微電網(wǎng)電能質(zhì)量控制研究

張素麗

摘? 要：在智能電網(wǎng)的背景和趨勢(shì)下，微電網(wǎng)憑借可更加充分利用可再生能源（風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物能等）、環(huán)境友好、運(yùn)行方式靈活、某些特殊情形下具有更高的供電可靠性等優(yōu)點(diǎn)，日益得到人們的重視，在電網(wǎng)中所占比例也越來(lái)越大。研發(fā)和推廣微電網(wǎng)技術(shù)，對(duì)于改善用戶側(cè)供電單元的電能結(jié)構(gòu)和質(zhì)量有著重要意義。這其中，如何保證微電網(wǎng)的供電質(zhì)量是微電網(wǎng)推廣使用中必須克服和解決的。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng);電能質(zhì)量;控制模式

中圖分類號(hào)：TM714.2? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）25-0141-02

Abstract： In the context and trend of smart grid， microgrid has the advantages of making more full use of renewable energy （wind energy， solar energy， biological energy， etc.）， environmentally friendly， flexible operation mode， higher power supply reliability in some special cases， and so on. People focus more and more attention upon it， and it accounts for more and more proportion in the power grid. The research and development and promotion of microgrid technology is of great significance to improve the power structure and quality of power supply units on the user side. Among them， how to ensure the power supply quality of microgrid must be overcome and solved in the popularization and use of microgrid.

Keywords： microgrid; power quality; control mode

相比于傳統(tǒng)的電網(wǎng)，微電網(wǎng)在結(jié)構(gòu)上具有多種能源輸入（風(fēng)、光、氣），輸出（冷、熱、電）形式及多種能源轉(zhuǎn)換單元等特點(diǎn)，它還可以有兩種運(yùn)行方式：并網(wǎng)運(yùn)行和孤島運(yùn)行。因此，在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，微電網(wǎng)整個(gè)系統(tǒng)顯得更加復(fù)雜多變。

1 微電網(wǎng)運(yùn)行控制模式分類

為了保證微電網(wǎng)的電能質(zhì)量及可靠運(yùn)行，一般采用如下幾種的控制方法：主從式、對(duì)等式以及分布式（多個(gè)代理）。

1.1 主從式控制方法

該方法一般用于微電網(wǎng)處于孤島運(yùn)行的狀態(tài)。此時(shí)，微電網(wǎng)的電源可以分為主要部分及從屬部分。主要部分一般由比較穩(wěn)定可靠的大容量蓄電池或者傳統(tǒng)的化石能源發(fā)電機(jī)來(lái)充當(dāng)，它處于VF控制模式：來(lái)保證該微型電力系統(tǒng)的電壓和頻率穩(wěn)定;從屬部分的要求相對(duì)較低，可以由光伏、風(fēng)電、沼氣等間歇性的電源來(lái)充當(dāng)。它配合主要部分工作，一般是PQ控制：向系統(tǒng)內(nèi)輸入一定的有功及無(wú)功功率即可（如圖1）。

該模式對(duì)主要部分的電源要求相對(duì)嚴(yán)格，要有足夠的能量及功率密度。若主要部分不能正常運(yùn)行，該微電網(wǎng)也不能保持正常工作。

1.2 對(duì)等式控制方法

該模式下微電網(wǎng)內(nèi)的電源具有同等的地位，不再有主要次要之分。微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的電源根據(jù)其本身的特點(diǎn)來(lái)選擇對(duì)應(yīng)的工作方式。各電源彼此間不需要聯(lián)絡(luò)線通信，類似于電腦的USB接口，實(shí)現(xiàn)了“即插即用”。此方法下通常使用下垂控制的模式，根據(jù)微電網(wǎng)電源接入點(diǎn)的有功無(wú)功電壓頻率信息，通過(guò)對(duì)應(yīng)耦合關(guān)系得到它的控制狀態(tài)（如圖2）。

該控制模式在現(xiàn)實(shí)運(yùn)行中的一個(gè)難點(diǎn)是降低微電網(wǎng)各電源之間產(chǎn)生的環(huán)流效應(yīng)。環(huán)流不僅加大了系統(tǒng)的損耗，降低了整體的效率，還會(huì)使運(yùn)行時(shí)電流變大，不利于電力電子器件長(zhǎng)期可靠使用。把前面兩種控制方法加以綜合思考，可以得出一種新的控制方法：當(dāng)微電網(wǎng)處于孤島運(yùn)行模式時(shí)，且選擇一個(gè)電源采用下垂控制的方法，其他均采用PQ控制的模式。當(dāng)微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，所有電源都采用PQ控制模式：這樣既避免了電源間環(huán)流的產(chǎn)生，其他電源也能得到合理利用。

1.3 分層控制方法

分層控制模式是在主從控制和對(duì)等控制模式的基礎(chǔ)上，為了提升微網(wǎng)協(xié)調(diào)微源控制的水平而增加的頂層能量控制層。

相比統(tǒng)一集中式能量管理，分層控制一般采用基于多代理系統(tǒng)（Mufti-Agent System， MAS）的分層控制，具有自治性、社會(huì)性、響應(yīng)性、主動(dòng)積極性和通信協(xié)作能力的優(yōu)點(diǎn)。

2 處理電壓諧波及三相不平衡的措施

無(wú)論是微電網(wǎng)還是傳統(tǒng)電網(wǎng)，衡量電能質(zhì)量的指標(biāo)主要是電壓、頻率和波形。其中，波形部分可分三相負(fù)載不平衡以及諧波。相對(duì)來(lái)說(shuō)，波形上的電能質(zhì)量問(wèn)題在微電網(wǎng)運(yùn)行中更加難以處理，尤其在中小型電氣系統(tǒng)中，不平衡與非線性負(fù)載的存在會(huì)明顯地導(dǎo)致電壓質(zhì)量的惡化。在此情況下，光伏等電源發(fā)出的直流電在并網(wǎng)前，逆變器需要用正負(fù)序解耦的方法把電網(wǎng)電壓中正序分量和負(fù)序分量檢測(cè)出來(lái)，再分別對(duì)二者及其占比分量大的諧波進(jìn)行控制，來(lái)保證供給用戶或者并入電網(wǎng)電能的質(zhì)量。

在微電網(wǎng)系統(tǒng)中，應(yīng)著重關(guān)注低電壓穿越（low voltage ride-through， LVRT）、網(wǎng)側(cè)電流質(zhì)量以及并網(wǎng)點(diǎn)（或關(guān)鍵負(fù)載點(diǎn)）電壓質(zhì)量等相關(guān)參數(shù)來(lái)保證供電質(zhì)量。而通過(guò)使用并網(wǎng)逆變器進(jìn)行電能質(zhì)量調(diào)節(jié)的方法主要源自于APF的相關(guān)技術(shù)，尤其是基于模擬電阻的諧波抑制方法。此方法不僅提高了電壓質(zhì)量，也增加了系統(tǒng)阻尼，與微電網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景的契合度很高。

3 協(xié)同補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)

在微網(wǎng)電能質(zhì)量調(diào)節(jié)中，除了電能質(zhì)量以外，平均分配各發(fā)電系統(tǒng)的功率也是很關(guān)鍵的一部分：它在一定程度上決定了系統(tǒng)能否穩(wěn)定、安全地運(yùn)行。傳統(tǒng)的下垂控制能夠?qū)崿F(xiàn)P和Q的均分，對(duì)負(fù)序和諧波的控制效果并不理想（二者皆為波動(dòng)功率）。

4 結(jié)論

本文闡述、討論了微電網(wǎng)電能質(zhì)量調(diào)節(jié)的各種控制方法和管理策略以及相應(yīng)控制系統(tǒng)整體架構(gòu)，分層控制理念是微電網(wǎng)可靠運(yùn)行的必要基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)電能質(zhì)量目標(biāo)的前提。

未來(lái)的電網(wǎng)將是傳統(tǒng)的主干電網(wǎng)與若干個(gè)微電網(wǎng)的有機(jī)綜合體，各微電網(wǎng)之間及微電網(wǎng)與系統(tǒng)電網(wǎng)間的互相連接、電能交換與電能質(zhì)量影響等課題是未來(lái)研究的重點(diǎn)方向。系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性、效率等其他目標(biāo)也需要與電能質(zhì)量調(diào)節(jié)相互聯(lián)系，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的全面優(yōu)化控制。

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