趙志強

摘 要：在電力系統(tǒng)的運行過程中，微網(wǎng)電壓是一個重要的可控制因素。其穩(wěn)定性直接影響到電網(wǎng)的正常運行。因此，本文主要對微網(wǎng)電壓質(zhì)量的控制策略進行研究和分析，希望能夠給相關(guān)的研究人員提供相應的數(shù)據(jù)和資料的借鑒。

關(guān)鍵詞：分布式能源；微網(wǎng)；下垂特性；多反饋控制

中圖分類號：TM714 文獻標識碼：A

在電力行業(yè)的發(fā)展中，保證供電的穩(wěn)定性至關(guān)重要。一種可以滿足供電負荷的要求，對用電環(huán)境不會產(chǎn)生嚴重影響，而且可以對資源和電能等進行充分利用的有效途徑就是分布式能源微網(wǎng)。

1分布式能源微網(wǎng)電壓控制系統(tǒng)

電網(wǎng)的運行中，無論是微網(wǎng)還是常規(guī)電網(wǎng)都需要將電壓控制在一定的范圍內(nèi)，因此需要進行一定的控制作用，主要是進行監(jiān)控和調(diào)度。其中需要重視的是分散控制策略和下垂控制兩種方式。這兩種方式在分布式能源微電壓的控制中得到了較為廣泛的應用，但主要是采用雙向流動的方式來實現(xiàn)。而且，在具體的實施過程中，不僅會造成線路的降壓效果，同時還增加了成本和所用費用。為了實現(xiàn)分布式能源微網(wǎng)系統(tǒng)的電壓達到穩(wěn)定，需要運用相應的變換器，來進行雙向流動的控制。接下來，筆者將對分布式能源微網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行分析，在對其進行改進的基礎(chǔ)上，保證微網(wǎng)電壓只存在一個影響因素，那就是雙向變流器。同時運用下垂特性來對進行雙向變流器和對反饋控制器的轉(zhuǎn)換。而且在進行多反饋控制器的設計中，用到了功率環(huán)，因此變流器可以在并聯(lián)場合中發(fā)揮自身的價值。

2分布式能源微網(wǎng)與雙向變流器

在對分布式能源微網(wǎng)進行改進之后，呈現(xiàn)出的結(jié)構(gòu)如圖1所示。這一結(jié)構(gòu)中包含著儲能系統(tǒng)和分布式電源。這兩個部位同時進行供電工作。在對整個電網(wǎng)進行分析的過程中，可以將微網(wǎng)作為一個有機整體，與配電網(wǎng)絡進行連接。但是在其實際工作中改變了傳統(tǒng)的供電結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了節(jié)約用電成本，保護電源的功能。

在微網(wǎng)和常規(guī)電網(wǎng)進行并網(wǎng)運行時，交流電的分布式電源和質(zhì)量電的分布式電源都需要接受一定的調(diào)度指令，進行并網(wǎng)的控制運行。在這一過程中，雙向變流器以及儲能設備等對配電網(wǎng)絡進行了補充。相反在孤島運行系統(tǒng)工作的過程中，需要雙相變流器接收指令，通過對其進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)功率的雙向流動，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性?？梢?，在孤島運行中，雙向變流器處于核心位置，根據(jù)電網(wǎng)運行的特點以及運行環(huán)境來進行兩種模式的任意切換。

根據(jù)圖1所示，雙向變流器在微網(wǎng)結(jié)構(gòu)中的核心地位較為突出，因此可以對其進行合理調(diào)度。如果直流分布式電源和儲能設備都達到了無窮大，就形成了一種新的結(jié)構(gòu)。這種新的結(jié)構(gòu)主要是雙向變流器出現(xiàn)了變化，變?yōu)榱巳齻€較為獨立的單相全橋逆變器，進而完成獨立的逆變以及控制，可以和分布式能源的多變情況相適應，可以通過對其中的一相進行分析。

多反饋控制器中，要對輸出的電流進行檢測，將得出的功率數(shù)和參考率等進行比較。其中電流主要是由負載電壓和變流器的輸出電流來決定。經(jīng)過一系列計算和推理，可以完成對參考電壓的幅值、相角以及相應的周期值等相關(guān)的數(shù)據(jù)。

3多反饋控制策略

3.1倒下垂功率控制器

在分布式能源微網(wǎng)中，如果電網(wǎng)電壓幅值降低，說明DG輸出的有功功率小于微網(wǎng)內(nèi)負載所需的有功功率，則雙向變流器要向微網(wǎng)輸出有功功率；如果電網(wǎng)電壓頻率降低，說明DG輸出的無功功率大于負載消耗的無功功率，則雙向變流器要向微網(wǎng)吸收無功功率，反之亦然。通過檢測微網(wǎng)電壓的幅值和頻率，可以得到雙向變流器輸出的參考功率Pag和Qag為分布式能源的有功和無功功率給定，但在本系統(tǒng)中，雙向變流器不是分布式能源的變流器，所以考慮將微網(wǎng)中前一段時間的平均有功和無功功率作為Pag和Qag。微網(wǎng)電壓通過鎖相環(huán)得到幅值Vga、頻率fga和相位θ等信息，參考功率與實際功率P、Q進行比較，經(jīng)過比例積分控制器得到相位增量Δθ和電壓幅值增量ΔVag，相位和幅值分別進行比較后，最后合成得到參考電壓Vgaref。

3.2電壓電流雙環(huán)控制器

外環(huán)為電壓環(huán)，內(nèi)環(huán)為電流環(huán)。外環(huán)采用PI控制器，Kvp和Kvi分別為比例和積分系數(shù)，內(nèi)環(huán)采用比例控制器，Kip為比例系數(shù)。為了保證系統(tǒng)的快速跟隨性和穩(wěn)定性，電流環(huán)的設計目標是盡量拉寬頻帶，同時使Ica/Ifka小，這樣損耗在濾波電容的電能才會最小。忽略電流Ifka的騷擾影響，10kW三相雙向變流器控制系統(tǒng)的參數(shù)見表1。

4 實驗驗證

為證明文章所提出的控制方法的合理性和可行性，三相10kVA樣機的主電路參數(shù)選取如表1所示。由可變負載，光伏模擬電源為直流DG1，雙向變流器搭建組成一個簡易微網(wǎng)，光伏模擬電源向微網(wǎng)輸送恒定的5kw有功電能。傳統(tǒng)的雙環(huán)控制策略不能快速實時地穩(wěn)定的電壓，瞬時電壓會有很大的跌落；多反饋控制策略能取得很好效果。

多反饋控制策略的雙向變流器具有高效穩(wěn)定的電壓穩(wěn)控能力。實驗證明，應用多反饋控制策略的雙向變流器具有很好的穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能，使得雙向變流器作為影響微網(wǎng)電壓穩(wěn)定的唯一因素，在能源和負載多變的分布式能源微網(wǎng)系統(tǒng)中具有很好的應用前景。

結(jié)語

（1）通過以上的實驗分析可知，三相的雙向變流器是影響分布式能源微網(wǎng)電壓穩(wěn)定的重要因素，也是唯一因素。在雙向變流器的輸出電壓質(zhì)量是對多反饋控制策略性能進行減壓的重要方式。

（2）要對低壓線路的功率和電壓的幅值頻率加強重視，因為這兩者是控制系統(tǒng)運行速率以及穩(wěn)定性的重要因素。

（3）多反饋控制裝置的動態(tài)性能是較為明顯的，可以通過雙向變流器在負載多變狀態(tài)下輸出的波形來體現(xiàn)。

參考文獻

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