分布式能源微網(wǎng)電壓質(zhì)量的控制策略研究

趙志強(qiáng)

摘 要：在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，微網(wǎng)電壓是一個(gè)重要的可控制因素。其穩(wěn)定性直接影響到電網(wǎng)的正常運(yùn)行。因此，本文主要對(duì)微網(wǎng)電壓質(zhì)量的控制策略進(jìn)行研究和分析，希望能夠給相關(guān)的研究人員提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)和資料的借鑒。

關(guān)鍵詞：分布式能源；微網(wǎng)；下垂特性；多反饋控制

中圖分類號(hào)：TM714 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

在電力行業(yè)的發(fā)展中，保證供電的穩(wěn)定性至關(guān)重要。一種可以滿足供電負(fù)荷的要求，對(duì)用電環(huán)境不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，而且可以對(duì)資源和電能等進(jìn)行充分利用的有效途徑就是分布式能源微網(wǎng)。

1分布式能源微網(wǎng)電壓控制系統(tǒng)

電網(wǎng)的運(yùn)行中，無(wú)論是微網(wǎng)還是常規(guī)電網(wǎng)都需要將電壓控制在一定的范圍內(nèi)，因此需要進(jìn)行一定的控制作用，主要是進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)度。其中需要重視的是分散控制策略和下垂控制兩種方式。這兩種方式在分布式能源微電壓的控制中得到了較為廣泛的應(yīng)用，但主要是采用雙向流動(dòng)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。而且，在具體的實(shí)施過(guò)程中，不僅會(huì)造成線路的降壓效果，同時(shí)還增加了成本和所用費(fèi)用。為了實(shí)現(xiàn)分布式能源微網(wǎng)系統(tǒng)的電壓達(dá)到穩(wěn)定，需要運(yùn)用相應(yīng)的變換器，來(lái)進(jìn)行雙向流動(dòng)的控制。接下來(lái)，筆者將對(duì)分布式能源微網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，在對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)的基礎(chǔ)上，保證微網(wǎng)電壓只存在一個(gè)影響因素，那就是雙向變流器。同時(shí)運(yùn)用下垂特性來(lái)對(duì)進(jìn)行雙向變流器和對(duì)反饋控制器的轉(zhuǎn)換。而且在進(jìn)行多反饋控制器的設(shè)計(jì)中，用到了功率環(huán)，因此變流器可以在并聯(lián)場(chǎng)合中發(fā)揮自身的價(jià)值。

2分布式能源微網(wǎng)與雙向變流器

在對(duì)分布式能源微網(wǎng)進(jìn)行改進(jìn)之后，呈現(xiàn)出的結(jié)構(gòu)如圖1所示。這一結(jié)構(gòu)中包含著儲(chǔ)能系統(tǒng)和分布式電源。這兩個(gè)部位同時(shí)進(jìn)行供電工作。在對(duì)整個(gè)電網(wǎng)進(jìn)行分析的過(guò)程中，可以將微網(wǎng)作為一個(gè)有機(jī)整體，與配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。但是在其實(shí)際工作中改變了傳統(tǒng)的供電結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)約用電成本，保護(hù)電源的功能。

在微網(wǎng)和常規(guī)電網(wǎng)進(jìn)行并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，交流電的分布式電源和質(zhì)量電的分布式電源都需要接受一定的調(diào)度指令，進(jìn)行并網(wǎng)的控制運(yùn)行。在這一過(guò)程中，雙向變流器以及儲(chǔ)能設(shè)備等對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了補(bǔ)充。相反在孤島運(yùn)行系統(tǒng)工作的過(guò)程中，需要雙相變流器接收指令，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)功率的雙向流動(dòng)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性?？梢?jiàn)，在孤島運(yùn)行中，雙向變流器處于核心位置，根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行的特點(diǎn)以及運(yùn)行環(huán)境來(lái)進(jìn)行兩種模式的任意切換。

根據(jù)圖1所示，雙向變流器在微網(wǎng)結(jié)構(gòu)中的核心地位較為突出，因此可以對(duì)其進(jìn)行合理調(diào)度。如果直流分布式電源和儲(chǔ)能設(shè)備都達(dá)到了無(wú)窮大，就形成了一種新的結(jié)構(gòu)。這種新的結(jié)構(gòu)主要是雙向變流器出現(xiàn)了變化，變?yōu)榱巳齻€(gè)較為獨(dú)立的單相全橋逆變器，進(jìn)而完成獨(dú)立的逆變以及控制，可以和分布式能源的多變情況相適應(yīng)，可以通過(guò)對(duì)其中的一相進(jìn)行分析。

多反饋控制器中，要對(duì)輸出的電流進(jìn)行檢測(cè)，將得出的功率數(shù)和參考率等進(jìn)行比較。其中電流主要是由負(fù)載電壓和變流器的輸出電流來(lái)決定。經(jīng)過(guò)一系列計(jì)算和推理，可以完成對(duì)參考電壓的幅值、相角以及相應(yīng)的周期值等相關(guān)的數(shù)據(jù)。

3多反饋控制策略

3.1倒下垂功率控制器

在分布式能源微網(wǎng)中，如果電網(wǎng)電壓幅值降低，說(shuō)明DG輸出的有功功率小于微網(wǎng)內(nèi)負(fù)載所需的有功功率，則雙向變流器要向微網(wǎng)輸出有功功率；如果電網(wǎng)電壓頻率降低，說(shuō)明DG輸出的無(wú)功功率大于負(fù)載消耗的無(wú)功功率，則雙向變流器要向微網(wǎng)吸收無(wú)功功率，反之亦然。通過(guò)檢測(cè)微網(wǎng)電壓的幅值和頻率，可以得到雙向變流器輸出的參考功率Pag和Qag為分布式能源的有功和無(wú)功功率給定，但在本系統(tǒng)中，雙向變流器不是分布式能源的變流器，所以考慮將微網(wǎng)中前一段時(shí)間的平均有功和無(wú)功功率作為Pag和Qag。微網(wǎng)電壓通過(guò)鎖相環(huán)得到幅值Vga、頻率fga和相位θ等信息，參考功率與實(shí)際功率P、Q進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)比例積分控制器得到相位增量Δθ和電壓幅值增量ΔVag，相位和幅值分別進(jìn)行比較后，最后合成得到參考電壓Vgaref。

3.2電壓電流雙環(huán)控制器

外環(huán)為電壓環(huán)，內(nèi)環(huán)為電流環(huán)。外環(huán)采用PI控制器，Kvp和Kvi分別為比例和積分系數(shù)，內(nèi)環(huán)采用比例控制器，Kip為比例系數(shù)。為了保證系統(tǒng)的快速跟隨性和穩(wěn)定性，電流環(huán)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是盡量拉寬頻帶，同時(shí)使Ica/Ifka小，這樣損耗在濾波電容的電能才會(huì)最小。忽略電流Ifka的騷擾影響，10kW三相雙向變流器控制系統(tǒng)的參數(shù)見(jiàn)表1。

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為證明文章所提出的控制方法的合理性和可行性，三相10kVA樣機(jī)的主電路參數(shù)選取如表1所示。由可變負(fù)載，光伏模擬電源為直流DG1，雙向變流器搭建組成一個(gè)簡(jiǎn)易微網(wǎng)，光伏模擬電源向微網(wǎng)輸送恒定的5kw有功電能。傳統(tǒng)的雙環(huán)控制策略不能快速實(shí)時(shí)地穩(wěn)定的電壓，瞬時(shí)電壓會(huì)有很大的跌落；多反饋控制策略能取得很好效果。

多反饋控制策略的雙向變流器具有高效穩(wěn)定的電壓穩(wěn)控能力。實(shí)驗(yàn)證明，應(yīng)用多反饋控制策略的雙向變流器具有很好的穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能，使得雙向變流器作為影響微網(wǎng)電壓穩(wěn)定的唯一因素，在能源和負(fù)載多變的分布式能源微網(wǎng)系統(tǒng)中具有很好的應(yīng)用前景。

結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)以上的實(shí)驗(yàn)分析可知，三相的雙向變流器是影響分布式能源微網(wǎng)電壓穩(wěn)定的重要因素，也是唯一因素。在雙向變流器的輸出電壓質(zhì)量是對(duì)多反饋控制策略性能進(jìn)行減壓的重要方式。

（2）要對(duì)低壓線路的功率和電壓的幅值頻率加強(qiáng)重視，因?yàn)檫@兩者是控制系統(tǒng)運(yùn)行速率以及穩(wěn)定性的重要因素。

（3）多反饋控制裝置的動(dòng)態(tài)性能是較為明顯的，可以通過(guò)雙向變流器在負(fù)載多變狀態(tài)下輸出的波形來(lái)體現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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