微電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)控制對(duì)電能質(zhì)量的保障

王佳蕊 李德鑫 張家郡 蔡超豪 谷彩連 李宏仲

摘 要：針對(duì)微電網(wǎng)中容易出現(xiàn)的電能質(zhì)量問(wèn)題，提出對(duì)微電網(wǎng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)采用合適的控制方法來(lái)保障電能質(zhì)量。提出微電網(wǎng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)采取兩種儲(chǔ)能電池設(shè)備，即能量型儲(chǔ)能鋅溴液流電池和功率型儲(chǔ)能鈦酸鋰電池，對(duì)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)采取微電網(wǎng)DC/DC變流器和DC/AC變流器的兩級(jí)控制，其中混合儲(chǔ)能的DC/DC變流器控制采用基于功率波動(dòng)性質(zhì)的分配方法和恒流快充控制，混合儲(chǔ)能的DC/AC變流器采用PQ控制和改進(jìn)下垂無(wú)差調(diào)頻控制方法，并在控制算法中設(shè)置合適的參數(shù)，并且在微電網(wǎng)運(yùn)行當(dāng)中根據(jù)其運(yùn)行情況自動(dòng)切換控制算法，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)運(yùn)行當(dāng)中電壓偏差、頻率波動(dòng)、交流母線電壓諧波等電能質(zhì)量指標(biāo)達(dá)到運(yùn)行要求。本文也通過(guò)對(duì)一個(gè)實(shí)際的微電網(wǎng)搭建了整體的仿真控制模型，通過(guò)對(duì)典型算例的仿真驗(yàn)證了該微電網(wǎng)主要電能指標(biāo)遠(yuǎn)高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。本文的特點(diǎn)是在微電網(wǎng)中采用了兩種不同特性的儲(chǔ)能電池的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)并對(duì)微電網(wǎng)的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)采用了多種成熟且適用的控制技術(shù)，用以保障微電網(wǎng)的電能質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng);混合儲(chǔ)能;電能質(zhì)量;仿真研究;控制

DOI：10.15938/j.jhust.2021.06.012

中圖分類(lèi)號(hào)： TM46

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)： 1007-2683（2021）06-0087-07

The Control of Microgrid Energy Storage System

Guarantees the Power Quality

WANG Jia-rui1， LI De-xin1， ZHANG Jia-jun1， CAI Chao-hao2， GU Cai-lian2， LI Hong-zhong3

（1.State Grid Jilin Electric Power Research Institute， Changchun 130021， China;

2.School of Electric Power， Shenyang Institute of Engineering， Shenyang 110136， China;

3.Electric Power Engineering， Shanghai University of Electric Power，Shanghai 200090， China）

Abstract：Aiming at the problem of power quality which is easy to appear in the microgrid， the paper puts forward a suitable control method for the energy storage system of the microgrid to guarantee the power quality.It is proposed to adopt two kinds of storage battery equipment in microgrid， energy storage zinc bromine flow battery and power storage lithium titanate battery. The hybrid energy storage system adopts micro-grid DC/DC converter and DC/AC converter two-stage control， and the hybrid energy storage DC/DC converter control adopts a distribution method based on the nature of power fluctuations and constant current fast charge control， and the hybrid energy storage DC/AC converter adopts PQ control and an improved droop uniform frequency control method. The algorithm automatically switches in all kinds of operation mode of the microgrid to achieve the power quality indicators，such as voltage sag， frequency deviation， voltage deviation， and voltage fluctuation during the operation of the microgrid to meet the operating requirements. This paper also builds an overall simulation control model for an actual microgrid， and verifies that the main electric energy index of the microgrid is much higher than the national standard through the simulation of a typical example.

Keywords：microgrid; hybrid energy storage; power quality; simulation research;control

0 引 言

微電網(wǎng)電能質(zhì)量問(wèn)題是目前學(xué)術(shù)界微電網(wǎng)研究的主要課題之一，保證微電網(wǎng)的電能質(zhì)量才能滿(mǎn)足對(duì)微電網(wǎng)內(nèi)敏感負(fù)荷的供電需求;微電網(wǎng)功率不平衡產(chǎn)生的擾動(dòng)、諧波電流超過(guò)允許值、頻率波動(dòng)過(guò)大且恢復(fù)較慢等情況必然對(duì)與其連接的配電網(wǎng)的不利影響，保證微電網(wǎng)的電能質(zhì)量能防止產(chǎn)生這些影響;微電網(wǎng)內(nèi)微電源種類(lèi)多，其容量大小不同，特性不同，分布位置可能分散，都給保證微電網(wǎng)電能質(zhì)量帶來(lái)一定的困難，采取措施提高微電網(wǎng)的電能質(zhì)量也有利于對(duì)微電源產(chǎn)生電能的充分利用，即提高對(duì)微電源的利用率。文[1-2]討論了電能質(zhì)量統(tǒng)一調(diào)節(jié)器（unified power quality conditioner，UPQC）在微電網(wǎng)中的應(yīng)用，并有比較成熟的算法用于對(duì)電壓跌落進(jìn)行補(bǔ)償、諧波檢測(cè)等方面。文[3]提出對(duì)鋰電池供電的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（dynamic voltage restorer，DVR）控制方法并設(shè)計(jì)了硬件電路。文[4]提出了采用有源濾波器和靜止無(wú)功補(bǔ)償器共同作用提高微電網(wǎng)電能質(zhì)量的方法。文[5]提出準(zhǔn)單級(jí)DC/AC變流器，優(yōu)化變流器功率的方法。文[6]提出了本地負(fù)載含有非線性負(fù)載情況下，儲(chǔ)能逆變器控制策略中電壓外環(huán)采用多比例諧振控制器提高電能質(zhì)量。文[7]總結(jié)了微電網(wǎng)儲(chǔ)能拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并考慮儲(chǔ)能全周期壽命，提出優(yōu)化儲(chǔ)能變流器底層控制方法。文[8]分析了混合儲(chǔ)能的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提出分層控制方法好和變流器功率優(yōu)化算法。文[9]提出微電網(wǎng)在孤島運(yùn)行期間電壓和頻率凈差對(duì)電能質(zhì)量的影響及解決方法。文[10]分析了儲(chǔ)能系統(tǒng)恒流快充等充電方式的應(yīng)用。文[11]提出提高微電網(wǎng)電能質(zhì)量的可行性及微電網(wǎng)中各儲(chǔ)能單元的參考發(fā)電量確定方法和非線性就地負(fù)載補(bǔ)償控制方法。文[12]引入廣義負(fù)荷為研究對(duì)象，實(shí)現(xiàn)減少儲(chǔ)能充放電頻數(shù)而獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)儲(chǔ)能控制的進(jìn)一步研究有參考意義。文[13]引入虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)于改進(jìn)下垂控制中，能夠?qū)崿F(xiàn)微電網(wǎng)穩(wěn)定性，從而提高了電能質(zhì)量。文[14-15]采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)評(píng)估、監(jiān)測(cè)和傳輸電能質(zhì)量參數(shù)，可參考用于微電網(wǎng)。文[16]采用有源濾波裝置提高微電網(wǎng)的電能質(zhì)量。文[17]提出了一種應(yīng)用小波理論判斷電壓暫降源位置的方法。文[18]提到，利用儲(chǔ)能系統(tǒng)利用變流器剩余容量并采用合適的算法，可實(shí)現(xiàn)與有源濾波器相同的有源濾波功能，在濾波和平滑電壓等方面起作用。這些方法在理論和實(shí)踐上取得了一定的成果，各有特點(diǎn)和應(yīng)用價(jià)值。

本文借鑒部分已有文獻(xiàn)的研究成果，從對(duì)微電網(wǎng)儲(chǔ)能控制的角度來(lái)研究保證電能質(zhì)量的方法，即及時(shí)調(diào)整儲(chǔ)能輸出功率使微電網(wǎng)功率平衡，并且在儲(chǔ)能變流器的多個(gè)控制環(huán)節(jié)，引入電壓、頻率進(jìn)行反饋調(diào)整，維持系統(tǒng)電氣參數(shù)穩(wěn)定，將控制方法應(yīng)用于一個(gè)實(shí)際的微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室，對(duì)于結(jié)果進(jìn)行了仿真分析驗(yàn)證，解決了微電網(wǎng)電能質(zhì)量問(wèn)題。

電網(wǎng)的電壓暫降（電壓跌落）、電壓驟升對(duì)敏感用戶(hù)的影響較大，是微電網(wǎng)主要的電能質(zhì)量問(wèn)題，電壓跌落值時(shí)電壓有效值可降落至額定值的10%～90%，且持續(xù)時(shí)間為工頻半個(gè)周期到1min。當(dāng)與微電網(wǎng)連接的電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障而故障沒(méi)有被及時(shí)切除情況下，微電網(wǎng)可能發(fā)生電壓暫降，當(dāng)微電網(wǎng)內(nèi)有大容量負(fù)載（尤其電動(dòng)機(jī)）投切等原因也可能引起電壓暫降或暫升。

微電網(wǎng)中的非線性負(fù)荷也是微電網(wǎng)電流諧波的重要來(lái)源，微電網(wǎng)內(nèi)光伏逆變器、儲(chǔ)能變流器等電力電子接口會(huì)也產(chǎn)生諧波，所以微電網(wǎng)內(nèi)諧波問(wèn)題是尤為突出的電能質(zhì)量問(wèn)題，一般5、7次諧波占諧波的主要成分，對(duì)諧波應(yīng)采取有效的治理方法。

微電網(wǎng)電能質(zhì)量問(wèn)題還包括微電網(wǎng)系統(tǒng)的頻率波動(dòng)、電壓偏差等方面。本文從基于對(duì)混合儲(chǔ)能設(shè)備控制的角度研究了保障微電網(wǎng)電能質(zhì)量的方法。提出采用能量型儲(chǔ)能電池鋅溴液流電池和功率型儲(chǔ)能電池鈦酸鋰電池的混合儲(chǔ)能方式，實(shí)現(xiàn)了光儲(chǔ)微電網(wǎng)電壓的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，采用對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的DC/AC變流器和DC/DC變流器的兩級(jí)控制策略應(yīng)用于微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，并且采用對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的改進(jìn)下垂無(wú)差調(diào)頻控制方法應(yīng)用于該微電網(wǎng)的離網(wǎng)運(yùn)行控制。

1 微電網(wǎng)系統(tǒng)儲(chǔ)能及其變流器部分

圖1是本文研究的一個(gè)微電網(wǎng)的儲(chǔ)能及其變流器部分，采用能量型鋅溴液流電池和功率型鈦酸鋰電池，其中的能量型鋅溴液流電池儲(chǔ)存容量大，能量密度100Wh/L以上，可深度充放電，即使在SOC在10%以下仍可按額定功率放電，鈦酸鋰電池的具有充放電效率高，倍率放電特性等特點(diǎn)。本微電網(wǎng)系統(tǒng)中鋅溴液流電池，容量為50kW·h，鈦酸鋰電池，容量為25kW·h。

兩種儲(chǔ)能電池分別經(jīng)電壓型雙向DC/DC變流器可控由400V升壓至700V接直流母線，再經(jīng)電壓型雙向DC/AC可控變流器輸出400V交流電壓接交流母線。DC/DC變流器的作用是對(duì)直流母線提供穩(wěn)定的直流電壓支持，也控制儲(chǔ)能設(shè)備與直流母線的功率交換，使控制儲(chǔ)能設(shè)備的充電或放電，其中對(duì)兩個(gè)DC/DC變流器控制應(yīng)相互協(xié)調(diào)，使兩種不同特性的儲(chǔ)能電池充分發(fā)揮自己的優(yōu)點(diǎn)。

在微電網(wǎng)各種運(yùn)行方式期間，DC/AC可控變流器是控制微電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)與微電網(wǎng)交流母線之間的功率傳輸，通過(guò)對(duì)其采用合適的控制策略，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)與光伏等微電源預(yù)期的能量交換方式以及微電網(wǎng)與大電網(wǎng)之間的預(yù)期的能量交換方式。在微電網(wǎng)各種運(yùn)行方式下，對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制使其發(fā)揮正常作用是保證微電網(wǎng)電能質(zhì)量的基礎(chǔ)。

2 微電網(wǎng)系統(tǒng)的儲(chǔ)能雙向DC/DC變流器及其協(xié)調(diào)控制

2.1 微電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的雙向充放電主電路

微電網(wǎng)儲(chǔ)能電池的雙向充放電主電路中采用典型的Buck-Boost雙向DC/DC變流器結(jié)構(gòu)如圖2，主電路中還有電池側(cè)電容CSC、直流母線側(cè)電容CDC、升壓電感L和等儲(chǔ)能元件。

圖2中變流器充放電電路的數(shù)學(xué)模型為。

LdiSCdt=-uSC+uPWM

CSCduSCdt=iSC+ibat

CDCduSCdt=-iDC+iPWM（1）

LDC≥uDCfPWMΔiSCδ（1-δ）

CDC≥iSCfPWMΔuSCδ（1-δ）（2）

由式（1）可得DC/DC變流器的傳遞函數(shù)，在根據(jù)式（2）可計(jì)算升壓電感和直流母線電容值。

式中：fPWM 為變換器的開(kāi)關(guān)頻率;ΔiSC為電感LDC電流脈動(dòng)幅值最大允許值;ΔuDC為電容CDC電壓脈動(dòng)幅值最大允許值;δ為DC/DC變流器的占空比。實(shí)際仿真模型中LDC取值為5×10-3H，CDC取值為4.7×10-3F。直流變換器占空比uSC/uDC=400/700。

2.2 本文中兩種儲(chǔ)能電池的混合儲(chǔ)能控制

圖3為DC/DC控制部分采用了兩種電池的混合儲(chǔ)能控制，用以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)部功率合理分配，設(shè)battery1為儲(chǔ)能電池1，是能量型儲(chǔ)能電池鋅溴液流電池（儲(chǔ)存容量大，能量密度100Wh/L以上）;battery2為儲(chǔ)能電池2是功率型儲(chǔ)能電池鈦酸鋰電池（新型鋰電池，具有充放電效率高，倍率放電等特性，循環(huán)充放電次數(shù)三萬(wàn)次）。

基于功率波動(dòng)性質(zhì)的分配方法是混合儲(chǔ)能系統(tǒng)中比較容易實(shí)現(xiàn)的方法，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)部功率的合理分配。進(jìn)行混合儲(chǔ)能系統(tǒng)功率分配的最合適方法是高通低通濾波功率分配方法。

本文對(duì)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的DC/DC控制中，采用了基于功率波動(dòng)性質(zhì)的分配方法協(xié)調(diào)控制方法，采用低通濾波率分配方法，將功率偏差積分信號(hào)分成兩部分指令信號(hào)，其中的低頻指令信號(hào)部分用于電池1的控制回路，控制PWM1、PWM2發(fā)出脈寬調(diào)制脈沖，分別控制電池1的充、放電;另一部分信號(hào)是輸入信號(hào)減去低頻信號(hào)，看做高頻指令信號(hào)，用于電池2的控制回路，控制PWM3、PWM4發(fā)出脈寬調(diào)制脈沖，分別控制電池2的充、放電。

混合儲(chǔ)能部分參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表1，其中的參數(shù)沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)范，應(yīng)根據(jù)微電網(wǎng)功率分配情況和儲(chǔ)能系統(tǒng)的具體情況設(shè)置，本文根據(jù)仿真結(jié)果調(diào)整采取合適的數(shù)值。

如上所述，對(duì)電池1和電池2采用了不同的控制算法，使電池2在微電網(wǎng)的負(fù)載變動(dòng)和運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換過(guò)暫態(tài)程中放電、充電功率變化顯著，響應(yīng)速度快，使系統(tǒng)瞬間功率平衡，儲(chǔ)能電池1在微電網(wǎng)功率逐漸平衡后持續(xù)沖放電維持微電網(wǎng)功率平衡，這樣充分利用了電池1能量密度大而電池2功率密度大的特點(diǎn)。儲(chǔ)能電池2在微電網(wǎng)的負(fù)載變動(dòng)和運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換過(guò)暫態(tài)程中放電、充電功率變化顯著，響應(yīng)速度快，使系統(tǒng)瞬間功率平衡，儲(chǔ)能電池1在微電網(wǎng)功率逐漸平衡后持續(xù)沖放電維持微電網(wǎng)功率平衡。因此，通過(guò)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的DC/DC控制，在微電網(wǎng)出現(xiàn)功率平衡被破壞的情況下，混合儲(chǔ)能系統(tǒng)迅速發(fā)揮作用，能量型鋅溴液流電池和功率型鈦酸鋰電池優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，通過(guò)充放電及時(shí)維持系統(tǒng)功率平衡，以保證系統(tǒng)的電壓、頻率等方面的電能質(zhì)量。

2.3 儲(chǔ)能系統(tǒng)的快充控制

圖3中的基于功率波動(dòng)性質(zhì)的分配方法為混合儲(chǔ)能協(xié)調(diào)控制方法，適用于微電網(wǎng)功率平衡關(guān)系有較大變化的情況下，如投切比較大的負(fù)荷，并離網(wǎng)方式切換等情況下。在微電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行情況下，儲(chǔ)能系統(tǒng)采取采用恒流快充控制，保證微電網(wǎng)正常運(yùn)行當(dāng)中對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的快速穩(wěn)定充電。這兩種控制模式由算法控制自動(dòng)切換。

3 儲(chǔ)能系統(tǒng)DC/AC變流器的控制

本文中主電路采用單級(jí)式儲(chǔ)能變流器、交流側(cè)LC濾波器、三相全橋逆變電路（DC/AC）、直流側(cè)電容等部分構(gòu)成。并網(wǎng)時(shí)控制部分采用由功無(wú)功解耦控制（PQ控制），并離網(wǎng)控制模式的轉(zhuǎn)換采用PQ控制轉(zhuǎn)換到改進(jìn)下垂控制。

通過(guò)并網(wǎng)時(shí)的對(duì)儲(chǔ)能變流器的PQ控制，配合能量管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)與大電網(wǎng)的功率交換。電剛從并網(wǎng)運(yùn)行轉(zhuǎn)為離網(wǎng)運(yùn)行前，應(yīng)先將儲(chǔ)能變流器由PQ控制轉(zhuǎn)為下垂控制。為保證轉(zhuǎn)換過(guò)程中不影響系統(tǒng)的潮流分布，需要確保轉(zhuǎn)換前后儲(chǔ)能變流器輸出的電壓角度、電壓幅值、頻率、輸出功率均沒(méi)有跳變。要保持變流器控制方式轉(zhuǎn)換到在下垂控制時(shí)，儲(chǔ)能變流器出口處的輸出功率為P0和Q0，初始頻率f0和初始電壓U0與切換前的電網(wǎng)電氣參數(shù)相同。因此對(duì)儲(chǔ)能變流器合理有效控制也是保證微電網(wǎng)電能質(zhì)量的必要條件。

PQ控制中需要設(shè)定微電網(wǎng)的額定有功Pref 和額定無(wú)功Qref，如何設(shè)定Pref和Qref決定了儲(chǔ)能設(shè)備與微電源以及大電網(wǎng)交換功率的具體模式。

并網(wǎng)型微網(wǎng)中，儲(chǔ)能功能多樣，通過(guò)平滑分布式電源出力，減小其隨機(jī)性和波動(dòng)性對(duì)電網(wǎng)的沖擊，通過(guò)對(duì)負(fù)荷進(jìn)行削峰填谷，提高微電網(wǎng)的供電質(zhì)量和供電可靠性。從這些方面來(lái)說(shuō)應(yīng)充分利用儲(chǔ)能設(shè)備。但是儲(chǔ)能的優(yōu)先運(yùn)行原則直接影響其自身的效率和壽命，微電網(wǎng)進(jìn)行多次的不同運(yùn)行策略對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備影響顯著，在微電網(wǎng)工程壽命內(nèi)可能需要多次更換。

本文仿真研究了可供選擇的儲(chǔ)能系統(tǒng)與電網(wǎng)功率交換兩種模式：①儲(chǔ)能優(yōu)先模式，即無(wú)論在聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行或單獨(dú)運(yùn)行期間，在光伏發(fā)電與微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)載不平衡的情況下首先考慮由儲(chǔ)能設(shè)備充放電來(lái)平衡微電網(wǎng)內(nèi)功率，再考慮與配電網(wǎng)交換功率。②儲(chǔ)能設(shè)備待機(jī)模式，即聯(lián)網(wǎng)期間儲(chǔ)能待機(jī)模式，當(dāng)微電網(wǎng)切換到獨(dú)立運(yùn)行，再投入儲(chǔ)能設(shè)備的功能。模式1有利于平滑光伏電源出力，減小微電網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)的影響;模式2有利于增加儲(chǔ)能設(shè)備的壽命。本文仿真模型中采用了模式1。

4 儲(chǔ)能系統(tǒng)的改進(jìn)下垂控制控制

下垂控制屬于有差調(diào)節(jié)，為了減小下垂控制中產(chǎn)生的頻率凈差，對(duì)傳統(tǒng)下垂特性進(jìn)行改進(jìn)，如圖4所示在下垂特性環(huán)節(jié)前加入積分，得到對(duì)微電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)DC/AC變流器的二次調(diào)頻控制策略[19-21]，在微電網(wǎng)離網(wǎng)單獨(dú)運(yùn)行期間，這種控制能夠保障微電網(wǎng)的系統(tǒng)頻率。

無(wú)差調(diào)節(jié)的結(jié)果使微電網(wǎng)在獨(dú)立運(yùn)行條件下其電壓頻率非常接近額定頻率，有利于保證電能質(zhì)量。

傳統(tǒng)下垂控制中δPf為有功功率-頻率下垂控制的下垂系數(shù)，δQV為無(wú)功功率-電壓下垂控制的下垂系數(shù)，反應(yīng)逆變器輸出有功功率變化與輸出頻率變化的關(guān)系以及逆變器輸出無(wú)功功率變化與輸出電壓變化的關(guān)系，合理設(shè)置δPf和δQV用于控制微電網(wǎng)中各微電源有功功率和無(wú)功功率的合理分配。

其中δPf、δQV定義為

δPf=-ΔfΔP，δQV=-ΔVΔQ（3）

本文仿真模型中改進(jìn)下垂控制環(huán)節(jié)的主要參數(shù)設(shè)置如表2。

5 微電網(wǎng)電能質(zhì)量指標(biāo)分析典型算例

本文研究中，對(duì)微電網(wǎng)負(fù)荷階躍和并離網(wǎng)轉(zhuǎn)換[22]典型算例進(jìn)行仿真。

仿真時(shí)間為0s到3s。模擬了微電網(wǎng)在0s至2s聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，在2s轉(zhuǎn)為獨(dú)立運(yùn)行，在2.5s微電網(wǎng)負(fù)載變化的運(yùn)行情況。

仿真結(jié)果如圖，光伏輸出總有功功率為5+10+18+30=63（kW），微電網(wǎng)在2.5s微電網(wǎng)負(fù)載有功功率由30kW增加到63kW，無(wú)功功率由10kVar增加到50kVar。

配電網(wǎng)功率傳輸正方向定義為由微電網(wǎng)向配電網(wǎng)傳輸為正，圖中0s到2s光伏總功率大于負(fù)載總有功功率情況下，剩余功率被儲(chǔ)能電池吸收;2.5s后光伏總功率與負(fù)載總有功功率基本持平。

整個(gè)過(guò)程中配電網(wǎng)與微電網(wǎng)交換功率保持在很小的數(shù)值（接近零），微電網(wǎng)內(nèi)功率變化由儲(chǔ)能電池來(lái)平衡，有利于在負(fù)載變化時(shí)減小微電網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)的沖擊，也減小連接配電網(wǎng)與微電網(wǎng)的輸電線路的傳輸功率，有利于減小輸電線路上的傳輸功率損耗。

當(dāng)負(fù)載功率數(shù)值較大，儲(chǔ)能放電功率不足以維持微電網(wǎng)功率缺額的情況下，微電網(wǎng)將向微電網(wǎng)輸入功率。圖5為算例中微電網(wǎng)功率平衡情況：微電網(wǎng)負(fù)載=光伏功率+電池1功率+電池2功率-配電網(wǎng)傳輸功率。

算例中，在2s時(shí)刻轉(zhuǎn)為獨(dú)立運(yùn)行微電網(wǎng)電壓暫升約8%，在0.2s內(nèi)恢復(fù)，在2s時(shí)刻微電網(wǎng)負(fù)載變化時(shí)，電壓暫降約4%，在0.1s內(nèi)恢復(fù)，圖6及圖7的交流母線電壓頻率情況說(shuō)明儲(chǔ)能系統(tǒng)迅速發(fā)揮作用，平衡了微電網(wǎng)功率的缺額。

在本算例中，在微電網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行期間，進(jìn)一步加大微電網(wǎng)的有功負(fù)載進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，在2.5s投入的有功負(fù)載總額90kW，其他參數(shù)都不變，微電網(wǎng)中功率平衡情況見(jiàn)圖9，與圖5比較，電池1釋放有功功率，微電網(wǎng)有功負(fù)載由電池1和光伏供給電能。經(jīng)仿真觀測(cè)微電網(wǎng)各項(xiàng)電能指標(biāo)與圖6至圖8所示基本一致。

電壓諧波情況：微電網(wǎng)所帶負(fù)載為線性負(fù)載，運(yùn)行各階段交流母線電壓諧波分量如圖8所示。

6 結(jié) 論

本文設(shè)計(jì)和研究了混合儲(chǔ)能微電網(wǎng)控制系統(tǒng)，并通過(guò)典型算例分析證明了微電網(wǎng)的電壓暫降、頻率波動(dòng)、諧波含量等各項(xiàng)主要電能質(zhì)量指標(biāo)均可以得到保障。如算例的情況下，2s時(shí)刻，微電網(wǎng)運(yùn)行方式有聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)為獨(dú)立運(yùn)行，這是對(duì)微電網(wǎng)擾動(dòng)比較大的過(guò)程，仿真結(jié)果顯示微電網(wǎng)電壓暫升約8%，在0.2s內(nèi)很快恢復(fù)，微電網(wǎng)頻率只上升0.025Hz，約0.01s內(nèi)很快恢復(fù)，交流母線電壓諧波THD為1.28%，遠(yuǎn)小于電網(wǎng)的電壓諧波最大允許值要求（THD為5%）;算例中微電網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行期間，在2.5s時(shí)刻，微電網(wǎng)有功和無(wú)功負(fù)載由額定值增加了一倍以上，電壓暫降約4%，在0.1s內(nèi)恢復(fù)，頻率波動(dòng)上升0.17Hz，在0.15s內(nèi)很快恢復(fù)。在微電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行條件下，電能質(zhì)量各項(xiàng)指標(biāo)很平穩(wěn)。

本文是在微電網(wǎng)負(fù)載為線性負(fù)載的情況下的研究，還需要進(jìn)一步研究的是，微電網(wǎng)內(nèi)帶非線性負(fù)載的條件下，如何采取措施治理諧波電流、電壓。本文還需進(jìn)一步研究配電網(wǎng)發(fā)生短路故障條件下，微電網(wǎng)的電壓跌落情況。是以一個(gè)實(shí)際微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室的結(jié)構(gòu)和設(shè)備為研究對(duì)象，進(jìn)行仿真，對(duì)改善微電網(wǎng)電能質(zhì)量具有實(shí)際意義，其方法結(jié)論可與實(shí)際微電網(wǎng)運(yùn)行情況分析比較，可以開(kāi)展進(jìn)一步的研究。

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（編輯：王 萍）

收稿日期： 2020-10-11

基金項(xiàng)目： 國(guó)家自然科學(xué)基金（51777126）;吉林省電力科學(xué)研究院有限公司科技項(xiàng)目（KY-GS-20-01-06）.

作者簡(jiǎn)介：

王佳蕊（1988—），男，博士，工程師;

谷彩連（1979—），女，博士，講師.

通信作者：

李宏仲（1977—），男，博士，副教授，E-mail：lhz_ab@163.com.

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