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智能電網(wǎng)的電能質(zhì)量怎樣控制？

發(fā)布時(shí)間：

2023-12-20

隨著太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等新能源以分布式發(fā)電、微電網(wǎng)、中小型電站(含儲能電站、電動汽車充電站)等形式大量接入配電網(wǎng)，使得新形勢下的智能電網(wǎng)面臨諸多新問題。圖1描述了智能電網(wǎng)架構(gòu)下的電能質(zhì)量控制結(jié)構(gòu)，其主要由分布式發(fā)電、輸配電網(wǎng)絡(luò)、用電負(fù)荷、電能質(zhì)量補(bǔ)償器等構(gòu)成。一方面，作為新能源接入的核心動力，電力電子變換裝備的大量接入，使得輸配電網(wǎng)的電能質(zhì)量呈現(xiàn)新特征、新問題，亟待解決;另一方面，用電側(cè)負(fù)荷的多樣性、非線性、沖擊性等日益加劇，電能高效利用迫在眉睫，這些新問題給電能質(zhì)量控制技術(shù)帶來了機(jī)遇與挑戰(zhàn)。作為智能電網(wǎng)的核心，微電網(wǎng)是耦合了多種能源的非線性復(fù)雜系統(tǒng)，其內(nèi)部的分布式電源具有間歇性、復(fù)雜性、多樣性、不穩(wěn)定性等特點(diǎn)，其電能質(zhì)量呈現(xiàn)的新問題與新特征日益突出。因此，為保證微電網(wǎng)接入情況下配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，亟需研究和解決的關(guān)鍵問題之一就是電能質(zhì)量問題

1、電能質(zhì)量補(bǔ)償器的分類

電能質(zhì)量補(bǔ)償控制技術(shù)可分為主動控制技術(shù)和被動治理技術(shù)。圖2針對不同的電能質(zhì)量問題，對相應(yīng)的補(bǔ)償裝置進(jìn)行分類介紹。被動治理技術(shù)是通過并接或串接額外的電力電子補(bǔ)償器來抑制或治理諸如諧波、無功、三相不平衡等電能質(zhì)量問題，補(bǔ)償裝置主要包括無源電力濾波器(PPF)、有源電力濾波器(APF)、混合型有源電力濾波器(HAPF)、無功補(bǔ)償器、動態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)、電能質(zhì)量綜合調(diào)節(jié)器(UPQC)等。其中，基于模塊化多電平變換器(MMC)的電能質(zhì)量補(bǔ)償器因其低壓模塊化串級結(jié)構(gòu)，正成為中高壓電能質(zhì)量治理技術(shù)的研究熱點(diǎn)與未來趨勢。而主動控制技術(shù)是用電設(shè)備或分布式電源通過改變自身的輸入或輸出阻抗特性來兼顧電能質(zhì)量治理功能。電能質(zhì)量主動控制技術(shù)不僅可提升電能利用率，還能在無需增加額外的補(bǔ)償器的情況下，改善系統(tǒng)整體的電能質(zhì)量。

2、電能質(zhì)量補(bǔ)償器的控制方法

目前，電能質(zhì)量補(bǔ)償器多采用電壓源型或電流源型變換器。常用的補(bǔ)償器電流控制方法主要有：滯環(huán)控制，無差拍控制，模型預(yù)測控制，比例積分(PI)控制，比例諧振(PR)控制，重復(fù)控制及非線性魯棒控制等。此外，通過改進(jìn)常規(guī)電流控制，可以改善單一電流控制方式的控制性能。比如：常規(guī)PI和矢量PI結(jié)合的控制方法，可簡化諧波檢測環(huán)節(jié);諧波分頻補(bǔ)償方式，與傳統(tǒng)全頻段補(bǔ)償方式相比，提高各次諧波的檢測精度與補(bǔ)償精度，特別適用于各種高低壓混合有源濾波裝置等。

3、大型分布式電站的電能質(zhì)量分析與控制

隨著光伏、風(fēng)能等大型分布式電站(10 kV~35 kV等級)的滲透率的提高,主要由多逆變器構(gòu)成的分布式電站系統(tǒng)所產(chǎn)生的諧波與輸配電系統(tǒng)的交互耦合也愈加復(fù)雜。分布式電站輸出的諧波呈現(xiàn)出高頻次、寬頻域的特性。圖3為典型分布式電站諧振放大系數(shù)與諧波次數(shù)、輸電距離的關(guān)系。諧波在輸電網(wǎng)傳播的過程中，受輸電線中的分布電容以及背景諧波電壓等因素的影響，會產(chǎn)生電流和電壓的諧振放大。有2種治理方案可抑制寬頻域諧波在輸電網(wǎng)絡(luò)中的串并聯(lián)諧振問題，即：改變輸電網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，通過并聯(lián)電抗器達(dá)到消除諧振的目的;安裝高壓混合有源濾波裝置，降低流入電網(wǎng)的諧波電流含量。

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