新能源微电网电压稳定性分析及控制策略

张一 张玄哲

摘 要：当前，新能源已经成为驱动社会发展的主要能源之一。随着新一轮能源革命的推进，新能源的应用范围越来越广，它能够有效提高微电网运行效率，保证微电网运行质量。新能源微电网可以构建新型区域能源生态系统，改变传统能源结构，提高能源综合利用率，优化我国经济增长方式，实现我国电网产业的快速升级。

关键词：新能源;微电网;电压;稳定;控制

中图分类号：TM712文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）14-0130-03

Abstract： At present， new energy has become one of the main energy sources driving social development. With the advancement of a new round of energy revolution， the application range of new energy is becoming wider and wider， which can effectively improve the operating efficiency of the micro-grid and ensure the quality of the micro-grid. The new energy microgrid can build a new type of regional energy ecosystem， change the traditional energy structure， improve the comprehensive utilization rate of energy， optimize China's economic growth mode， and realize the rapid upgrade of China's power grid industry.

Keywords： new energy;microgrid;voltage;stability;control

新能源微电网具有并网和独立两种运行模式，不同的模式适用于不同的应用场景，而联网型新能源微电网一般会与电网并网运行，实现能量的双向交换，同时可以采取先进的控制策略和控制手段，在电网内实现高效的能源供给。另外，独立型新能源微电网可以利用自身的分布形式满足微电网内的负荷要求，需要配置储能系统来达到不同能源之间的功率平衡，可以使用更多清洁能源来为用户供能。所以，对新能源微电网电压稳定性进行分析和控制策略研究是当前实现我国电网稳定的关键。

1 新能源微电网概述

近年来，我国可再生能源的种类越来越多，应用范围越来越广。微电网是能源互联网中新能源利用的重要接口，也是今后能源互联网中重要的新能源应用载体。传统的微电网稳定性不强，应用范围不广，而在新能源下实现不同能源之间的互联让当前的电力系统层次更加丰富，影响更加广泛。在科学技术的推动下，“互联网+”理念与微电网的有效结合更能提高控制效果，而能源互联网是一种新兴技术，可以提高能源利用效率。微电网的发展既要应用新能源，又要将传统能源和新能源有效结合，实现能源供给转换和分配的一体化[1]。微电网能以电力局域网的身份融入能源互联网，实现电网信息的快速传输和处理，最终形成多层次、多功能、多效果的综合性互联网络，如图1所示。

2 新能源微电网电压稳定性分析

2.1 维持新能源微电网电压稳定性的方法

首先，应按照新能源微电网运行要求对各个层次电压进行有效控制，在维持相关参数信息准确性的条件下制定合理的控制策略，从而保证新能源微电网电压稳定性和综合管理效果，彰显新能源微电网的运行优势和现实作用，并将新能源微电网电压稳定性效果提升到一定高度。其次，应做好各项基础数据信息收集工作，并按照各项基础数据信息制定新能源微电网电压稳定性调整方案，逐步提升实际调整效果和综合处理水平，保证稳定性控制效果，使得新能源微电网电压稳定性达到合理状态。最后，应对相关工作人员展开有效培训，并按照实际培训效果引导相关人员全面参与新能源微电网电压稳定性控制，从而有效维持新能源微电网电压稳定性和电网运行安全性，确保新能源微电网电能传输和电压管理得到有效保障。

2.2 影响新能源微电网电压稳定性的因素

对于新能源微电网来说，在实际运行过程中可能会因为电压稳定性不达标而出现问题，这就影响其运行效果和现实应用。基于此，就应针对新能源微电网电压稳定性展开有效分析，了解长时间运行过程中出现电压稳定性变差的原因。就目前来看，原因主要表现在能源、设备和层次这三方面。在微电网运行中，若新能源应用不合理，会导致微电网电压发生变化，影响新能源微电网的电压稳定性和实际运行效果;若设备配置不合理，也会导致电网出现电压变化和整体稳定性下降;若没有对电压进行分层控制，新能源微电网电压稳定性会受到很大限制[2]。

3 微电网储能技术分析

当前，新能源逐渐朝多元化和清洁化的方向发展，可以优化传统能源结构，促进能源战略转型，它已经成为我国微电网运行的重要基础。风能、太阳能等新能源都是微电网中广泛应用的能源，分布式电源大规模集成能够提升微电网的连续性和稳定性，而高效、可靠的储能系统是新能源发展的重要支柱。微电网有效应用储能技术，能够加强储能系统控制，通过智能方式使电源控制更加有效，避免电源存在随机性和间歇性问题，提升了分布式电源的稳定性和可调度性。同时，分布式电源能够为微电网提供能量缓冲，实现高峰放电、削峰填谷的效果。此外，由于储能系统的特殊性，微电网能够实现无缝平滑切换，有效提供功率支撑，改善电网的电能质量[3]。

近年来，我国微电网储能技术应用范围越来越广，电力企业可以根据电能供应速度加以储存，保证管理体系和共用系统的完整性，同时提高功率输出能力，延长设备使用寿命。在电网运行过程中，要将不同的储能装置整合为一体，加强運行目标和运行状态的把控，实现混合储能系统的进一步发展。当然，微电网合理应用储能技术，还能减少微电网实际运行过程中的电能消耗量，确保微电网可以利用前期存储的电能维持正常运行，逐步提升微电网整体控制效果和电压维持能力，在保证微电网电压稳定性的同时，降低微电网实际运行过程中出现各项问题的可能性，彰显各项储能技术的现实作用，缓解微电网电源供能不足的问题，从而维持微电网运行的安全性和稳定性，发挥新能源微电网的应用价值，促使我国电力行业朝节能环保方向稳步发展。

4 基于分层理念的微电网控制策略

为保证新能源微电网电压稳定性和实际控制效果，电力企业要结合新能源微电网运行情况和相关要求制定合理的控制策略，彰显新能源微电网电压稳定性控制的优势和分层效果，严格按照层次划分进行电压稳定性控制，从而避免实际开展受到限制。

4.1 第一层控制

要想保证新能源微电网电压稳定，必须采用分层理念进行微电网控制。第一层控制就是分布式电源和负荷的本地自主控制，通过电源控制器和负荷控制器来保证控制的有效性，加强功率把控，做好不同功率的特定分配，保证电压和频率的稳定，实现新能源微电网的电能有效供应。分布式電源是第一层控制的关键，一般采用双环控制模式，加强内环动态和外环动态的连接，通过提高逆变器输出信号质量来加强控制。与内环相比，外环动态响应速度较慢，需要通过更加有效的控制策略来达到控制目的。内环控制算法可以有效监控新能源，同时配备经典的PI（Proportional Integral）调节器，通过单输入单输出系统来稳定把控流量，保证新能源利用的高效性。同时，流量调节仍然存在一些误差，而PI控制器能够实现流量的有效控制，进一步优化设计参数。

一般来说，不同的新能源微电网可以采用不同的控制方式。恒功率控制可以电网电压和频率作为基础，提升电源功率输出的恒定性，保障系统频率和电压的稳定，加强不同电网状态下分布式电源的控制。新能源微电网可以应用并网模式，提高发展和应用潜力，克服传统下垂控制的缺陷，更好地实现系统电压和频率的多项调控，实现无缝接换。新能源微电网电压稳定性控制过程中会出现问题，要有效研究新能源微电网各项参数，收集各项基础信息，做好新能源微电网电压规划，保证新能源微电网第一层次电压达到稳定状态，从而改善电压调度，提升新能源微电网综合管理水平，继而强化新能源微电网电压稳定性控制效果，如图2所示。

4.2 第二层控制

第二层控制是微电网管理层控制，能够对系统负荷和分布式电源进行整体把控，让微电源在整个系统中处于更加协调和稳定的状态，这样才能更好地实现不同电压之间的有效把控。第二层控制能够保证微电网安全稳定，加强无缝连接，实现有效的切换，通过上级控制实现经济目标，实现微电网的稳定运行。集中控制是第二层控制的有效手段，可以按照通信系统和中央控制器的设定方式来监控当前微电网的运行状态和新能源实际运用情况。第二层控制并非单独实施，需要与第一层控制有效结合，加强对本地控制器的控制，以便更好地接收不同电网运营商的指令。

微电网运行的中枢是分布式电源和储能系统，通过及时地调度来达到有效的控制效果。由于第二层控制的时间响应速度与基层控制相比仍然较慢，可以采用分层控制方式。同时，对中央控制器进行把控，加快计算速度和信息处理速度，进一步增加计算能力和通信容量。此外，分布式微电网需要通过实时监控来把控自主运行能力，有效交换实时信息，提升电压频率的稳定性。即使中央控制器发生故障，微电网仍然可以正常运行，不过分依赖安全通信网络。所以，分布式控制架构让新能源微电网电压稳定性更强，更符合当前微电网运行要求。同时，要保证新能源微电网第一层电压与第二层电压的关联性和稳定性，提高新能源微电网综合管理水平，有效提升新能源微电网电压调度水平，在维持新能源微电网电压稳定的同时，避免新能源微电网在实际运行过程中出现问题[4]。这就可以彰显第二层控制在新能源微电网电压稳定性控制中的作用，改善新能源微电网电压稳定性控制。

4.3 第三层控制

第三层控制是配电网管理层控制。在管理过程中，要实现整个微电网系统的稳定高效，加强不同电网之间的有效连接，通过配电网的协调运营达到整个系统的稳定。第三层控制是新能源微电网控制的中心，也是优化和调度的基础，需要加强不同电源的出力预测，并根据新能源的实际情况进行综合利用。一般来说，微电网在运行过程中不仅应用一种能源，还可以通过能源交叉的方式来提升能源应用效率。同时，第三层控制需要根据微电网运行模式、调度计划和需求管理来统筹最佳的运营策略，通过多个微电网的协调运行，加强系统的能量调度，合理把控响应速度，通过设定控制目标来加强信息预测的能力。

微电网能量优化调度需要不同能源之间的优势互补，通过有效的调度架构对中央控制器进行把控，通过实时的分布式电源和负荷信息统筹全局，实现状态的有机协调，从而达到优化目标[5]。第三层控制是微电网系统中最安全、最稳定的控制系统，也是保障新能源微电网高效运行的核心。所以，要发挥其优势，按照微电网控制策略和控制方向，突破局限，提升控制效果。近年来，我国微电网电压负荷形式逐渐增加，终端用户需求更加灵活。因此，第三层控制需要充分考虑微电网电压的稳定性，通过储能设备和双向协调配合来促进电网稳定发展，有效加强信息数据处理，保障系统稳定运行。

5 结语

微电网在能源互联网的浪潮下有着更多的功能和内涵，特别是在电力系统的骨干网中能够发挥作用，实现微电网单元的有效连接，符合当前的发展模式和规划思路。所以，当前要加强新能源在微电网中的应用，实现电网系统的稳定运行。

参考文献：

[1]刘昌金，胡长生，李霄，等.基于超导储能系统的风电场功率控制系统设计[J].电力系统自动化，2018（16）：83-88.

[2]赵卓立，杨苹，蔡泽祥，等.含风电孤立中压微电网静态电压稳定性分析及改善策略[J].电力自动化设备，2015（11）：13-19.

[3]蒋玮，周赣，王晓东，等.一种适用于微电网混合储能系统的功率分配策略[J].电力自动化设备，2015（4）：38-43.

[4]李明.微电网电压稳定性及其控制策略研究[D].株洲：湖南工业大学，2020：12-13.

[5]李正明，徐鹏坤，单晓晨.基于多智能体的微电网电压稳定性协调控制系统[J].现代电子技术，2018（10）：133-135.