微電網電能質量控制研究

張素麗

摘? 要：在智能電網的背景和趨勢下，微電網憑借可更加充分利用可再生能源（風能、太陽能、生物能等）、環境友好、運行方式靈活、某些特殊情形下具有更高的供電可靠性等優點，日益得到人們的重視，在電網中所占比例也越來越大。研發和推廣微電網技術，對于改善用戶側供電單元的電能結構和質量有著重要意義。這其中，如何保證微電網的供電質量是微電網推廣使用中必須克服和解決的。

關鍵詞：微電網;電能質量;控制模式

中圖分類號：TM714.2? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）25-0141-02

Abstract： In the context and trend of smart grid， microgrid has the advantages of making more full use of renewable energy （wind energy， solar energy， biological energy， etc.）， environmentally friendly， flexible operation mode， higher power supply reliability in some special cases， and so on. People focus more and more attention upon it， and it accounts for more and more proportion in the power grid. The research and development and promotion of microgrid technology is of great significance to improve the power structure and quality of power supply units on the user side. Among them， how to ensure the power supply quality of microgrid must be overcome and solved in the popularization and use of microgrid.

Keywords： microgrid; power quality; control mode

相比于傳統的電網，微電網在結構上具有多種能源輸入（風、光、氣），輸出（冷、熱、電）形式及多種能源轉換單元等特點，它還可以有兩種運行方式：并網運行和孤島運行。因此，在實際的運行過程中，微電網整個系統顯得更加復雜多變。

1 微電網運行控制模式分類

為了保證微電網的電能質量及可靠運行，一般采用如下幾種的控制方法：主從式、對等式以及分布式（多個代理）。

1.1 主從式控制方法

該方法一般用于微電網處于孤島運行的狀態。此時，微電網的電源可以分為主要部分及從屬部分。主要部分一般由比較穩定可靠的大容量蓄電池或者傳統的化石能源發電機來充當，它處于VF控制模式：來保證該微型電力系統的電壓和頻率穩定;從屬部分的要求相對較低，可以由光伏、風電、沼氣等間歇性的電源來充當。它配合主要部分工作，一般是PQ控制：向系統內輸入一定的有功及無功功率即可（如圖1）。

該模式對主要部分的電源要求相對嚴格，要有足夠的能量及功率密度。若主要部分不能正常運行，該微電網也不能保持正常工作。

1.2 對等式控制方法

該模式下微電網內的電源具有同等的地位，不再有主要次要之分。微電網系統內的電源根據其本身的特點來選擇對應的工作方式。各電源彼此間不需要聯絡線通信，類似于電腦的USB接口，實現了“即插即用”。此方法下通常使用下垂控制的模式，根據微電網電源接入點的有功無功電壓頻率信息，通過對應耦合關系得到它的控制狀態（如圖2）。

該控制模式在現實運行中的一個難點是降低微電網各電源之間產生的環流效應。環流不僅加大了系統的損耗，降低了整體的效率，還會使運行時電流變大，不利于電力電子器件長期可靠使用。把前面兩種控制方法加以綜合思考，可以得出一種新的控制方法：當微電網處于孤島運行模式時，且選擇一個電源采用下垂控制的方法，其他均采用PQ控制的模式。當微電網并網運行時，所有電源都采用PQ控制模式：這樣既避免了電源間環流的產生，其他電源也能得到合理利用。

1.3 分層控制方法

分層控制模式是在主從控制和對等控制模式的基礎上，為了提升微網協調微源控制的水平而增加的頂層能量控制層。

相比統一集中式能量管理，分層控制一般采用基于多代理系統（Mufti-Agent System， MAS）的分層控制，具有自治性、社會性、響應性、主動積極性和通信協作能力的優點。

2 處理電壓諧波及三相不平衡的措施

無論是微電網還是傳統電網，衡量電能質量的指標主要是電壓、頻率和波形。其中，波形部分可分三相負載不平衡以及諧波。相對來說，波形上的電能質量問題在微電網運行中更加難以處理，尤其在中小型電氣系統中，不平衡與非線性負載的存在會明顯地導致電壓質量的惡化。在此情況下，光伏等電源發出的直流電在并網前，逆變器需要用正負序解耦的方法把電網電壓中正序分量和負序分量檢測出來，再分別對二者及其占比分量大的諧波進行控制，來保證供給用戶或者并入電網電能的質量。

在微電網系統中，應著重關注低電壓穿越（low voltage ride-through， LVRT）、網側電流質量以及并網點（或關鍵負載點）電壓質量等相關參數來保證供電質量。而通過使用并網逆變器進行電能質量調節的方法主要源自于APF的相關技術，尤其是基于模擬電阻的諧波抑制方法。此方法不僅提高了電壓質量，也增加了系統阻尼，與微電網應用場景的契合度很高。

3 協同補償的實現

在微網電能質量調節中，除了電能質量以外，平均分配各發電系統的功率也是很關鍵的一部分：它在一定程度上決定了系統能否穩定、安全地運行。傳統的下垂控制能夠實現P和Q的均分，對負序和諧波的控制效果并不理想（二者皆為波動功率）。

4 結論

本文闡述、討論了微電網電能質量調節的各種控制方法和管理策略以及相應控制系統整體架構，分層控制理念是微電網可靠運行的必要基礎，是實現優質電能質量目標的前提。

未來的電網將是傳統的主干電網與若干個微電網的有機綜合體，各微電網之間及微電網與系統電網間的互相連接、電能交換與電能質量影響等課題是未來研究的重點方向。系統的經濟性、穩定性、效率等其他目標也需要與電能質量調節相互聯系，以實現整個系統的全面優化控制。

參考文獻：

[1]張宸宇.微網及含微網的配電網電能質量綜合控制研究[D].東南大學，2016.

[2]李夢達.基于太陽能發電的微電網電能質量時頻分析及控制策略研究[D].東北石油大學，2016.

[3]黃媛.含多逆變器微網的電能質量控制若干關鍵技術研究[D].湖南大學，2016.

[4]王瑞琪.分布式發電與微網系統多目標優化設計與協調控制研究[D].山東大學，2013.