微电网储能系统控制对电能质量的保障

杜彬

摘要：微电网是一种将“发、配、用”有机结合的一体化系统，结合了分布式发电、储能装置、监控和保护装置以及各种负荷，可以实现自我控制，具备能量管理能力，可以并网或离网运行。同时，作为能源互联网中的重要组成部分，微电网可以使得 DG 更加灵活、高效、智能地接入。

关键词：微电网储能;系统控制;电能质量

1.微电网结构及运行特性分析

与传统电网相比，微电网融合了风、光、储等不同能源形式，运行方式更加灵活。微电网大量采用电力电子变换器作为接口装置，响应速度快、功率灵活可控，但大量的电力电子接口装置导致微电网惯性较弱，更易受功率波动的影响。同时，微电网具有较小的短路比，表现出弱电网特征。微电网中公共母线与并网逆变器存在一定的电网阻抗，这会影响并网逆变器的安全稳定运行和原有并网逆变器参数，从而导致控制性能变差，也会削弱原有的阻尼效应，導致并网电流畸变。微电网可以分别运行于并、离网状态，并网模式下微电网通过公共耦合点接入传统电网。当微电网中电能充足时，一部分供给本地负荷，其余通过 PCC 传输至电网;当微电网中能量不足时，由大电网和微电网共同为微电网负荷供电。孤岛运行模式适用于大电网出现故障或独立供电情况。相较于大电网，微电网中传统电能质量问题， 如电压波动等问题更为严重，且 PCC 处的电能质量会影响大电网以及微电网的稳定运行。另外，微电网中新能源渗透率逐步提高，电力电子设备所占比例越来越大，电力电子技术的复杂性和多样性延伸出一些新的电能质量问题，如间谐波和超高次谐波。

2.微电网储能系统控制对电能质量的保障措施

2.1电压偏差治理

针对微电网并网中电压偏差，可利用其中已经存在的电力电子变换器，通过控制策略实现电压偏差治理。针对孤岛运行模式下微电网中负载变化导致的电压偏差，采用基于扰动观测器的双向 AC/DC 换流器电压波动控制策略，对外界干扰量快速跟踪，以提高系统动态性能与稳定性，从而有效抑制电压偏差。基于一种自适应可调模糊粒子群算法，以有功损耗、总电压偏差和电压稳定性指标为目标函数，通过无功优化的调度实现有功损耗与总电压偏差最小。

2.2 频率偏差治理

微电网中出现频率偏差的主要原因是新能源发电系统惯性较低。在 VSG 的基础上，采用深度神经网络算法，在不同阶段自适应选择参数，从而控制双馈感应风电机组中的虚拟惯量，减小外界干扰下的频率偏差。此外，近些年来电动汽车充电系统接入电网数目越来越多，可利用电动汽车作为移动储能装置进行微电网调频，提出一种电动汽车参与孤岛运行的微电网辅助调频充放电控制策略，利用频率差额以及目前电动汽车荷电状况调节充放电功率指令，利用VSG 控制电动汽车的充放电操作，使电动汽车参与微电网调频并抑制频率偏差。

2.3电压暂降治理

电压暂降治理通常采用固态快速切换开关和 STATCOM 等电力电子设备。SSTS 通过切换暂降线路，将敏感负载快速、可靠地切换至备用电源。DVR 通过串联储能元件补偿电压，保持电压稳定，但其治理效果受负荷容量影响。针对微电网中DVR 单独使用无容量受限的情况，将配备蓄电池的储能系统通过 Buck 电路与 DVR 进行连接，通过储能系统为 DVR 提供足够的能量，从而抑制电压暂降现象，确保微电网电压的稳定。

2.4电压波动治理

微电网中光伏、风电等能源并网场景下电压波动主要与电源出力引起有功功率的波动有关。由于风电发电、光伏发电易受外界条件影响，导致电压波动，采用一种改进粒子群算法对蓄电池储能系统中的有功功率和无功功率进行控制，减小外界干扰对功率稳定性的影响，从而抑制微电网电压波动。对于微电网孤岛运行时，大型冲击性负载的接入引起的电压波动，提出一种能够快速跟踪 DG 出力和负荷功率变化等扰动量的电压观测器，应用于双向AC/DC 变流器母线，提高系统的动态响应性能和鲁棒性。基于相位空间法，提出电压波动控制策略，其基本原理为通过快速跟踪负载电压幅值的变化，进行补偿，从而抑制 PCC 电压波动。

2.5三相不平衡治理

微电网电源故障或者三相负载不平衡均可能产生三相不平衡现象，其治理主要通过拓扑结构或控制策略的优化、安装 SVG 等电能质量治理装置或引入储能设备实现。针对交直流混合微网三相不平衡问题，在直流微网内采用分段下垂的自治分布储能系统，通过相间功率交换以及直流储能调节实现三相负载功率平衡。采用多变流器并联+z 型接地变压器结构的变流器，提出一种基于正序旋转坐标系的 PI+VPI 控制策略，对由于不平衡负荷造成的输出电压不平衡进行补偿，进而保证设备的供电质量。由于大量不平衡负载导致微电网三相电压不平衡，针对微电网孤岛运行模式，提出一种基于虚拟阻抗的电压不平衡补偿策略，引入虚拟负序阻抗补偿负序电流，通过解耦的控制算法分别独立控制正序和负序分量。

2.6谐波治理

谐波治理可采用无源滤波器和 APF 方案，其中无源治理方案连接方式简单、成本较低，但只能对特定次谐波进行滤除，无法对变化的谐波进行针对性滤除，灵活性不好。APF 实时动态性好、准确度高，且可以对特定次谐波进行滤除，灵活性高，但易受电网参数影响，易因过载而退出运行。针对微电网因电网阻抗过大以及相邻微电网距离不可忽略时传统 APF 的补偿性能不佳的问题，提出一种基于谐波阻抗匹配的治理方案，通过检测线路中点的谐波电压，协调控制APF 谐波阻抗，并根据谐波含量自动调节线路两端谐波阻抗相角，在电网阻抗较大时，也能对谐波进行有效补偿。

结语

目前，智能电网不断发展，微电网作为 SG 的重要组成部分，将紧随其发展趋势，并结合大数据、AI 和深度学习等逐步走向智能化，微电网中的电能质量治理也将从“先污染，后治理”走向“提前、主动治理”，从单一治理走向综合性、集成化的综合电能质量治理。

参考文献

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