分布式能源微网电压质量的控制策略研究

赵志强

摘 要：在电力系统的运行过程中，微网电压是一个重要的可控制因素。其稳定性直接影响到电网的正常运行。因此，本文主要对微网电压质量的控制策略进行研究和分析，希望能够给相关的研究人员提供相应的数据和资料的借鉴。

关键词：分布式能源；微网；下垂特性；多反馈控制

中图分类号：TM714 文献标识码：A

在电力行业的发展中，保证供电的稳定性至关重要。一种可以满足供电负荷的要求，对用电环境不会产生严重影响，而且可以对资源和电能等进行充分利用的有效途径就是分布式能源微网。

1分布式能源微网电压控制系统

电网的运行中，无论是微网还是常规电网都需要将电压控制在一定的范围内，因此需要进行一定的控制作用，主要是进行监控和调度。其中需要重视的是分散控制策略和下垂控制两种方式。这两种方式在分布式能源微电压的控制中得到了较为广泛的应用，但主要是采用双向流动的方式来实现。而且，在具体的实施过程中，不仅会造成线路的降压效果，同时还增加了成本和所用费用。为了实现分布式能源微网系统的电压达到稳定，需要运用相应的变换器，来进行双向流动的控制。接下来，笔者将对分布式能源微网系统的结构进行分析，在对其进行改进的基础上，保证微网电压只存在一个影响因素，那就是双向变流器。同时运用下垂特性来对进行双向变流器和对反馈控制器的转换。而且在进行多反馈控制器的设计中，用到了功率环，因此变流器可以在并联场合中发挥自身的价值。

2分布式能源微网与双向变流器

在对分布式能源微网进行改进之后，呈现出的结构如图1所示。这一结构中包含着储能系统和分布式电源。这两个部位同时进行供电工作。在对整个电网进行分析的过程中，可以将微网作为一个有机整体，与配电网络进行连接。但是在其实际工作中改变了传统的供电结构，实现了节约用电成本，保护电源的功能。

在微网和常规电网进行并网运行时，交流电的分布式电源和质量电的分布式电源都需要接受一定的调度指令，进行并网的控制运行。在这一过程中，双向变流器以及储能设备等对配电网络进行了补充。相反在孤岛运行系统工作的过程中，需要双相变流器接收指令，通过对其进行调节，实现功率的双向流动，保证系统的稳定性。可见，在孤岛运行中，双向变流器处于核心位置，根据电网运行的特点以及运行环境来进行两种模式的任意切换。

根据图1所示，双向变流器在微网结构中的核心地位较为突出，因此可以对其进行合理调度。如果直流分布式电源和储能设备都达到了无穷大，就形成了一种新的结构。这种新的结构主要是双向变流器出现了变化，变为了三个较为独立的单相全桥逆变器，进而完成独立的逆变以及控制，可以和分布式能源的多变情况相适应，可以通过对其中的一相进行分析。

多反馈控制器中，要对输出的电流进行检测，将得出的功率数和参考率等进行比较。其中电流主要是由负载电压和变流器的输出电流来决定。经过一系列计算和推理，可以完成对参考电压的幅值、相角以及相应的周期值等相关的数据。

3多反馈控制策略

3.1倒下垂功率控制器

在分布式能源微网中，如果电网电压幅值降低，说明DG输出的有功功率小于微网内负载所需的有功功率，则双向变流器要向微网输出有功功率；如果电网电压频率降低，说明DG输出的无功功率大于负载消耗的无功功率，则双向变流器要向微网吸收无功功率，反之亦然。通过检测微网电压的幅值和频率，可以得到双向变流器输出的参考功率Pag和Qag为分布式能源的有功和无功功率给定，但在本系统中，双向变流器不是分布式能源的变流器，所以考虑将微网中前一段时间的平均有功和无功功率作为Pag和Qag。微网电压通过锁相环得到幅值Vga、频率fga和相位θ等信息，参考功率与实际功率P、Q进行比较，经过比例积分控制器得到相位增量Δθ和电压幅值增量ΔVag，相位和幅值分别进行比较后，最后合成得到参考电压Vgaref。

3.2电压电流双环控制器

外环为电压环，内环为电流环。外环采用PI控制器，Kvp和Kvi分别为比例和积分系数，内环采用比例控制器，Kip为比例系数。为了保证系统的快速跟随性和稳定性，电流环的设计目标是尽量拉宽频带，同时使Ica/Ifka小，这样损耗在滤波电容的电能才会最小。忽略电流Ifka的骚扰影响，10kW三相双向变流器控制系统的参数见表1。

4 实验验证

为证明文章所提出的控制方法的合理性和可行性，三相10kVA样机的主电路参数选取如表1所示。由可变负载，光伏模拟电源为直流DG1，双向变流器搭建组成一个简易微网，光伏模拟电源向微网输送恒定的5kw有功电能。传统的双环控制策略不能快速实时地稳定的电压，瞬时电压会有很大的跌落；多反馈控制策略能取得很好效果。

多反馈控制策略的双向变流器具有高效稳定的电压稳控能力。实验证明，应用多反馈控制策略的双向变流器具有很好的稳态性能和动态性能，使得双向变流器作为影响微网电压稳定的唯一因素，在能源和负载多变的分布式能源微网系统中具有很好的应用前景。

结语

（1）通过以上的实验分析可知，三相的双向变流器是影响分布式能源微网电压稳定的重要因素，也是唯一因素。在双向变流器的输出电压质量是对多反馈控制策略性能进行减压的重要方式。

（2）要对低压线路的功率和电压的幅值频率加强重视，因为这两者是控制系统运行速率以及稳定性的重要因素。

（3）多反馈控制装置的动态性能是较为明显的，可以通过双向变流器在负载多变状态下输出的波形来体现。

参考文献

[1]张建华，苏玲，陈勇，苏静，王利.微网的能量管理及其控制策略[J].电网技术，2011（07）.

[2]林湘宁，李正天，薄志谦.适用于微网孤岛运行的低频减载方法[J].电网技术，2010（03）.