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2 移频控制技术
移频键控(frequency-shift-keying,FSK)技术是用数字信号去调制载波的频率,在电力系统保护通信领域是一项应用成熟的技术,如:高压线路保护用FSK式收发信机,额定频率范围50–400kHz,在4kHz额定带宽,正常运行发送的是监频信号,信号频率fG,用于信道的监视;故障时发送命令信号,发送信号频率fT,用于传送规定的操作命令。高压线路保护用载波机,采用FSK技术,在一个通道中切换5个频率,正常传送监频fG,故障时传送跳频fA、fB、fC、f3。跳频fA、fB、fC分别为A、B、C相的跳频,f3为三相跳闸的跳频,如图2所示。
图2 移频键控调制方式
微电网中可以借用FSK技术思想,在微电网离网运行时,借用电压源的工频信号,采用移频控制技术,利用频率信号作为通信手段,实现无通信线互联微电网控制,由储能装置与各个DG实现自主并联,不需要MGCC,是一种最简单物理结构的即插即用微电网控制。
2.1 频率分区
频率分区如图3所示,参考0.5–100 MW发电机组的频率偏差故障穿越要求:在47.5–51Hz内,49–50.3Hz为发电机组正常运行频率;50.3–51Hz为发电机组频率过高时,频率偏差故障穿越允许运行30min;47.5–49Hz为发电机组频率过低时,频率偏差故障穿越允许运行30min。在微电网离网运行时,主储能采用虚拟同步发电机技术,具有电压源外特性,借用电压源的工频信号,把频率运行下限47.5Hz调整为47.7Hz,主储能在最大功率充电/放电时,基于SOC的下垂控制方式如图4所示,频率工作在47.7–51Hz内,即使功率波动再大,只要不超出储能最大充放电功率,系统频率不会超出允许范围,解决了对等控制电压频率的稳定性,具有鲁棒性强的特点。具体方法是根据SOC状态,划分成3个区域,50.3–51Hz为SOC过高充电下垂运行区域,亦为高频故障穿越区域;47.7–49Hz为SOC过低放电下垂运行区域,亦为低频故障穿越区域;49–50.3Hz为SOC正常下垂运行区域及SOC过高放电/SOC过低充电下垂运行区域。SOC正常传送监频fG,SOC过高充电传送高控频fH(控制分布式发电),SOC过低放电传送低控频fL(低周减载切除负荷)。
图3 频率分区
微电网并网运行,主储能运行下垂折线为图4中折线1,正常运行频率fG为49–50.3Hz,主储能根据SOC状态对储能电池进行维护,使SOC工作在设定的正常范围内。
离网运行,若SOC正常,主储能运行下垂折线为图4中折线1,下垂运行频率范围fG为49–50.3Hz,主储能根据SOC状态对储能电池进行维护,使SOC工作在设定的正常范围内,发送的是允许充放电监频fG信号;若SOC过高,主储能下垂折线为图4中折线2,下垂运行频率为49.6–51Hz,其中fH为50.3–51Hz,充电时主储能下垂运行在该区域,发出的是禁止充电信号,以该频率信号调节DG发电单元的发电,详见2.3中DG的f-P折线控制,放电时主储能下垂运行区域50.3–49.6Hz,不再调节DG发电单元的发电,随着电池放电,SOC恢复正常;若SOC过低,主储能下垂折线为图4中折线3,下垂运行频率为47.7–50.3Hz,其中fL为47.7–49Hz,放电时主储能下垂运行在该区域,这时SOC过低又不允许放电,以该频率信号作为低周减载信号,负荷通过低周减载,让主储能工作在49Hz以上,对电池充电。在频率允许范围内发送不同频率信号,以该频率信号调节DG发电单元的发电控制及负荷控制,实现无通信线互联微电网离网控制。
图4 基于SOC的下垂控制方式
2.2 主储能下垂控制折线
根据主储能电池SOC状态,采用不同的下垂折线,分为SOC正常,SOC过高,SOC过低3种情况:
1)SOC正常。
如图4下垂折线1所示。
2)SOC过高。
如图4下垂折线2所示。
3)SOC过低。
如图4下垂折线3所示。
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