关于多分布式电源的微电网分区电压质量控制

侯丽 徐晓霞

摘 要：电压小平衡和电压暂降是微电网中突出的电压质量问题。针对含单公共连接点（PCC）和多PCC的微电网，提出一种面向多分布式电源（DG）的分区电压控制（ZVQC）方案，既改良了微电网运行中PCC电压的质量，又在微电网发生故障时控制电压的跌落现象，可以调节了不对称性，改善了微电网整体区域电压的质量。本文阐述了微电网的主要结构与电网对等分区的特点，探讨了多布式电源的微电网分区电压质量的控制方法。

关键词：多分布式电源；微电网；分区电压；质量控制

本文对微电网的电压质量控制现状进行研究，按照“集中治理、分区控制”的思路，给出了微电网分区的含义与分区电压的质量控制原则（即ZVQC），分析了电压质量存在问题的原因与多DG的治理问题。制定了ZVQC策略。最终给出了在分区控制环境下DG的附加无功的规划策略与多DG微电网分区电压控制的实行方案，此方案适合在并网运行状态与复杂的微电网孤岛，无需通信方式，容易实践与应用。

一、微电网的主要结构与电网对等分区特点

微电网一般由决定其实际范围的PCC与内部电路组成，利用一个主要的分隔开关（SS）和配电系统连接起来，可以完成并网运行状态与微电网孤岛之间的切换。按照负荷、DG接入微电网的方位与PCC数量，可以把交流低压的微电网进行划分，通常包含三个种类，具体参见以下图表：

二、多分布式电源的微电网电压质量分区控制策略

（一）分区电压质量的控制基本原则

由于微电网正常运行的环境比较复杂，存在诸多的变量，ZVQC应当坚持自主控制的基本原则，使得各区域的电压达到独立控制的目的。在电压质量的补偿方法基础上，对各自存在的不足进行优化设计，最后实现了两种处理思路：其一，区域电压的质量采用分区控制的原则加以解决；其二，对电压不平衡状态进行就地抑制，多DG依据容量大小对负序无功进行分配；其三，电压发生暂降后，就地对电压的跌落进行补偿，多DG依据容量大小对正序无功进行分配。

（二）区域电压的不平衡状态的补偿控制方法

关于多分布式电源的微电网中区域电压的不平衡性，其具体的补偿控制策略如下：设PCC位置的正序电压为U+c=（u+cα）2+（u+cβ）2，负序电压为U-c=（u-cα）2+（u-cβ）2则，电压的不平衡度可表示成Bpcc=U-c/U+c，为了确保并联运行的DG依据具体的容量对负序无功进行合理分配，同時，不受到线路阻抗带来的影响，必须有效缓解负序无功与线路阻抗之间的制约关系。所以，对前面的公式加以改进ΔRi=kc（Bpcc-B*pcc）-niQ-i，如果控制设备进入稳定运行的状态后，Bpcc=B*pcc+niQ-i/Kc则电压的不平衡补偿值应当具有一个合理的偏差。有效地选择Ni与Kc能够将这个偏差忽略不计。对并联接入同个PCC的DG，可以设负序无功的分配系数依次为n1、n2、…ni，则其依次承担的负序无功满足：n1Q-1=n2Q-2=…=niQ-i公式，从中可知：本文的AVUC控制方法使得负序无功在每个DG的分配仅仅依赖ni，而与每个DG间的通讯情况没有关系，也不会受到微电网线路阻抗与电压关系的制约，从而达到了负序无功的精准分配。具体的AVUC控制结构参见图1：

（三）区域电压的暂降补偿控制

关于区域电压的暂降补偿控制方法（ARV）的程序为：在计与DG出口滤波设备的电感值很大与低压微电网的线路很短的环境下，DG的输出侧和PCC之间连接阻抗主要为感性。为了确保电压电流发生畸变的时候，分布式电源的出力不会受到较大影响，通常应用基频正序的有功、AFC、基频正序的无功、RVC的控制方法。其中，AFC主要应用的频率属于整体的变量，与线路参数无关，因此，能够达到对有功功率的合理分配；而RVC无功负荷的分配主要在DG输出的电压相同的前提下实现的，因输出的电压与线路参数有关，所以在实践中难以达到无功的合理分配。为了克服RVC法的缺陷，并在微电网发生较大故障而电压发生暂降时，迅速恢复PCC电压，以下在前文基础上制定一种ARVC控制方法，具体控制的方程如下：

当接入同个PCC的多个DG带有相同kf时，（2）式的左侧对全部的DG是相同的，对并联接入同个PCC的DG，可以设其正序无功的分配系数依次为nq1、nq2、…nqi，则它们依次承担的正序无功满足：nq1Q+1=nq2Q+2=…=nqiQ+i，ARVC的控制结构参见下图：此方法能够达到动态无功的补偿，PCC电压恢复也很精确。

微电网各DG回应本区PCC电压的变化情况，利用AVUC策略补偿PCC的基频负序电压，使得电压保持平衡，并且，解决了各DG输出的负序无功的准确分配问题；区域以外不大的故障导致PCC电压跌落时，各DG应用ARVC控制策略对正序无功进行动态补偿，对PCC的正序电压形成支持，AVUC利用补偿PCC基频的负序电压，调节电压的对称度，从而改善了PCC电压的质量。

三、结语

在负序电压的补偿中每个DG到补偿点的线路阻抗的不同使得负序的无功分配不够均匀，同时，应用AVUC法促进了负序无功的准确分配。而PCC电压暂降的方法，借助比例积分的控制设构建了DG输出的正序无功与微电网PCC电压误差的线性关系，使得电压更为精确。此外，PCC重要程度的电压质量分级控制法，各个DG依据其接入的PCC等级，针对不同情况采用电压分区控制的方案，达到了微电网中就地解决电压波动问题。