探究微電網(wǎng)電能質(zhì)量控制策略

杜明霄，鹿存鵬

（徐州三新供電服務(wù)有限公司賈汪分公司，江蘇 徐州 221000）

0 引言

隨著時代的發(fā)展、社會的進步，在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中微電網(wǎng)的作用變得越來越重要，也得到了廣泛的應(yīng)用。但是，影響微電網(wǎng)運行質(zhì)量的因素較多，如自我保護系統(tǒng)、自我管理系統(tǒng)等。要想確保微電網(wǎng)的有序運行，使其電能質(zhì)量得到提升，就需要對微電網(wǎng)電能質(zhì)量開展多角度深層次的探索，并進一步提出有效的控制策略。

1 微電網(wǎng)運行模式分類

1.1 主從式

主從式控制方法主要是在微電網(wǎng)處在孤島的狀態(tài)中運行。這個時候，微電網(wǎng)的電源分為了兩個部分，分別是從屬部分和主要部分。一般主要部分由傳統(tǒng)的化石能源發(fā)電機或是大容量蓄電池替代，保持VF 控制模式，盡可能使電力系統(tǒng)的頻率和電壓穩(wěn)定。而從屬部分主要由沼氣、風(fēng)電和光伏電源替代，如圖1 所示[1]。

圖1 PQ 控制結(jié)構(gòu)

1.2 對等式

對等式控制模式?jīng)]有次要之分。在微電網(wǎng)系統(tǒng)中，根據(jù)自身的特點選擇相應(yīng)的工作方式，不同的電源不需要聯(lián)絡(luò)線通信，采用的是“即插即用”的方法，與USB 接口類似。一般情況下該方法使用下垂控制模式。利用對應(yīng)負荷關(guān)系得到它的控制狀態(tài)[2]，如圖2 所示。

圖2 下垂控制結(jié)構(gòu)

1.3 分層式

分層控制模式是在主從控制和對等控制模式的基礎(chǔ)上，為了使微網(wǎng)協(xié)調(diào)微源控制的水平得到提升，增加的一種頂層能量控制層。相比于集中式的能量管理來說，該模式具有的優(yōu)勢就是有比較強的通信協(xié)作能力、主動積極性、響應(yīng)性和自治性。

2 微電網(wǎng)電能質(zhì)量現(xiàn)存問題

2.1 電壓偏差

微電網(wǎng)中的電壓出現(xiàn)偏差的現(xiàn)象，與負荷無功功率波動有非常緊密的關(guān)系。同時，電源輸出無功功率的擾動，也會影響到節(jié)點電壓出現(xiàn)波動。當微電網(wǎng)處于孤島運行時，會出現(xiàn)微電網(wǎng)功率調(diào)節(jié)能力弱和電壓偏差的現(xiàn)象。

2.2 頻率偏差

微電網(wǎng)保持在并網(wǎng)狀態(tài)下時，電力系統(tǒng)的工作狀態(tài)與電能質(zhì)量的聯(lián)系是非常密切的。如果開關(guān)控制發(fā)生變化，會對電能的質(zhì)量產(chǎn)生較大影響。因此，為了確保電能頻率不會出現(xiàn)較大偏差，需要保持微電網(wǎng)調(diào)頻在一定范圍內(nèi)，從而保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

2.3 三相電壓不平衡

微電網(wǎng)在運行時普遍存在的一個質(zhì)量問題就是三相電壓不平衡。當微電網(wǎng)處在并網(wǎng)狀態(tài)時，就會出現(xiàn)不平衡運行的方式，使電流出現(xiàn)零序或是負序的問題，導(dǎo)致微電網(wǎng)的電能質(zhì)量受到影響。

3 微電網(wǎng)電能質(zhì)量的控制策略

3.1 電壓偏差控制

微電網(wǎng)在開展并網(wǎng)工作的過程中，電壓偏差要滿足表1 中的電壓偏差限制表。在對各母線和DG 容量限制充分進行考慮的基礎(chǔ)上，盡可能滿足不同的電能質(zhì)量要求，可以實施電壓分布式控制算法，給予足夠的功率支撐，使系統(tǒng)電壓偏差降低。有相關(guān)研究表明，對于微電網(wǎng)中的孤島現(xiàn)象、儲能單元充放電次數(shù)中出現(xiàn)的荷電狀態(tài)不平衡現(xiàn)象，要進一步優(yōu)化下垂控制，實現(xiàn)系統(tǒng)荷電的平衡。同時，這樣也能夠有效抑制儲能單元頻繁充放電次數(shù)，有效減少了生產(chǎn)成本，提高了使用效率，確保負載的安全有序運行。

表1 電壓偏差限值

3.2 頻率穩(wěn)定

根據(jù)頒布的關(guān)于系統(tǒng)頻率偏差方面的相關(guān)規(guī)范要求，一定要滿足表2 中的頻率偏差限值要求。頻率合格率的計算公式為：

表2 頻率偏差限值表

利用分布式方法，采用分層協(xié)調(diào)控制的方式，穩(wěn)定微電網(wǎng)電壓和頻率。一般情況，采用的是下垂控制法，屬于一次控制層，對功率環(huán)、電流內(nèi)環(huán)、電壓外環(huán)同時增加。而實施二次控制，一般是因為出現(xiàn)電壓幅值偏差和頻率偏差的問題，需要進一步進行處理。結(jié)合兩層控制器，能夠使微電網(wǎng)的頻率波動得到有效抑制。

3.3 電壓波動與閃變

目前，微電網(wǎng)電壓波動限制如表3 所示。

表3 電壓波動限值

電壓波動d：

其中，UN是系統(tǒng)標稱電壓；ΔU是極值點電壓差。

當三相負荷偏差為ΔPi，ΔQi，d采用公式（3）計算：

其中，XL為電網(wǎng)阻抗電抗分量；RL為電網(wǎng)阻抗電阻。

電壓波動在某段時期的累積會產(chǎn)生電壓閃變，通常有兩種衡量標準，分別是長時閃變和短時閃變。一般情況下測量周期為一周（68 h），全部長時閃變值Plt 均需處于閃變限值范圍以內(nèi)。如表4 所示。

表4 閃變限值

閃變合格計算式為：

3.4 諧波抑制

微電網(wǎng)在并網(wǎng)之后會產(chǎn)生諧波電流。電壓一定要滿足國家頒布的相關(guān)規(guī)定要求，確保電網(wǎng)安全有序的運行[3]。

公式（5）為電網(wǎng)第h次諧波電壓含有率HRUh：

其中：II為基波電流有效值；Ih為第h次諧波電流。

在開展諧波電壓含有率計算時，只需要把式（5）的電流值改為電壓值。

在采用下垂三環(huán)控制策略時，需要適當調(diào)整電壓位置，使重組控制策略得到有效落實，增大諧波阻抗，并且不會額外增加控制方式和基波輸出阻抗。應(yīng)用協(xié)同優(yōu)化的方式調(diào)配微電網(wǎng)中的多逆變型分布式電源，在系統(tǒng)諧波治理中實現(xiàn)主動參與的效果。首先確定其中某個分布式電源成為諧波治理目標節(jié)點，接著對測量得到的目標節(jié)點電壓諧波進行相量分解，最后通過優(yōu)化分配各DG 補償份額達到多逆變型分布式電源的協(xié)同控制治理系統(tǒng)諧波的目的。

4 結(jié)論

隨著電力電子器件的廣泛應(yīng)用，電能質(zhì)量方面的問題也變得越發(fā)復(fù)雜。要想不斷提高電能質(zhì)量，就需要將微電網(wǎng)的作用充分發(fā)揮出來。作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，微電網(wǎng)的電能質(zhì)量治理體系也應(yīng)當向著智能化、規(guī)劃化的方向發(fā)展，使傳統(tǒng)的單一治理電能質(zhì)量模式，轉(zhuǎn)變?yōu)榧苫C合治理，確保人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活的用電質(zhì)量，也為我國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)提供重要支持。