微電網(wǎng)電能質(zhì)量治理策略研究

舒 薇

（懷化學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院，湖南懷化 418000）

在電力變革持續(xù)推進(jìn)的背景下，微電網(wǎng)電能質(zhì)量逐漸受到社會(huì)的關(guān)注。因此為改善能源結(jié)構(gòu)及加強(qiáng)電能傳輸質(zhì)量，相關(guān)人員必須對(duì)微電網(wǎng)給予高度重視，充分明確其電能質(zhì)量控制中存在的問(wèn)題，并積極采取相應(yīng)措施，達(dá)到加強(qiáng)可再生能源利用效率的目的，對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

1 微電網(wǎng)電能質(zhì)量問(wèn)題

從現(xiàn)實(shí)角度出發(fā)，可發(fā)現(xiàn)微電網(wǎng)是一種集團(tuán)供電系統(tǒng)，其以分布式能源為基礎(chǔ)，由逆變器、負(fù)荷以及電能質(zhì)量治理裝置等多個(gè)方面組成[1]。相較于傳統(tǒng)電網(wǎng)，微電網(wǎng)能夠?qū)﹄娏﹄娮幼儞Q器進(jìn)行利用，以此達(dá)到對(duì)不同種類(lèi)分布式能源進(jìn)行接入的目的，其具有較小的容量及慣性。此外，由于微電網(wǎng)內(nèi)部存在微源逆變器及電能質(zhì)量治理裝置，其具有非線性系統(tǒng)。針微電網(wǎng)優(yōu)勢(shì)而言，其不僅具備良好的跟蹤能力，還能夠?qū)\(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行靈活切換，顯著提升操作便捷性，能夠有效提高電能質(zhì)量治理效果。

針對(duì)微電網(wǎng)電能質(zhì)量問(wèn)題而言，目前我國(guó)尚未對(duì)微電網(wǎng)電能質(zhì)量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制定，但通過(guò)深入分析微電網(wǎng)基本性質(zhì)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，可充分了解微電網(wǎng)電能質(zhì)量中存在的問(wèn)題。由于諧波的形成與電源及非線性負(fù)荷等具有密切聯(lián)系，微電網(wǎng)中含有的分布式電源與電力電子裝置等可形成大量諧波。通過(guò)對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行深入研究，可發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)呈感性，且電壓偏差與無(wú)功功率之間具有密切聯(lián)系。相較于傳統(tǒng)電網(wǎng)，微電網(wǎng)呈阻性或阻感性，因此電壓偏差與有功功率具有直接關(guān)系。

微電網(wǎng)中的微源具有極強(qiáng)的間歇性，其輸出功率波動(dòng)極有可能引發(fā)電壓波動(dòng)。針對(duì)三相不平衡問(wèn)題而言，其主要指三相電壓或電流存在較大差異，造成該種現(xiàn)象形成的主要原因是未對(duì)三相負(fù)載進(jìn)行科學(xué)配置。受到單相接入逆變器的影響，三相不平衡問(wèn)題在微電網(wǎng)中具有較高的發(fā)生率。微電網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行切換時(shí)，其控制方式將發(fā)生變化，并出現(xiàn)功率投切現(xiàn)象，造成電壓沖擊與暫態(tài)電流，微電網(wǎng)容量相對(duì)較小[2]。

暫態(tài)沖擊將對(duì)微電網(wǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，微電網(wǎng)電能質(zhì)量問(wèn)題可分為兩種。

（1）受到分布式能源發(fā)電裝置的影響，引起電能質(zhì)量問(wèn)題，在微電網(wǎng)中具有較高的發(fā)生率。

（2）由微電網(wǎng)自身原因引起的電能質(zhì)量問(wèn)題，例如微電網(wǎng)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，存在切換運(yùn)行狀態(tài)或微源互補(bǔ)發(fā)電等現(xiàn)象。

可根據(jù)頻率存在的差異，將其科學(xué)劃分為工頻及諧波電能質(zhì)量問(wèn)題。針對(duì)工頻問(wèn)題而言，主要包括電壓閃變以及三相不平衡等，我國(guó)有學(xué)者為此進(jìn)行研究，并在研究報(bào)告中明確指出，導(dǎo)致該問(wèn)題形成的主要原因是工作人員未對(duì)能量或配電網(wǎng)功率進(jìn)行科學(xué)分配。諧波問(wèn)題主要包括電壓及電流諧波畸變等，多在微電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中形成，原因較為廣泛，且具有極強(qiáng)的危害性。

2 微電網(wǎng)電能質(zhì)量治理策略

通過(guò)對(duì)微電網(wǎng)電能質(zhì)量問(wèn)題形成原因進(jìn)行分析，可發(fā)現(xiàn)對(duì)治理策略進(jìn)行選擇時(shí)，可從微電網(wǎng)運(yùn)行控制、微源控制以及設(shè)備控制等方面入手，充分考慮上述控制策略的情況下，微電網(wǎng)電能質(zhì)量問(wèn)題將得到有效解決。

2.1 微電網(wǎng)運(yùn)行控制

（1）從整體的角度出發(fā)，對(duì)微電網(wǎng)及配電網(wǎng)功率交換進(jìn)行嚴(yán)格把控，實(shí)現(xiàn)有效加強(qiáng)微電網(wǎng)能量管控力度。

（2）對(duì)微源協(xié)調(diào)控制及模式切換控制策略進(jìn)行制定，為微電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量提供保障。

（3）對(duì)微源形成正確認(rèn)知，并對(duì)其制定相應(yīng)的控制策略，通過(guò)實(shí)際調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，微源控制策略可分為對(duì)等控制模式以及主從控制模式等。

在并網(wǎng)模式的作用下，微源將保持在電流控制電壓源模式[3]。該種模式主要包括下垂控制以及PQ控制，其能夠?yàn)殡娋W(wǎng)持續(xù)輸送能量；在離網(wǎng)模式的作用下，微源將持續(xù)為微電網(wǎng)提供相應(yīng)的工作電壓，主要包括主從控制以及對(duì)等控制。

由于并離網(wǎng)運(yùn)行模式進(jìn)行切換時(shí)，微源工作模式將發(fā)生轉(zhuǎn)變，極有可能形成電壓跌落以及電流沖擊等電能質(zhì)量問(wèn)題，并對(duì)后續(xù)運(yùn)行產(chǎn)生影響。通過(guò)查詢(xún)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)庫(kù)，可發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)外有許多學(xué)者相繼對(duì)并離網(wǎng)模式切換進(jìn)行研究。例如國(guó)外有學(xué)者通過(guò)深入研究控制器參數(shù)對(duì)運(yùn)行模式切換產(chǎn)生影響，成功發(fā)現(xiàn)并提出具有平滑性的運(yùn)行模式切換控制方法，并在微源容量及負(fù)荷匹配角度的基礎(chǔ)上，對(duì)其控制策略進(jìn)行制定。雖然該研究對(duì)微電網(wǎng)發(fā)展具有一定的促進(jìn)作用，但無(wú)法有效改善控制算法中存在的弊端。

有學(xué)者在研究報(bào)告中指出，可通過(guò)對(duì)同步控制器進(jìn)行利用，以此達(dá)到對(duì)運(yùn)行模式進(jìn)行平滑切換的目的；有學(xué)者通過(guò)系統(tǒng)性研究，提出利用電壓靈敏度分析方法實(shí)現(xiàn)有效解決并網(wǎng)沖擊的理論[4]。本文通過(guò)對(duì)該研究報(bào)告進(jìn)行深入分析后發(fā)現(xiàn)，該學(xué)者不僅未對(duì)非線性負(fù)載產(chǎn)生的影響進(jìn)行考慮，而且未詳細(xì)介紹針對(duì)微電網(wǎng)離網(wǎng)的解決方法。有學(xué)者圍繞并離網(wǎng)切換時(shí)出現(xiàn)的功率不平衡現(xiàn)象進(jìn)行研究，并提出具有一定可行性的控制策略，即對(duì)儲(chǔ)能裝置進(jìn)行利用，實(shí)現(xiàn)在預(yù)同步控制的基礎(chǔ)上為微電網(wǎng)切換模式后的正常運(yùn)行提供保障。

有學(xué)者對(duì)微電網(wǎng)負(fù)荷供電可靠性進(jìn)行綜合考慮的情況下，通過(guò)對(duì)分布式次梯度算法進(jìn)行利用，成功制定并提出模型預(yù)測(cè)控制能量改善管理措施。有學(xué)者通過(guò)對(duì)不同運(yùn)行模式的基本特點(diǎn)及網(wǎng)間互濟(jì)功率傳輸原則進(jìn)行深入研究，提出具有一定現(xiàn)實(shí)意義的不同運(yùn)行模式功率協(xié)調(diào)控制措施。有學(xué)者在研究報(bào)告中提出，可在模型預(yù)測(cè)算法的基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)時(shí)控制策略進(jìn)行構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)有效減少負(fù)荷功率波動(dòng)及分布式電源之間存在的影響。此外，有多名學(xué)者圍繞傳統(tǒng)微源控制策略進(jìn)行研究，并提出具有科學(xué)性的改進(jìn)措施[5]，如并網(wǎng)間接恒功率控制方法等。

有學(xué)者通過(guò)對(duì)線路等效電阻及其對(duì)微電網(wǎng)產(chǎn)生影響進(jìn)行深入分析，成功提出具有可靠性的下垂控制改進(jìn)策略；有學(xué)者在研究報(bào)告中提出，可通過(guò)將微分補(bǔ)償環(huán)節(jié)家進(jìn)入常規(guī)虛擬同步機(jī)控制中，以此達(dá)到有效提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度以及對(duì)功率沖擊進(jìn)行消解的目的；另有學(xué)者以主從控制微電網(wǎng)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，將儲(chǔ)能單元視作主控單元，達(dá)到對(duì)平滑控制策略進(jìn)行設(shè)計(jì)的目的。

我國(guó)學(xué)者提出了電壓電流協(xié)同控制策略，主要指對(duì)電壓控制器進(jìn)行利用，以此達(dá)到調(diào)節(jié)負(fù)載電壓的目的，通過(guò)電流控制器，實(shí)現(xiàn)在并網(wǎng)時(shí)對(duì)輸出電流進(jìn)行控制，以此為功率平衡提供保障。由此可見(jiàn)，對(duì)微電網(wǎng)電能質(zhì)量進(jìn)行治理的過(guò)程中，由于微電網(wǎng)運(yùn)行控制策略具有良好的理論技術(shù)，工作人員可重點(diǎn)對(duì)該種控制策略進(jìn)行利用，實(shí)現(xiàn)加強(qiáng)電能質(zhì)量治理效果。此外，必須對(duì)微電網(wǎng)中的儲(chǔ)能設(shè)備進(jìn)行靈活運(yùn)用，并通過(guò)儲(chǔ)能技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)有效解決暫態(tài)問(wèn)題的目的。

2.2 微源運(yùn)行控制

針對(duì)微電網(wǎng)中的微源而言，其自身性質(zhì)、功率分配平衡性較差及轉(zhuǎn)換逆變器控制策略等多個(gè)方面均有可能導(dǎo)致電能質(zhì)量問(wèn)題形成。因此為保障微電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量，相關(guān)人員必須將從根源上解決電能質(zhì)量問(wèn)題視作重要目標(biāo)，并以此對(duì)微源運(yùn)行控制策略進(jìn)行制定與研究。例如有學(xué)者通過(guò)大量研究，成功提出以同步發(fā)電機(jī)機(jī)電暫態(tài)模型為基礎(chǔ)的微源控制策略；有學(xué)者認(rèn)為可選擇引入感性虛擬阻抗電壓電流，實(shí)現(xiàn)進(jìn)行雙環(huán)下垂控制；有學(xué)者通過(guò)對(duì)低通濾波器及其對(duì)系統(tǒng)性能產(chǎn)生的影響進(jìn)行深入分析，成功提出具有科學(xué)性的自適應(yīng)下垂控制方法。

我國(guó)微源運(yùn)行控制研究資料較多，相關(guān)人員對(duì)該課題進(jìn)行研究或?qū)ξ⒃催\(yùn)行控制策略進(jìn)行制定時(shí)，可選擇對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)資料進(jìn)行參考。此外，為加強(qiáng)該種控制策略的應(yīng)用效果，工作人員可選擇對(duì)傳統(tǒng)電能質(zhì)量治理裝置進(jìn)行結(jié)合使用，實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制。

2.3 電能質(zhì)量設(shè)備控制

工作人員對(duì)微電網(wǎng)電能質(zhì)量進(jìn)行解決時(shí)，可選擇對(duì)電能質(zhì)量治理裝置進(jìn)行安裝，為微電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量提供保障。目前，在微電網(wǎng)電能質(zhì)量治理中應(yīng)用率相對(duì)較高的電能質(zhì)量治理設(shè)備主要有統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器以及動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償器等。我國(guó)有學(xué)者針對(duì)該種控制策略進(jìn)行研究，并在研究報(bào)告中明確指出采取電能質(zhì)量治理設(shè)備控制策略時(shí)，可選擇對(duì)聯(lián)合運(yùn)行模式進(jìn)行利用，實(shí)現(xiàn)加強(qiáng)微電網(wǎng)電能質(zhì)量控制效果。

針對(duì)聯(lián)合運(yùn)行模式而言，其主要指對(duì)配電靜止同步補(bǔ)償器與微電網(wǎng)協(xié)同控制無(wú)功電壓進(jìn)行聯(lián)合使用[7]。此外，在實(shí)際工作中，可通過(guò)對(duì)有源電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器進(jìn)行利用，以此達(dá)到降低微電網(wǎng)接入影響的目的。由此可見(jiàn)，電能質(zhì)量治理設(shè)備控制策略與傳統(tǒng)電網(wǎng)控制策略具有密切聯(lián)系。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，微電網(wǎng)中的電能質(zhì)量問(wèn)題對(duì)我國(guó)發(fā)展及能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展極為不利。因此相關(guān)人員必須對(duì)電能質(zhì)量問(wèn)題給予高度重視，充分明確此類(lèi)問(wèn)題形成原因，并及時(shí)采取具備科學(xué)性的電能質(zhì)量治理策略，達(dá)到有效解決電能質(zhì)量問(wèn)題的目的，促進(jìn)我國(guó)能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。