微電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)控制對(duì)電能質(zhì)量的保障

杜彬

摘要：微電網(wǎng)是一種將“發(fā)、配、用”有機(jī)結(jié)合的一體化系統(tǒng)，結(jié)合了分布式發(fā)電、儲(chǔ)能裝置、監(jiān)控和保護(hù)裝置以及各種負(fù)荷，可以實(shí)現(xiàn)自我控制，具備能量管理能力，可以并網(wǎng)或離網(wǎng)運(yùn)行。同時(shí)，作為能源互聯(lián)網(wǎng)中的重要組成部分，微電網(wǎng)可以使得 DG 更加靈活、高效、智能地接入。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)儲(chǔ)能;系統(tǒng)控制;電能質(zhì)量

1.微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行特性分析

與傳統(tǒng)電網(wǎng)相比，微電網(wǎng)融合了風(fēng)、光、儲(chǔ)等不同能源形式，運(yùn)行方式更加靈活。微電網(wǎng)大量采用電力電子變換器作為接口裝置，響應(yīng)速度快、功率靈活可控，但大量的電力電子接口裝置導(dǎo)致微電網(wǎng)慣性較弱，更易受功率波動(dòng)的影響。同時(shí)，微電網(wǎng)具有較小的短路比，表現(xiàn)出弱電網(wǎng)特征。微電網(wǎng)中公共母線與并網(wǎng)逆變器存在一定的電網(wǎng)阻抗，這會(huì)影響并網(wǎng)逆變器的安全穩(wěn)定運(yùn)行和原有并網(wǎng)逆變器參數(shù)，從而導(dǎo)致控制性能變差，也會(huì)削弱原有的阻尼效應(yīng)，導(dǎo)致并網(wǎng)電流畸變。微電網(wǎng)可以分別運(yùn)行于并、離網(wǎng)狀態(tài)，并網(wǎng)模式下微電網(wǎng)通過公共耦合點(diǎn)接入傳統(tǒng)電網(wǎng)。當(dāng)微電網(wǎng)中電能充足時(shí)，一部分供給本地負(fù)荷，其余通過 PCC 傳輸至電網(wǎng);當(dāng)微電網(wǎng)中能量不足時(shí)，由大電網(wǎng)和微電網(wǎng)共同為微電網(wǎng)負(fù)荷供電。孤島運(yùn)行模式適用于大電網(wǎng)出現(xiàn)故障或獨(dú)立供電情況。相較于大電網(wǎng)，微電網(wǎng)中傳統(tǒng)電能質(zhì)量問題， 如電壓波動(dòng)等問題更為嚴(yán)重，且 PCC 處的電能質(zhì)量會(huì)影響大電網(wǎng)以及微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。另外，微電網(wǎng)中新能源滲透率逐步提高，電力電子設(shè)備所占比例越來越大，電力電子技術(shù)的復(fù)雜性和多樣性延伸出一些新的電能質(zhì)量問題，如間諧波和超高次諧波。

2.微電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)控制對(duì)電能質(zhì)量的保障措施

2.1電壓偏差治理

針對(duì)微電網(wǎng)并網(wǎng)中電壓偏差，可利用其中已經(jīng)存在的電力電子變換器，通過控制策略實(shí)現(xiàn)電壓偏差治理。針對(duì)孤島運(yùn)行模式下微電網(wǎng)中負(fù)載變化導(dǎo)致的電壓偏差，采用基于擾動(dòng)觀測(cè)器的雙向 AC/DC 換流器電壓波動(dòng)控制策略，對(duì)外界干擾量快速跟蹤，以提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能與穩(wěn)定性，從而有效抑制電壓偏差。基于一種自適應(yīng)可調(diào)模糊粒子群算法，以有功損耗、總電壓偏差和電壓穩(wěn)定性指標(biāo)為目標(biāo)函數(shù)，通過無功優(yōu)化的調(diào)度實(shí)現(xiàn)有功損耗與總電壓偏差最小。

2.2 頻率偏差治理

微電網(wǎng)中出現(xiàn)頻率偏差的主要原因是新能源發(fā)電系統(tǒng)慣性較低。在 VSG 的基礎(chǔ)上，采用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，在不同階段自適應(yīng)選擇參數(shù)，從而控制雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組中的虛擬慣量，減小外界干擾下的頻率偏差。此外，近些年來電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)接入電網(wǎng)數(shù)目越來越多，可利用電動(dòng)汽車作為移動(dòng)儲(chǔ)能裝置進(jìn)行微電網(wǎng)調(diào)頻，提出一種電動(dòng)汽車參與孤島運(yùn)行的微電網(wǎng)輔助調(diào)頻充放電控制策略，利用頻率差額以及目前電動(dòng)汽車荷電狀況調(diào)節(jié)充放電功率指令，利用VSG 控制電動(dòng)汽車的充放電操作，使電動(dòng)汽車參與微電網(wǎng)調(diào)頻并抑制頻率偏差。

2.3電壓暫降治理

電壓暫降治理通常采用固態(tài)快速切換開關(guān)和 STATCOM 等電力電子設(shè)備。SSTS 通過切換暫降線路，將敏感負(fù)載快速、可靠地切換至備用電源。DVR 通過串聯(lián)儲(chǔ)能元件補(bǔ)償電壓，保持電壓穩(wěn)定，但其治理效果受負(fù)荷容量影響。針對(duì)微電網(wǎng)中DVR 單獨(dú)使用無容量受限的情況，將配備蓄電池的儲(chǔ)能系統(tǒng)通過 Buck 電路與 DVR 進(jìn)行連接，通過儲(chǔ)能系統(tǒng)為 DVR 提供足夠的能量，從而抑制電壓暫降現(xiàn)象，確保微電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定。

2.4電壓波動(dòng)治理

微電網(wǎng)中光伏、風(fēng)電等能源并網(wǎng)場(chǎng)景下電壓波動(dòng)主要與電源出力引起有功功率的波動(dòng)有關(guān)。由于風(fēng)電發(fā)電、光伏發(fā)電易受外界條件影響，導(dǎo)致電壓波動(dòng)，采用一種改進(jìn)粒子群算法對(duì)蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中的有功功率和無功功率進(jìn)行控制，減小外界干擾對(duì)功率穩(wěn)定性的影響，從而抑制微電網(wǎng)電壓波動(dòng)。對(duì)于微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)，大型沖擊性負(fù)載的接入引起的電壓波動(dòng)，提出一種能夠快速跟蹤 DG 出力和負(fù)荷功率變化等擾動(dòng)量的電壓觀測(cè)器，應(yīng)用于雙向AC/DC 變流器母線，提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能和魯棒性?；谙辔豢臻g法，提出電壓波動(dòng)控制策略，其基本原理為通過快速跟蹤負(fù)載電壓幅值的變化，進(jìn)行補(bǔ)償，從而抑制 PCC 電壓波動(dòng)。

2.5三相不平衡治理

微電網(wǎng)電源故障或者三相負(fù)載不平衡均可能產(chǎn)生三相不平衡現(xiàn)象，其治理主要通過拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或控制策略的優(yōu)化、安裝 SVG 等電能質(zhì)量治理裝置或引入儲(chǔ)能設(shè)備實(shí)現(xiàn)。針對(duì)交直流混合微網(wǎng)三相不平衡問題，在直流微網(wǎng)內(nèi)采用分段下垂的自治分布儲(chǔ)能系統(tǒng)，通過相間功率交換以及直流儲(chǔ)能調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)三相負(fù)載功率平衡。采用多變流器并聯(lián)+z 型接地變壓器結(jié)構(gòu)的變流器，提出一種基于正序旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的 PI+VPI 控制策略，對(duì)由于不平衡負(fù)荷造成的輸出電壓不平衡進(jìn)行補(bǔ)償，進(jìn)而保證設(shè)備的供電質(zhì)量。由于大量不平衡負(fù)載導(dǎo)致微電網(wǎng)三相電壓不平衡，針對(duì)微電網(wǎng)孤島運(yùn)行模式，提出一種基于虛擬阻抗的電壓不平衡補(bǔ)償策略，引入虛擬負(fù)序阻抗補(bǔ)償負(fù)序電流，通過解耦的控制算法分別獨(dú)立控制正序和負(fù)序分量。

2.6諧波治理

諧波治理可采用無源濾波器和 APF 方案，其中無源治理方案連接方式簡(jiǎn)單、成本較低，但只能對(duì)特定次諧波進(jìn)行濾除，無法對(duì)變化的諧波進(jìn)行針對(duì)性濾除，靈活性不好。APF 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)性好、準(zhǔn)確度高，且可以對(duì)特定次諧波進(jìn)行濾除，靈活性高，但易受電網(wǎng)參數(shù)影響，易因過載而退出運(yùn)行。針對(duì)微電網(wǎng)因電網(wǎng)阻抗過大以及相鄰微電網(wǎng)距離不可忽略時(shí)傳統(tǒng) APF 的補(bǔ)償性能不佳的問題，提出一種基于諧波阻抗匹配的治理方案，通過檢測(cè)線路中點(diǎn)的諧波電壓，協(xié)調(diào)控制APF 諧波阻抗，并根據(jù)諧波含量自動(dòng)調(diào)節(jié)線路兩端諧波阻抗相角，在電網(wǎng)阻抗較大時(shí)，也能對(duì)諧波進(jìn)行有效補(bǔ)償。

結(jié)語

目前，智能電網(wǎng)不斷發(fā)展，微電網(wǎng)作為 SG 的重要組成部分，將緊隨其發(fā)展趨勢(shì)，并結(jié)合大數(shù)據(jù)、AI 和深度學(xué)習(xí)等逐步走向智能化，微電網(wǎng)中的電能質(zhì)量治理也將從“先污染，后治理”走向“提前、主動(dòng)治理”，從單一治理走向綜合性、集成化的綜合電能質(zhì)量治理。

參考文獻(xiàn)

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