多源協(xié)同的微電網(wǎng)電能質(zhì)量動態(tài)補償控制研究

王惠娟 陸樂

摘要：本文介紹了多元協(xié)同微電網(wǎng)電能質(zhì)量動態(tài)補償?shù)囊饬x、微電網(wǎng)微源及控制策略模型的構(gòu)建方法、微電網(wǎng)電能補償控制策略，以期在新能源技術(shù)穩(wěn)定推進(jìn)的同時，切實保證電網(wǎng)系統(tǒng)供電的安全性與穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：多元協(xié)同;微電網(wǎng);電能質(zhì)量;動態(tài)補償控制

引言

能源是當(dāng)前社會經(jīng)濟發(fā)展不可或缺的基礎(chǔ)，受現(xiàn)階段全球溫室效應(yīng)、化石能源枯竭等問題的影響，能源轉(zhuǎn)型問題受到了人們的廣泛關(guān)注，在此過程中，分布范圍廣、來源清潔環(huán)保的新能源得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)階段，為切實提升新能源的應(yīng)用質(zhì)量，相關(guān)工作人員需要強化對多元協(xié)同的微電網(wǎng)電能質(zhì)量動態(tài)補償控制工作的研究。

一、多元協(xié)同微電網(wǎng)電能質(zhì)量動態(tài)補償?shù)囊饬x

近年來，為更好地滿足人們對電力資源的需要，風(fēng)電、水電等新能源得到了人們的廣泛歡迎，并且這些能源在應(yīng)用過程中不僅能夠進(jìn)一步提升資源的利用率，還能減少火力電廠發(fā)電的成本，將新能源作為當(dāng)前電網(wǎng)系統(tǒng)的補充，在節(jié)能減排的同時，可以更好地保護自然資源。在當(dāng)前的社會發(fā)展過程中，分布式發(fā)電技術(shù)因具有能源形式多樣、不受地理環(huán)境限制、適用于交流與直流電網(wǎng)等優(yōu)點成為當(dāng)前新型輸配電工作的關(guān)注重點之一，微電網(wǎng)作為對多種分布式微源發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行整合的一種發(fā)配電系統(tǒng)，在實際應(yīng)用過程中，不僅能夠獨立運行，還能參與到局部區(qū)域配電網(wǎng)的能量負(fù)荷調(diào)節(jié)工作當(dāng)中。但需要注意的是，當(dāng)前新能源電網(wǎng)體系受其地理位置的影響，較為分散，孤島能力較差，在當(dāng)前微電網(wǎng)控制力不斷增強的背景下，分布式新能源接入電網(wǎng)會導(dǎo)致微電網(wǎng)中電力電子變流器變得更為脆弱，現(xiàn)階段，為切實解決上述問題，對多元協(xié)同的微電網(wǎng)電能質(zhì)量進(jìn)行動態(tài)補償成為一項極為重要的工作[1]。

二、微電網(wǎng)微源及控制策略模型的構(gòu)建方法

現(xiàn)階段，微電網(wǎng)三相電壓時域函數(shù)一般用正弦量或者余弦量表示，并且在三相正弦電壓波形在時間與空間上均差了120°，這種情況的出現(xiàn)使得三相交流電能夠產(chǎn)生勻速旋轉(zhuǎn)的磁場，帶動發(fā)電機的轉(zhuǎn)動。其具體公式為

式中ua、ub、uc分別表示a、b、c三相電壓的瞬時值;Um指的是三相電壓的峰值;θ指的是角頻率在時間上的積分值，θ=2πf（t）dt，其中f指的是系統(tǒng)頻率。

在當(dāng)前的計算過程中，為降低三相交流電電壓的數(shù)學(xué)分析控制，相關(guān)工作人員往往用旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)代替靜態(tài)坐標(biāo)，具體來說，現(xiàn)階段，若在傳統(tǒng)的PI控制中，用旋轉(zhuǎn)的d、q軸靜止直流信號量代替變化的a、b、c靜軸交流信號量，可以進(jìn)一步提升PI控制跟蹤性能。具體坐標(biāo)變化公式為udq0=R（θ）uabc式中的udq0=[ud，uq，u0]其中的ud、uq與u0分別指電壓的d軸、q軸與0軸，uabc=[ua，ub，uc]其中的ua、ub與uc分別指電壓的a軸、b軸與c軸，經(jīng)過整理可以得出矩陣R（θ）應(yīng)滿足的關(guān)系式為

從電壓信號的角度來看，電能質(zhì)量問題主要可以分成電壓基波量與電壓擾動量兩部分，若系統(tǒng)符合疊加原理的要求，那么可以近似將電壓波形看作是由電壓基波與電壓擾動量進(jìn)行疊加形成的，考慮到當(dāng)前微電網(wǎng)中的電能質(zhì)量問題主要可以分成電壓波動、諧波以及不平衡三類問題，那么可以用如下公式表示電壓三項時域函數(shù)。

式中，δ指的是基波電壓角度，δh指的是諧波分量電壓角度，δu指的是負(fù)序分量電壓角度;Up指的是電壓幅值的波動值，Uh指的是對應(yīng)諧波次數(shù)的諧波分量值，Uu指的是負(fù)序分量值;h指的是諧波次數(shù);n指的是最大諧波次數(shù)。若將電能質(zhì)量問題公式轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)體系，那么公式應(yīng)為

式中k為正整數(shù)，在dq軸中，電壓基波量是恒定值，其他電能質(zhì)量問題都是非基波量，在計算過程中，可以將其近似看作是由擾動問題引起?，F(xiàn)階段，在PI控制器中，比例環(huán)節(jié)可以加快控制器相響應(yīng)與跟隨動態(tài)擾動，積分環(huán)節(jié)可以用于提高穩(wěn)態(tài)精度，當(dāng)系統(tǒng)中含有正弦電壓時，比例環(huán)節(jié)將無法完全消除，同時盡管積分環(huán)節(jié)能夠消除一定量的直流靜差，但無法消除正弦量誤差[2]。

三、微電網(wǎng)電能動態(tài)補償控制策略

（一）微電網(wǎng)上層控制

由于微電網(wǎng)的底層時間尺度較短，因此可以對電壓進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，提升電壓的穩(wěn)定性，一般情況下，微電網(wǎng)的底層控制質(zhì)量與傳感器與控制器設(shè)計情況直接相關(guān)。同時，當(dāng)前微電網(wǎng)的上層主要負(fù)責(zé)調(diào)整穩(wěn)態(tài)功率的流向，因此，在實際應(yīng)用過程中可以采用集中控制的方法，借助遠(yuǎn)程通信手段提升電網(wǎng)系統(tǒng)的經(jīng)濟性與穩(wěn)定性。具體來說，當(dāng)前微電網(wǎng)底層控制過程中，相關(guān)工作人員可以應(yīng)用下垂控制的方式，控制兩個主微源，應(yīng)用最大功率或者恒定功率控制從微源，上層則用從黑啟動到穩(wěn)定運行再到并離網(wǎng)的順序進(jìn)行控制。

（二）擾動分配控制

微電網(wǎng)系統(tǒng)是一個復(fù)雜的并聯(lián)系統(tǒng)，并聯(lián)系統(tǒng)間存在環(huán)流影響，現(xiàn)階段，為進(jìn)一步提升微電網(wǎng)的供電質(zhì)量，相關(guān)工作人員可以將動態(tài)補償策略應(yīng)用到微電網(wǎng)底層單臺變流器當(dāng)中，對其電壓進(jìn)行補償。具體來說，在實際工作過程中，補償器的補償量主要是因擾動電流引起的電壓變化量，在當(dāng)前新能源推廣的過程中，多臺逆變器與微電網(wǎng)并聯(lián)，這種電壓經(jīng)過可忽略的電路時，導(dǎo)致的電壓變化與公共母線電壓變化相類似?，F(xiàn)階段，為切實降低這種變化產(chǎn)生的影響，相關(guān)工作人員可以在逆變器與微電網(wǎng)并聯(lián)時利用多臺擾動補償器之間的耦合作用，對母線電壓加以補償，從而達(dá)到抑制電壓變化的作用[3]。

（三）控制策略仿真驗證

在進(jìn)行多元協(xié)同微電網(wǎng)電能質(zhì)量動態(tài)補償研究的過程中，為切實了解補償工作的質(zhì)量，相關(guān)工作人員需要對微電網(wǎng)的主微源、從微源補償效果進(jìn)行仿真驗證，切實保證底層控制與上層控制的有效性。

結(jié)論

總而言之，盡管在當(dāng)前的社會發(fā)展過程中，微電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，分布式電源并網(wǎng)的數(shù)量也不斷增加，但由于成為的容量相對較小，在運行過程中易受隨機性波動的影響，降低電力資源供應(yīng)的穩(wěn)定性，現(xiàn)階段，為切實保障微電網(wǎng)的工作質(zhì)量，對其電能質(zhì)量進(jìn)行動態(tài)補償控制成為了一項必要的工作。

參考文獻(xiàn)

[1]石向一.基于魯棒殘差生成器的微電網(wǎng)并聯(lián)變流器分散動態(tài)補償控制策略[D].北方工業(yè)大學(xué)，2021.

[2]張悅.多源協(xié)同的微電網(wǎng)電能質(zhì)量動態(tài)補償控制[D].北方工業(yè)大學(xué)，?2021.

[3]胡長斌，羅珊娜，史運濤，等.基于魯棒殘差觀測器的分布式電網(wǎng)動態(tài)補償控制[J].電網(wǎng)技術(shù)，2020，44（05）：1834-1844.