负载”的拓扑结构，搭建相应的仿真和试验平台。

图1  微电网系统结构

研究人员通过仿真和试验分析脉冲负载不同工作模式对微电网电能质量的影响规律；通过仿真进一步探究脉冲负载条件下，光照强度变化对光储微电网稳定运行的影响，为含脉冲负载光储微电网的应用设计提供依据。

图2 试验装置

他们的研究结果表明，脉冲负载工作时，造成光储微电网频率波动、直流电压波动、交流电压波动。当脉冲负载峰值功率PL越高、占空比D为50%～60%、脉冲周期T为60～80ms时对系统电能质量影响最大。另外，在脉冲负载条件下，随着光照强度的变化，当光伏单元输出功率与负载平均功率接近时，会使蓄电池处于高频充放电切换状态，影响系统的可靠性和蓄电池的使用寿命，应避免系统处于这种状态。

本文编自2022年第6期《电气技术》，论文标题为“含脉冲负载光储微电网运行特性研究”，作者为崔灏然、王金全 等。

下载论文PDF版，请点击左下角“阅读原文”，访问期刊网站。

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