微電網(wǎng)背景下電能質(zhì)量分析與治理

周京華，閆天樂(lè)，郭磊軒，章小衛(wèi)

（北方工業(yè)大學(xué)北京市變頻技術(shù)工程技術(shù)研究中心，北京 100144）

微電網(wǎng)是一種將“發(fā)、配、用”有機(jī)結(jié)合的一體化系統(tǒng)，結(jié)合了分布式發(fā)電（distributed generation，DG）、儲(chǔ)能裝置、監(jiān)控和保護(hù)裝置以及各種負(fù)荷，可以實(shí)現(xiàn)自我控制，具備能量管理能力，可以并網(wǎng)或離網(wǎng)運(yùn)行[1]，其典型結(jié)構(gòu)如圖1 所示。同時(shí)，作為能源互聯(lián)網(wǎng)（energy internet，EI）中的重要組成部分，微電網(wǎng)可以使得DG 更加靈活、高效、智能地接入[2]。

圖1 微電網(wǎng)典型結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Typical structure of microgrid

隨著微電網(wǎng)研究的不斷深入以及微電網(wǎng)應(yīng)用規(guī)模的不斷擴(kuò)大，其電源類型、運(yùn)行模式較多，加之DG 間歇性與隨機(jī)性的特征，使得微電網(wǎng)中電能質(zhì)量問(wèn)題與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相比具有特殊性，因此分析微電網(wǎng)電能質(zhì)量問(wèn)題，了解其種類、特性及產(chǎn)生的機(jī)理，是對(duì)其進(jìn)行針對(duì)性治理的重要基礎(chǔ)，治理微電網(wǎng)電能質(zhì)量對(duì)于保證微電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行具有重要意義。

本文對(duì)在微電網(wǎng)中表現(xiàn)更為突出的電壓波動(dòng)等傳統(tǒng)電能質(zhì)量問(wèn)題以及超高次諧波等電能質(zhì)量新問(wèn)題進(jìn)行分類、歸納和總結(jié)，針對(duì)并網(wǎng)、離網(wǎng)條件下分別提出相應(yīng)解決措施，為微電網(wǎng)電能質(zhì)量治理提供參考。

1 微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行特性分析

與傳統(tǒng)電網(wǎng)相比，微電網(wǎng)融合了風(fēng)、光、儲(chǔ)等不同能源形式，運(yùn)行方式更加靈活。微電網(wǎng)大量采用電力電子變換器作為接口裝置，響應(yīng)速度快、功率靈活可控，但大量的電力電子接口裝置導(dǎo)致微電網(wǎng)慣性較弱，更容易受功率波動(dòng)的影響[3]。同時(shí)，微電網(wǎng)具有較小的短路比（short circuit ratio，SCR），表現(xiàn)出弱電網(wǎng)特征[4]。微電網(wǎng)中公共母線與并網(wǎng)逆變器存在一定的電網(wǎng)阻抗，這會(huì)影響并網(wǎng)逆變器的安全穩(wěn)定運(yùn)行和原有并網(wǎng)逆變器參數(shù)，從而導(dǎo)致控制性能變差，也會(huì)削弱原有的阻尼效應(yīng)，導(dǎo)致并網(wǎng)電流畸變。

微電網(wǎng)可以分別運(yùn)行于并網(wǎng)、離網(wǎng)狀態(tài)，并網(wǎng)模式下微電網(wǎng)通過(guò)公共耦合點(diǎn)（point of common coupling，PCC）接入傳統(tǒng)電網(wǎng)。當(dāng)微電網(wǎng)中電能充足時(shí)，一部分供給本地負(fù)荷，其余通過(guò)PCC 傳輸至電網(wǎng)；當(dāng)微電網(wǎng)中能量不足時(shí)，由大電網(wǎng)和微電網(wǎng)共同為微電網(wǎng)負(fù)荷供電。孤島運(yùn)行模式適用于大電網(wǎng)出現(xiàn)故障或獨(dú)立供電情況。

相較于大電網(wǎng)，微電網(wǎng)中傳統(tǒng)電能質(zhì)量問(wèn)題，如電壓波動(dòng)等問(wèn)題更為嚴(yán)重，且PCC 處的電能質(zhì)量會(huì)影響大電網(wǎng)以及微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行[5]。另外，微電網(wǎng)中新能源滲透率逐步提高，電力電子設(shè)備所占比例越來(lái)越大，電力電子技術(shù)的復(fù)雜性和多樣性延伸出一些新的電能質(zhì)量問(wèn)題，如間諧波和超高次諧波[6]。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)微電網(wǎng)的運(yùn)行與控制，逐漸形成了一系列標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范[7]。我國(guó)“十二五”規(guī)劃中明確提出加快社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)，而建設(shè)微電網(wǎng)則可以有效彌補(bǔ)農(nóng)村電網(wǎng)的不足[8-9]；在“十三五”期間28 個(gè)新能源微電網(wǎng)示范項(xiàng)目獲批[10]；國(guó)務(wù)院辦公廳2020 年11 月印發(fā)的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021 年—2035 年）》明確指出，鼓勵(lì)“光儲(chǔ)充放”多功能綜合一體站建設(shè)，也有力推動(dòng)了微電網(wǎng)發(fā)展[11]。

2 微電網(wǎng)電能質(zhì)量突出問(wèn)題

2.1 電壓偏差

大電網(wǎng)中電壓偏差多利用并聯(lián)電容器組和靜止同步補(bǔ)償器/靜止無(wú)功發(fā)生器（static synchronous compensator/static var generator，STATCOM/SVG）進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償調(diào)節(jié)。微網(wǎng)中DG 的功率因數(shù)介于超前0.98 至滯后0.98 之間，大規(guī)模負(fù)荷投切出現(xiàn)或者負(fù)荷比重發(fā)生較大變化時(shí)，微電網(wǎng)中更容易出現(xiàn)電壓偏差[12]?！段㈦娋W(wǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》表明，并網(wǎng)模式下微電網(wǎng)PCC 處電壓偏差、孤島模式下微電網(wǎng)向內(nèi)部負(fù)載提供電能均應(yīng)滿足GB/T 12325 的要求[13]：20 kV 及以下PCC 電壓偏差應(yīng)不超過(guò)標(biāo)稱電壓的±7%。

電壓偏差可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的供電電壓偏離額定電壓，設(shè)備工作在非額定狀態(tài)下會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行性能惡化甚至損壞，電壓偏差也可使一些敏感負(fù)荷停機(jī)。此外，微電網(wǎng)與大電網(wǎng)在并/離網(wǎng)切換過(guò)程中，PCC 處電壓偏差也可能導(dǎo)致切換失敗，影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。

2.2 頻率偏差

為保證電氣設(shè)備可靠的運(yùn)行，頻率應(yīng)維持在工頻狀態(tài)下。大電網(wǎng)中由于發(fā)電機(jī)的慣性較大，當(dāng)頻率偏差出現(xiàn)時(shí)，可以通過(guò)發(fā)電機(jī)和主調(diào)頻廠進(jìn)行調(diào)頻。而微電網(wǎng)頻率偏差較大的原因在于：1）微電網(wǎng)容量小、慣性較弱，易受沖擊負(fù)荷的影響導(dǎo)致頻率偏差；2）DG 中可調(diào)節(jié)余量不足導(dǎo)致頻率偏差；3）微電網(wǎng)和大電網(wǎng)交換功率時(shí)可能出現(xiàn)頻率偏差[12]。《微電網(wǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》表明并網(wǎng)模式下微電網(wǎng)頻率響應(yīng)時(shí)間要求如表1 所示。頻率偏差應(yīng)在孤島運(yùn)行模式下滿足GB/T 15945 的要求[13]：由于沖擊負(fù)荷導(dǎo)致的系統(tǒng)頻率偏差的允許范圍應(yīng)限制在±0.2 Hz，不超過(guò)300 MW 的小容量電力系統(tǒng)頻率偏差的允許范圍應(yīng)限制在±0.5 Hz。

表1 微電網(wǎng)的頻率響應(yīng)時(shí)間要求Tab.1 Time response of microgrid frequency

2.3 電壓暫降

電壓暫降通常是由電源故障或者負(fù)載短路故障引起的。微電網(wǎng)中DG 隨機(jī)性較大，在各種類型負(fù)荷和DG 的共同作用下，電壓暫降較為嚴(yán)重。電壓暫降嚴(yán)重威脅工業(yè)園區(qū)內(nèi)如數(shù)據(jù)中心等敏感性負(fù)載的正常運(yùn)行。

2.4 電壓波動(dòng)/閃變

微電網(wǎng)中DG 輸出功率的隨機(jī)性與波動(dòng)性會(huì)導(dǎo)致電壓波動(dòng)/閃變，且電壓波動(dòng)與功率波動(dòng)劇烈程度成正比[14]。另外，慣性較小的微電網(wǎng)可能會(huì)受到負(fù)載投切的影響導(dǎo)致線路阻抗變化，進(jìn)而引起電壓波動(dòng)[15]?！段㈦娋W(wǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》表明，并網(wǎng)模式下微電網(wǎng)PCC處電壓偏差、孤島模式下微電網(wǎng)向內(nèi)部負(fù)載提供電能均應(yīng)滿足GB/T 12326 的要求[13]：對(duì)于不大于35 kV 的中低壓系統(tǒng)，電壓波動(dòng)頻度r分別處于r≤1，1＜r≤10，10＜r≤100 和100＜r≤1 000 時(shí)，PCC 電壓波動(dòng)限值分別為4%，3%，2%和1.25%。

2.5 三相不平衡

微電網(wǎng)中存在各種類型的負(fù)載，其中三相不對(duì)稱負(fù)載會(huì)導(dǎo)致微電網(wǎng)出現(xiàn)三相不平衡問(wèn)題，此外，單相微電源并入電網(wǎng)會(huì)向某一相單獨(dú)注入功率，引起不平衡現(xiàn)象[16]?！段㈦娋W(wǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》表明，并網(wǎng)模式下微電網(wǎng)PCC 處電壓偏差、孤島模式下微電網(wǎng)向內(nèi)部負(fù)載提供電能均應(yīng)滿足GB/T 15543 的規(guī)定[13]：PCC 處三相電壓不平衡度限制在2%以內(nèi)，短時(shí)應(yīng)限制在4%以內(nèi)；其中分布式發(fā)電導(dǎo)致的PCC 三相電壓不平衡度應(yīng)小于等于1.3%，短時(shí)應(yīng)小于等于2.6%。

微電網(wǎng)中三相電壓、電流不平衡會(huì)產(chǎn)生大量負(fù)序、零序電流，可能導(dǎo)致敏感負(fù)荷的異常運(yùn)行，甚至損壞。孤島運(yùn)行模式下，三相不平衡可能會(huì)造成微電網(wǎng)系統(tǒng)失穩(wěn)。

2.6 諧波、間諧波、超高次諧波

微電網(wǎng)諧波主要來(lái)源為大量非線性負(fù)載和電力電子設(shè)備，特別是大量并網(wǎng)逆變器的應(yīng)用會(huì)導(dǎo)致在PCC 處產(chǎn)生諧波[17]。諧波會(huì)導(dǎo)致波形畸變、增大功率損耗、降低功率因數(shù)，同時(shí)微電網(wǎng)總負(fù)荷電流中諧波電流所占比例提高會(huì)引起公共交流母線饋線阻抗不匹配，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。

間諧波的頻率可能為諧波之間的某一頻率分量，即基波頻率的非整數(shù)次倍數(shù)的擾動(dòng)分量。隨著微電網(wǎng)中風(fēng)電、光伏等新能源發(fā)電滲透率及電力電子化所占比例越來(lái)越大，間諧波引發(fā)的工程問(wèn)題越來(lái)越多[18]，如我國(guó)沽源風(fēng)電場(chǎng)出現(xiàn)了6～8 Hz頻率時(shí)變得振蕩；我國(guó)新疆某地的大型直驅(qū)風(fēng)電場(chǎng)出現(xiàn)頻率時(shí)變的間諧波，多次引起當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的電壓波動(dòng)與閃變。

《微電網(wǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》表明，并網(wǎng)模式下微電網(wǎng)PCC 處孤島模式下微電網(wǎng)向內(nèi)部負(fù)載提供電能均應(yīng)滿足GB/T 14549 的要求[13]：380 V 電網(wǎng)條件下，電壓總諧波畸變率不得超過(guò)5%，奇次諧波不得超過(guò)4%，偶次諧波不得超過(guò)2%。微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)間諧波應(yīng)滿足GB/T 24337的要求[13]。

超高次諧波是指2～150 kHz 范圍內(nèi)的諧波。隨著新能源的大力推廣，風(fēng)電變換器、光伏逆變器、電動(dòng)汽車充電樁等設(shè)備滲透率提高，再加上各種開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用以及SiC，GaN 等新型開(kāi)關(guān)器件的發(fā)展，微電網(wǎng)中電力電子設(shè)備的開(kāi)關(guān)頻率可高達(dá)幾十kHz，甚至更高，由此導(dǎo)致微電網(wǎng)中超高次諧波問(wèn)題日益嚴(yán)峻[19]。超高次諧波會(huì)引起系統(tǒng)超高次諧振、電氣設(shè)備異常（如電動(dòng)汽車充電中斷）以及造成通信故障等問(wèn)題。

3 微電網(wǎng)電能質(zhì)量治理措施

微電網(wǎng)電能質(zhì)量治理可以采用無(wú)源濾波器或有載調(diào)壓變壓器等，除此之外，還包括基于電力電子技術(shù)的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)設(shè)備，如有源電力濾波器（active power filter，APF）、動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（dynamic voltage restorer，DVR）、靜止同步補(bǔ)償器/靜止無(wú)功發(fā)生器（STATCOM/SVG）等設(shè)備，此類設(shè)備多針對(duì)某一電能質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行單獨(dú)治理，從經(jīng)濟(jì)性及治理效果上不具有最優(yōu)解，考慮到儲(chǔ)能裝置在調(diào)節(jié)電網(wǎng)有功功率時(shí)通常有容量冗余，甚至某時(shí)間段閑置，故可利用其剩余容量進(jìn)行電能質(zhì)量治理[20]。另外，統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器（unified power quality conditioner，UPQC）、多功能并網(wǎng)逆變 器（multi-functional grid-connected inverter，MFGCI）等可對(duì)電能質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行綜合治理。

3.1 電壓偏差治理

針對(duì)微電網(wǎng)并網(wǎng)中電壓偏差，可利用其中已經(jīng)存在的電力電子變換器，通過(guò)控制策略實(shí)現(xiàn)電壓偏差治理。文獻(xiàn)[21]針對(duì)孤島運(yùn)行模式下微電網(wǎng)中負(fù)載變化導(dǎo)致的電壓偏差，采用基于擾動(dòng)觀測(cè)器的雙向AC/DC 換流器電壓波動(dòng)控制策略，對(duì)外界干擾量快速跟蹤，以提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能與穩(wěn)定性，從而有效抑制電壓偏差。文獻(xiàn)[22]基于一種自適應(yīng)可調(diào)模糊粒子群算法，以有功損耗、總電壓偏差和電壓穩(wěn)定性指標(biāo)為目標(biāo)函數(shù)，通過(guò)無(wú)功優(yōu)化的調(diào)度實(shí)現(xiàn)有功損耗與總電壓偏差最小。

3.2 頻率偏差治理

微電網(wǎng)中出現(xiàn)頻率偏差的主要原因是新能源發(fā)電系統(tǒng)慣性較低。文獻(xiàn)[23]在虛擬同步發(fā)電機(jī)（virtual synchronous generator，VSG）的基礎(chǔ)上，采用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，在不同階段自適應(yīng)選擇參數(shù)，從而控制雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組中的虛擬慣量，減小外界干擾下的頻率偏差。此外，近年來(lái)電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)接入電網(wǎng)數(shù)目越來(lái)越多，可利用電動(dòng)汽車作為移動(dòng)儲(chǔ)能裝置進(jìn)行微電網(wǎng)調(diào)頻，文獻(xiàn)[24]提出一種電動(dòng)汽車參與孤島運(yùn)行的微電網(wǎng)輔助調(diào)頻充放電控制策略，利用頻率差額以及目前電動(dòng)汽車荷電狀況調(diào)節(jié)充放電功率指令，利用VSG 控制電動(dòng)汽車的充放電操作，使電動(dòng)汽車參與微電網(wǎng)調(diào)頻并抑制頻率偏差。

3.3 電壓暫降治理

電壓暫降治理通常采用固態(tài)快速切換開(kāi)關(guān)（solid-state transfer switch，SSTS），DVR 和STATCOM等電力電子設(shè)備。SSTS通過(guò)切換暫降線路，將敏感負(fù)載快速、可靠地切換至備用電源。DVR通過(guò)串聯(lián)儲(chǔ)能元件補(bǔ)償電壓，保持電壓穩(wěn)定，但其治理效果受負(fù)荷容量影響。針對(duì)微電網(wǎng)中DVR 單獨(dú)使用無(wú)容量受限的情況，文獻(xiàn)[25]將配備蓄電池的儲(chǔ)能系統(tǒng)通過(guò)Buck 電路與DVR 進(jìn)行連接，通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)為DVR 提供足夠的能量，從而抑制電壓暫降現(xiàn)象，確保微電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定。

3.4 電壓波動(dòng)治理

微電網(wǎng)中光伏、風(fēng)電等能源并網(wǎng)場(chǎng)景下電壓波動(dòng)主要與電源出力引起有功功率的波動(dòng)有關(guān)，因此可通過(guò)引入儲(chǔ)能裝置平抑波動(dòng)或者通過(guò)對(duì)波動(dòng)量快速跟蹤、補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓波動(dòng)治理。

由于風(fēng)電發(fā)電、光伏發(fā)電易受外界條件影響，導(dǎo)致電壓波動(dòng)，文獻(xiàn)[26]采用一種改進(jìn)粒子群算法對(duì)蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中的有功功率和無(wú)功功率進(jìn)行控制，減小外界干擾對(duì)功率穩(wěn)定性的影響，從而抑制微電網(wǎng)電壓波動(dòng)。對(duì)于微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)，大型沖擊性負(fù)載的接入引起的電壓波動(dòng)，文獻(xiàn)[21]提出一種能夠快速跟蹤DG 出力和負(fù)荷功率變化等擾動(dòng)量的電壓觀測(cè)器，應(yīng)用于雙向AC/DC變流器母線，提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能和魯棒性。文獻(xiàn)[27]基于相位空間法，提出電壓波動(dòng)控制策略，其基本原理為通過(guò)快速跟蹤負(fù)載電壓幅值的變化，進(jìn)行補(bǔ)償，從而抑制PCC電壓波動(dòng)。

3.5 三相不平衡治理

微電網(wǎng)電源故障或者三相負(fù)載不平衡均可能產(chǎn)生三相不平衡現(xiàn)象，其治理主要通過(guò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或控制策略的優(yōu)化、安裝SVG 等電能質(zhì)量治理裝置或引入儲(chǔ)能設(shè)備實(shí)現(xiàn)。

針對(duì)交直流混合微網(wǎng)三相不平衡問(wèn)題，文獻(xiàn)[28]在直流微網(wǎng)內(nèi)采用分段下垂的自治分布儲(chǔ)能系統(tǒng)，通過(guò)相間功率交換以及直流儲(chǔ)能調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)三相負(fù)載功率平衡。文獻(xiàn)[29]采用多變流器并聯(lián)+z型接地變壓器結(jié)構(gòu)的變流器，提出一種基于正序旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的PI+VPI控制策略，對(duì)由于不平衡負(fù)荷造成的輸出電壓不平衡進(jìn)行補(bǔ)償，進(jìn)而保證設(shè)備的供電質(zhì)量。由于大量不平衡負(fù)載導(dǎo)致微電網(wǎng)三相電壓不平衡，文獻(xiàn)[30]針對(duì)微電網(wǎng)孤島運(yùn)行模式，提出一種基于虛擬阻抗的電壓不平衡補(bǔ)償策略，引入虛擬負(fù)序阻抗補(bǔ)償負(fù)序電流，通過(guò)解耦的控制算法分別獨(dú)立控制正序和負(fù)序分量。

3.6 諧波治理

諧波治理可采用無(wú)源濾波器和APF 方案，其中無(wú)源治理方案連接方式簡(jiǎn)單、成本較低，但只能對(duì)特定次諧波進(jìn)行濾除，無(wú)法對(duì)變化的諧波進(jìn)行針對(duì)性濾除，靈活性不好。APF 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)性好、準(zhǔn)確度高，且可以對(duì)特定次諧波進(jìn)行濾除，靈活性高，但易受電網(wǎng)參數(shù)影響，易因過(guò)載而退出運(yùn)行。針對(duì)微電網(wǎng)因電網(wǎng)阻抗過(guò)大以及相鄰微電網(wǎng)距離不可忽略時(shí)傳統(tǒng)APF 的補(bǔ)償性能不佳的問(wèn)題，文獻(xiàn)[31]提出一種基于諧波阻抗匹配的治理方案，通過(guò)檢測(cè)線路中點(diǎn)的諧波電壓，協(xié)調(diào)控制APF 諧波阻抗，并根據(jù)諧波含量自動(dòng)調(diào)節(jié)線路兩端諧波阻抗相角，在電網(wǎng)阻抗較大時(shí)，也能對(duì)諧波進(jìn)行有效補(bǔ)償。文獻(xiàn)[32]提出一種基于模糊控制的諧波放大效應(yīng)抑制策略，采用mamdani模糊模型求得電流補(bǔ)償率最佳值，以解決諧波治理效果與諧波放大效應(yīng)二者的矛盾。

另外，儲(chǔ)能變流器和光伏并網(wǎng)變流器也可用于微電網(wǎng)諧波治理，由于其結(jié)構(gòu)具有相似性，合理利用其剩余容量，通過(guò)控制策略的優(yōu)化，無(wú)需單獨(dú)配置APF 即可實(shí)現(xiàn)有源濾波功能，可以降低諧波治理成本，經(jīng)濟(jì)性較好。文獻(xiàn)[33]在光伏并網(wǎng)新能源發(fā)電系統(tǒng)中集成有源濾波控制，考慮兩者結(jié)構(gòu)的相似性，通過(guò)控制策略的優(yōu)化，完成光伏發(fā)電并網(wǎng)的基礎(chǔ)功能外，達(dá)成補(bǔ)償無(wú)功及諧波電流的目的。

我走下了樓，大雨沒(méi)有減弱的態(tài)勢(shì)，仿佛可以一直持續(xù)很久。讓我想起了圣經(jīng)中，上帝毀滅地上罪孽，降下的四十日四十夜的大雨。

3.6.1 間諧波治理

間諧波的頻譜分布分散，無(wú)源濾波治理方案只能對(duì)特定頻段間諧波進(jìn)行抑制，整體治理效果較差，而若對(duì)所有頻率的間諧波進(jìn)行濾除則成本較高，因此多采用APF 對(duì)間諧波進(jìn)行濾除。諧波電流的檢測(cè)精度大大影響APF 的工作性能，文獻(xiàn)[34]針對(duì)工作時(shí)含有間諧波的APF，提出一種基于改進(jìn)的滑窗離散傅里葉變換的諧波檢測(cè)算法，解決了間諧波檢測(cè)計(jì)算量大與數(shù)字控制器計(jì)算能力有限的矛盾。

3.6.2 超高次諧波治理

光伏逆變器等電力電子裝置引起的超高次諧波頻率主要與開(kāi)關(guān)頻率有關(guān)，因此超高次諧波的治理可從裝置自身和后期治理兩個(gè)方面考慮[19]。從裝置自身考慮，可以通過(guò)優(yōu)化電力電子器件開(kāi)關(guān)頻率，減少超高次諧波的原生發(fā)射；從后期治理考慮，可通過(guò)加裝超高次諧波抑制裝置[7]。文獻(xiàn)[35]采用LCL 三階濾波器，通過(guò)此濾波器的電容支路消除并網(wǎng)電流中存在的諧波，通過(guò)適當(dāng)?shù)膮?shù)設(shè)計(jì)，可以減少并網(wǎng)系統(tǒng)中超高次諧波。針對(duì)變頻器、開(kāi)關(guān)電源等大規(guī)模接入向電網(wǎng)注入超高次諧波，文獻(xiàn)[36]提供一種超高次諧波矩陣濾波器的設(shè)計(jì)方法，對(duì)超高次諧波進(jìn)行濾除的同時(shí)，可避免諧波諧振放大以及超高次諧波在配網(wǎng)中的交互影響。

3.7 電能質(zhì)量綜合治理

微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)及運(yùn)行方式具有特殊性，故其中往往同時(shí)存在多種電能質(zhì)量問(wèn)題，若僅僅針對(duì)單一問(wèn)題分別采取多種治理裝置方案，存在多設(shè)備協(xié)調(diào)控制復(fù)雜的問(wèn)題，且成本較高，因此有必要對(duì)其進(jìn)行綜合治理[37]。

為解決新能源發(fā)電隨機(jī)性與波動(dòng)性帶來(lái)的電能質(zhì)量問(wèn)題，近些年有學(xué)者提出電力彈簧（electric spring，ES）的方案，其原理為將關(guān)鍵負(fù)載上電壓波動(dòng)轉(zhuǎn)移到非關(guān)鍵負(fù)載上，通過(guò)負(fù)載的動(dòng)態(tài)平衡，保證關(guān)鍵負(fù)載上電壓滿足規(guī)定值。文獻(xiàn)[38]在非理想電網(wǎng)條件下，利用粒子群算法修正偏差信息，通過(guò)ES提高關(guān)鍵負(fù)載上電能質(zhì)量。文獻(xiàn)[39]在傳統(tǒng)ES 的基礎(chǔ)上提出一種主動(dòng)電力彈簧（active electric spring，AES），采用雙極性直接式AC-AC變換器拓?fù)?，主?dòng)調(diào)節(jié)負(fù)載電壓。

針對(duì)微電網(wǎng)中電能質(zhì)量問(wèn)題的綜合治理，總體上具有兩種思路。其一，安裝具有綜合治理能力的裝置，如UPQC 具有串聯(lián)變流器和并聯(lián)型有源電力濾波器的功能，可以對(duì)大部分電能質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行治理，但由于傳統(tǒng)的UPQC 自身不損耗有功功率，也不發(fā)出有功功率，無(wú)法治理與有功功率相關(guān)的電能質(zhì)量問(wèn)題。對(duì)此，需要對(duì)UPQC 進(jìn)行優(yōu)化，將其與光伏、儲(chǔ)能等其他單元結(jié)合的方案，采用儲(chǔ)能單元的“削峰填谷”功能，實(shí)現(xiàn)與有功功率相關(guān)的電能質(zhì)量問(wèn)題的治理[40]，結(jié)合動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快的儲(chǔ)能單元如超級(jí)電容，利用光伏等新能源發(fā)電發(fā)出的多余能量，對(duì)不同電能質(zhì)量問(wèn)題生成與之對(duì)應(yīng)的控制指令，實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量問(wèn)題的統(tǒng)一治理。其二，進(jìn)一步利用微電網(wǎng)大量已經(jīng)存在的并網(wǎng)逆變器的硬件條件，無(wú)需額外配置新的硬件補(bǔ)償設(shè)備，僅僅通過(guò)控制策略的優(yōu)化與調(diào)整，綜合治理電能質(zhì)量問(wèn)題。單一控制策略或治理裝置僅能針對(duì)部分電能質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行治理，在實(shí)際工程應(yīng)用中存在不足，對(duì)此，文獻(xiàn)[40]提出一種兩相靜止坐標(biāo)系下基于VPI 控制器的改進(jìn)型APF 分頻電流控制策略，與其他類型的指定次諧波電流控制策略相比，參數(shù)調(diào)節(jié)容易且處理器資源占用較少，能夠?qū)Ω鞔沃C波電流中的不平衡成分進(jìn)行濾除，且補(bǔ)償精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)迅速。此外，實(shí)際工程應(yīng)用中，為了克服DG 隨機(jī)性與波動(dòng)性問(wèn)題，并網(wǎng)逆變器安裝容量偏大且運(yùn)行時(shí)存在剩余功率，如MFGCI可以利用微電網(wǎng)中新能源發(fā)電的功率余量，對(duì)微電網(wǎng)內(nèi)的諧波和無(wú)功電流等電能質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行治理[41]，例如在傳統(tǒng)的恒功率PQ控制中加入諧波抑制功能，從而得到具有有源濾波功能的MFGCI。

4 結(jié)論

本文對(duì)微電網(wǎng)中更加突出的傳統(tǒng)電能質(zhì)量問(wèn)題以及新問(wèn)題的種類、特性及產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行分類總結(jié)，概述綜合電能質(zhì)量問(wèn)題的控制策略以及治理措施，對(duì)比分析不同策略優(yōu)缺點(diǎn)，為微電網(wǎng)背景下電能質(zhì)量綜合治理提供參考。

目前，智能電網(wǎng)（smart grid，SG）不斷發(fā)展，微電網(wǎng)作為SG 的重要組成部分，將緊隨其發(fā)展趨勢(shì)，并結(jié)合大數(shù)據(jù)、AI 和深度學(xué)習(xí)等逐步走向智能化，微電網(wǎng)中的電能質(zhì)量治理也將從“先污染，后治理”走向“提前、主動(dòng)治理”，從單一治理走向綜合性、集成化的綜合電能質(zhì)量治理。