關(guān)于多分布式電源的微電網(wǎng)分區(qū)電壓質(zhì)量控制

侯麗 徐曉霞

摘 要：電壓小平衡和電壓暫降是微電網(wǎng)中突出的電壓質(zhì)量問題。針對含單公共連接點(diǎn)（PCC）和多PCC的微電網(wǎng)，提出一種面向多分布式電源（DG）的分區(qū)電壓控制（ZVQC）方案，既改良了微電網(wǎng)運(yùn)行中PCC電壓的質(zhì)量，又在微電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)控制電壓的跌落現(xiàn)象，可以調(diào)節(jié)了不對稱性，改善了微電網(wǎng)整體區(qū)域電壓的質(zhì)量。本文闡述了微電網(wǎng)的主要結(jié)構(gòu)與電網(wǎng)對等分區(qū)的特點(diǎn)，探討了多布式電源的微電網(wǎng)分區(qū)電壓質(zhì)量的控制方法。

關(guān)鍵詞：多分布式電源；微電網(wǎng)；分區(qū)電壓；質(zhì)量控制

本文對微電網(wǎng)的電壓質(zhì)量控制現(xiàn)狀進(jìn)行研究，按照“集中治理、分區(qū)控制”的思路，給出了微電網(wǎng)分區(qū)的含義與分區(qū)電壓的質(zhì)量控制原則（即ZVQC），分析了電壓質(zhì)量存在問題的原因與多DG的治理問題。制定了ZVQC策略。最終給出了在分區(qū)控制環(huán)境下DG的附加無功的規(guī)劃策略與多DG微電網(wǎng)分區(qū)電壓控制的實(shí)行方案，此方案適合在并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)與復(fù)雜的微電網(wǎng)孤島，無需通信方式，容易實(shí)踐與應(yīng)用。

一、微電網(wǎng)的主要結(jié)構(gòu)與電網(wǎng)對等分區(qū)特點(diǎn)

微電網(wǎng)一般由決定其實(shí)際范圍的PCC與內(nèi)部電路組成，利用一個(gè)主要的分隔開關(guān)（SS）和配電系統(tǒng)連接起來，可以完成并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)與微電網(wǎng)孤島之間的切換。按照負(fù)荷、DG接入微電網(wǎng)的方位與PCC數(shù)量，可以把交流低壓的微電網(wǎng)進(jìn)行劃分，通常包含三個(gè)種類，具體參見以下圖表：

二、多分布式電源的微電網(wǎng)電壓質(zhì)量分區(qū)控制策略

（一）分區(qū)電壓質(zhì)量的控制基本原則

由于微電網(wǎng)正常運(yùn)行的環(huán)境比較復(fù)雜，存在諸多的變量，ZVQC應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持自主控制的基本原則，使得各區(qū)域的電壓達(dá)到獨(dú)立控制的目的。在電壓質(zhì)量的補(bǔ)償方法基礎(chǔ)上，對各自存在的不足進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，最后實(shí)現(xiàn)了兩種處理思路：其一，區(qū)域電壓的質(zhì)量采用分區(qū)控制的原則加以解決；其二，對電壓不平衡狀態(tài)進(jìn)行就地抑制，多DG依據(jù)容量大小對負(fù)序無功進(jìn)行分配；其三，電壓發(fā)生暫降后，就地對電壓的跌落進(jìn)行補(bǔ)償，多DG依據(jù)容量大小對正序無功進(jìn)行分配。

（二）區(qū)域電壓的不平衡狀態(tài)的補(bǔ)償控制方法

關(guān)于多分布式電源的微電網(wǎng)中區(qū)域電壓的不平衡性，其具體的補(bǔ)償控制策略如下：設(shè)PCC位置的正序電壓為U+c=（u+cα）2+（u+cβ）2，負(fù)序電壓為U-c=（u-cα）2+（u-cβ）2則，電壓的不平衡度可表示成Bpcc=U-c/U+c，為了確保并聯(lián)運(yùn)行的DG依據(jù)具體的容量對負(fù)序無功進(jìn)行合理分配，同時(shí)，不受到線路阻抗帶來的影響，必須有效緩解負(fù)序無功與線路阻抗之間的制約關(guān)系。所以，對前面的公式加以改進(jìn)ΔRi=kc（Bpcc-B*pcc）-niQ-i，如果控制設(shè)備進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)后，Bpcc=B*pcc+niQ-i/Kc則電壓的不平衡補(bǔ)償值應(yīng)當(dāng)具有一個(gè)合理的偏差。有效地選擇Ni與Kc能夠?qū)⑦@個(gè)偏差忽略不計(jì)。對并聯(lián)接入同個(gè)PCC的DG，可以設(shè)負(fù)序無功的分配系數(shù)依次為n1、n2、…ni，則其依次承擔(dān)的負(fù)序無功滿足：n1Q-1=n2Q-2=…=niQ-i公式，從中可知：本文的AVUC控制方法使得負(fù)序無功在每個(gè)DG的分配僅僅依賴ni，而與每個(gè)DG間的通訊情況沒有關(guān)系，也不會(huì)受到微電網(wǎng)線路阻抗與電壓關(guān)系的制約，從而達(dá)到了負(fù)序無功的精準(zhǔn)分配。具體的AVUC控制結(jié)構(gòu)參見圖1：

（三）區(qū)域電壓的暫降補(bǔ)償控制

關(guān)于區(qū)域電壓的暫降補(bǔ)償控制方法（ARV）的程序?yàn)椋涸谟?jì)與DG出口濾波設(shè)備的電感值很大與低壓微電網(wǎng)的線路很短的環(huán)境下，DG的輸出側(cè)和PCC之間連接阻抗主要為感性。為了確保電壓電流發(fā)生畸變的時(shí)候，分布式電源的出力不會(huì)受到較大影響，通常應(yīng)用基頻正序的有功、AFC、基頻正序的無功、RVC的控制方法。其中，AFC主要應(yīng)用的頻率屬于整體的變量，與線路參數(shù)無關(guān)，因此，能夠達(dá)到對有功功率的合理分配；而RVC無功負(fù)荷的分配主要在DG輸出的電壓相同的前提下實(shí)現(xiàn)的，因輸出的電壓與線路參數(shù)有關(guān)，所以在實(shí)踐中難以達(dá)到無功的合理分配。為了克服RVC法的缺陷，并在微電網(wǎng)發(fā)生較大故障而電壓發(fā)生暫降時(shí)，迅速恢復(fù)PCC電壓，以下在前文基礎(chǔ)上制定一種ARVC控制方法，具體控制的方程如下：

當(dāng)接入同個(gè)PCC的多個(gè)DG帶有相同kf時(shí)，（2）式的左側(cè)對全部的DG是相同的，對并聯(lián)接入同個(gè)PCC的DG，可以設(shè)其正序無功的分配系數(shù)依次為nq1、nq2、…nqi，則它們依次承擔(dān)的正序無功滿足：nq1Q+1=nq2Q+2=…=nqiQ+i，ARVC的控制結(jié)構(gòu)參見下圖：此方法能夠達(dá)到動(dòng)態(tài)無功的補(bǔ)償，PCC電壓恢復(fù)也很精確。

微電網(wǎng)各DG回應(yīng)本區(qū)PCC電壓的變化情況，利用AVUC策略補(bǔ)償PCC的基頻負(fù)序電壓，使得電壓保持平衡，并且，解決了各DG輸出的負(fù)序無功的準(zhǔn)確分配問題；區(qū)域以外不大的故障導(dǎo)致PCC電壓跌落時(shí)，各DG應(yīng)用ARVC控制策略對正序無功進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，對PCC的正序電壓形成支持，AVUC利用補(bǔ)償PCC基頻的負(fù)序電壓，調(diào)節(jié)電壓的對稱度，從而改善了PCC電壓的質(zhì)量。

三、結(jié)語

在負(fù)序電壓的補(bǔ)償中每個(gè)DG到補(bǔ)償點(diǎn)的線路阻抗的不同使得負(fù)序的無功分配不夠均勻，同時(shí)，應(yīng)用AVUC法促進(jìn)了負(fù)序無功的準(zhǔn)確分配。而PCC電壓暫降的方法，借助比例積分的控制設(shè)構(gòu)建了DG輸出的正序無功與微電網(wǎng)PCC電壓誤差的線性關(guān)系，使得電壓更為精確。此外，PCC重要程度的電壓質(zhì)量分級控制法，各個(gè)DG依據(jù)其接入的PCC等級，針對不同情況采用電壓分區(qū)控制的方案，達(dá)到了微電網(wǎng)中就地解決電壓波動(dòng)問題。