探究微电网电能质量控制策略

杜明霄，鹿存鹏

（徐州三新供电服务有限公司贾汪分公司，江苏 徐州 221000）

0 引言

随着时代的发展、社会的进步，在电网结构中微电网的作用变得越来越重要，也得到了广泛的应用。但是，影响微电网运行质量的因素较多，如自我保护系统、自我管理系统等。要想确保微电网的有序运行，使其电能质量得到提升，就需要对微电网电能质量开展多角度深层次的探索，并进一步提出有效的控制策略。

1 微电网运行模式分类

1.1 主从式

主从式控制方法主要是在微电网处在孤岛的状态中运行。这个时候，微电网的电源分为了两个部分，分别是从属部分和主要部分。一般主要部分由传统的化石能源发电机或是大容量蓄电池替代，保持VF 控制模式，尽可能使电力系统的频率和电压稳定。而从属部分主要由沼气、风电和光伏电源替代，如图1 所示[1]。

图1 PQ 控制结构

1.2 对等式

对等式控制模式没有次要之分。在微电网系统中，根据自身的特点选择相应的工作方式，不同的电源不需要联络线通信，采用的是“即插即用”的方法，与USB 接口类似。一般情况下该方法使用下垂控制模式。利用对应负荷关系得到它的控制状态[2]，如图2 所示。

图2 下垂控制结构

1.3 分层式

分层控制模式是在主从控制和对等控制模式的基础上，为了使微网协调微源控制的水平得到提升，增加的一种顶层能量控制层。相比于集中式的能量管理来说，该模式具有的优势就是有比较强的通信协作能力、主动积极性、响应性和自治性。

2 微电网电能质量现存问题

2.1 电压偏差

微电网中的电压出现偏差的现象，与负荷无功功率波动有非常紧密的关系。同时，电源输出无功功率的扰动，也会影响到节点电压出现波动。当微电网处于孤岛运行时，会出现微电网功率调节能力弱和电压偏差的现象。

2.2 频率偏差

微电网保持在并网状态下时，电力系统的工作状态与电能质量的联系是非常密切的。如果开关控制发生变化，会对电能的质量产生较大影响。因此，为了确保电能频率不会出现较大偏差，需要保持微电网调频在一定范围内，从而保证电力系统稳定运行。

2.3 三相电压不平衡

微电网在运行时普遍存在的一个质量问题就是三相电压不平衡。当微电网处在并网状态时，就会出现不平衡运行的方式，使电流出现零序或是负序的问题，导致微电网的电能质量受到影响。

3 微电网电能质量的控制策略

3.1 电压偏差控制

微电网在开展并网工作的过程中，电压偏差要满足表1 中的电压偏差限制表。在对各母线和DG 容量限制充分进行考虑的基础上，尽可能满足不同的电能质量要求，可以实施电压分布式控制算法，给予足够的功率支撑，使系统电压偏差降低。有相关研究表明，对于微电网中的孤岛现象、储能单元充放电次数中出现的荷电状态不平衡现象，要进一步优化下垂控制，实现系统荷电的平衡。同时，这样也能够有效抑制储能单元频繁充放电次数，有效减少了生产成本，提高了使用效率，确保负载的安全有序运行。

表1 电压偏差限值

3.2 频率稳定

根据颁布的关于系统频率偏差方面的相关规范要求，一定要满足表2 中的频率偏差限值要求。频率合格率的计算公式为：

表2 频率偏差限值表

利用分布式方法，采用分层协调控制的方式，稳定微电网电压和频率。一般情况，采用的是下垂控制法，属于一次控制层，对功率环、电流内环、电压外环同时增加。而实施二次控制，一般是因为出现电压幅值偏差和频率偏差的问题，需要进一步进行处理。结合两层控制器，能够使微电网的频率波动得到有效抑制。

3.3 电压波动与闪变

目前，微电网电压波动限制如表3 所示。

表3 电压波动限值

电压波动d：

其中，UN是系统标称电压；ΔU是极值点电压差。

当三相负荷偏差为ΔPi，ΔQi，d采用公式（3）计算：

其中，XL为电网阻抗电抗分量；RL为电网阻抗电阻。

电压波动在某段时期的累积会产生电压闪变，通常有两种衡量标准，分别是长时闪变和短时闪变。一般情况下测量周期为一周（68 h），全部长时闪变值Plt 均需处于闪变限值范围以内。如表4 所示。

表4 闪变限值

闪变合格计算式为：

3.4 谐波抑制

微电网在并网之后会产生谐波电流。电压一定要满足国家颁布的相关规定要求，确保电网安全有序的运行[3]。

公式（5）为电网第h次谐波电压含有率HRUh：

其中：II为基波电流有效值；Ih为第h次谐波电流。

在开展谐波电压含有率计算时，只需要把式（5）的电流值改为电压值。

在采用下垂三环控制策略时，需要适当调整电压位置，使重组控制策略得到有效落实，增大谐波阻抗，并且不会额外增加控制方式和基波输出阻抗。应用协同优化的方式调配微电网中的多逆变型分布式电源，在系统谐波治理中实现主动参与的效果。首先确定其中某个分布式电源成为谐波治理目标节点，接着对测量得到的目标节点电压谐波进行相量分解，最后通过优化分配各DG 补偿份额达到多逆变型分布式电源的协同控制治理系统谐波的目的。

4 结论

随着电力电子器件的广泛应用，电能质量方面的问题也变得越发复杂。要想不断提高电能质量，就需要将微电网的作用充分发挥出来。作为智能电网的重要组成部分，微电网的电能质量治理体系也应当向着智能化、规划化的方向发展，使传统的单一治理电能质量模式，转变为集成化综合治理，确保人们日常生产生活的用电质量，也为我国社会主义现代化建设提供重要支持。