微电网电能质量控制研究

张素丽

摘  要：在智能电网的背景和趋势下，微电网凭借可更加充分利用可再生能源（风能、太阳能、生物能等）、环境友好、运行方式灵活、某些特殊情形下具有更高的供电可靠性等优点，日益得到人们的重视，在电网中所占比例也越来越大。研发和推广微电网技术，对于改善用户侧供电单元的电能结构和质量有着重要意义。这其中，如何保证微电网的供电质量是微电网推广使用中必须克服和解决的。

关键词：微电网;电能质量;控制模式

中图分类号：TM714.2       文献标志码：A         文章编号：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

相比于传统的电网，微电网在结构上具有多种能源输入（风、光、气），输出（冷、热、电）形式及多种能源转换单元等特点，它还可以有两种运行方式：并网运行和孤岛运行。因此，在实际的运行过程中，微电网整个系统显得更加复杂多变。

1 微电网运行控制模式分类

为了保证微电网的电能质量及可靠运行，一般采用如下几种的控制方法：主从式、对等式以及分布式（多个代理）。

1.1 主从式控制方法

该方法一般用于微电网处于孤岛运行的状态。此时，微电网的电源可以分为主要部分及从属部分。主要部分一般由比较稳定可靠的大容量蓄电池或者传统的化石能源发电机来充当，它处于VF控制模式：来保证该微型电力系统的电压和频率稳定;从属部分的要求相对较低，可以由光伏、风电、沼气等间歇性的电源来充当。它配合主要部分工作，一般是PQ控制：向系统内输入一定的有功及无功功率即可（如图1）。

该模式对主要部分的电源要求相对严格，要有足够的能量及功率密度。若主要部分不能正常运行，该微电网也不能保持正常工作。

1.2 对等式控制方法

该模式下微电网内的电源具有同等的地位，不再有主要次要之分。微电网系统内的电源根据其本身的特点来选择对应的工作方式。各电源彼此间不需要联络线通信，类似于电脑的USB接口，实现了“即插即用”。此方法下通常使用下垂控制的模式，根据微电网电源接入点的有功无功电压频率信息，通过对应耦合关系得到它的控制状态（如图2）。

该控制模式在现实运行中的一个难点是降低微电网各电源之间产生的环流效应。环流不仅加大了系统的损耗，降低了整体的效率，还会使运行时电流变大，不利于电力电子器件长期可靠使用。把前面两种控制方法加以综合思考，可以得出一种新的控制方法：当微电网处于孤岛运行模式时，且选择一个电源采用下垂控制的方法，其他均采用PQ控制的模式。当微电网并网运行时，所有电源都采用PQ控制模式：这样既避免了电源间环流的产生，其他电源也能得到合理利用。

1.3 分层控制方法

分层控制模式是在主从控制和对等控制模式的基础上，为了提升微网协调微源控制的水平而增加的顶层能量控制层。

相比统一集中式能量管理，分层控制一般采用基于多代理系统（Mufti-Agent System， MAS）的分層控制，具有自治性、社会性、响应性、主动积极性和通信协作能力的优点。

2 处理电压谐波及三相不平衡的措施

无论是微电网还是传统电网，衡量电能质量的指标主要是电压、频率和波形。其中，波形部分可分三相负载不平衡以及谐波。相对来说，波形上的电能质量问题在微电网运行中更加难以处理，尤其在中小型电气系统中，不平衡与非线性负载的存在会明显地导致电压质量的恶化。在此情况下，光伏等电源发出的直流电在并网前，逆变器需要用正负序解耦的方法把电网电压中正序分量和负序分量检测出来，再分别对二者及其占比分量大的谐波进行控制，来保证供给用户或者并入电网电能的质量。

在微电网系统中，应着重关注低电压穿越（low voltage ride-through， LVRT）、网侧电流质量以及并网点（或关键负载点）电压质量等相关参数来保证供电质量。而通过使用并网逆变器进行电能质量调节的方法主要源自于APF的相关技术，尤其是基于模拟电阻的谐波抑制方法。此方法不仅提高了电压质量，也增加了系统阻尼，与微电网应用场景的契合度很高。

3 协同补偿的实现

在微网电能质量调节中，除了电能质量以外，平均分配各发电系统的功率也是很关键的一部分：它在一定程度上决定了系统能否稳定、安全地运行。传统的下垂控制能够实现P和Q的均分，对负序和谐波的控制效果并不理想（二者皆为波动功率）。

4 结论

本文阐述、讨论了微电网电能质量调节的各种控制方法和管理策略以及相应控制系统整体架构，分层控制理念是微电网可靠运行的必要基础，是实现优质电能质量目标的前提。

未来的电网将是传统的主干电网与若干个微电网的有机综合体，各微电网之间及微电网与系统电网间的互相连接、电能交换与电能质量影响等课题是未来研究的重点方向。系统的经济性、稳定性、效率等其他目标也需要与电能质量调节相互联系，以实现整个系统的全面优化控制。

参考文献：

[1]张宸宇.微网及含微网的配电网电能质量综合控制研究[D].东南大学，2016.

[2]李梦达.基于太阳能发电的微电网电能质量时频分析及控制策略研究[D].东北石油大学，2016.

[3]黄媛.含多逆变器微网的电能质量控制若干关键技术研究[D].湖南大学，2016.

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