李建林，等利用储能系统提升电网电能质量研究综述 波、三相不平衡等，动态电能质量问题一般包括电压 往往雄以有效实现电压控制，因此需要对有功功率 波动、电压暂降等。当然，实际电网中可能是上述多 进行调控。限制可再生能源出力是最为直接简单的 个问题的组合，一般称为综合电能质量问题。储能 方法，但不符合绿色能源发展的根本宗旨。针对这 参与电网调频，已是当前的一个热点应用领域，相关 一问题，文献[26]提出了光储系统柔性并网模型，通 研究综述参见文献[18-19]。本文所述电能质量取 过并网变流器P/Q解耦控制使全网节点电压满足 狭义的电压质量和电流质量及其综合问题的定义。 安全约束。储能可平衡最优并网有功功率与光伏最 储能系统因其具备功率的四象限快速调节能 大出力之间的差值。柔性并网光储系统结构参见附 力，对于电网不同类型的电能质量问题具有显著的 录A图A1。文献[27]为实现全网电压分布、经济 技术比较优势，具体如图2所示。 性和生态效益最大化，提出了光伏、储能综合优化配 储能进行有功/无功协调控制.更有利于 电压 置模型，提出的模糊带精英策略的非支配排序的遗 可再生能源高渗透电网的电压控制 偏差 传算法可较好解决储能设备的安全约束。文献[28] 储能利用变流器利余容量可实现与APF 定义了新的电压偏差因子(LVF),通过两层决策实 相同的有源滤被功能，无须重复配置APT 谐波 现了微网中分布式电源与储能位置与容量的优化， 串并联侧协调进行电压和电流平衡补 三相 保证了较低的电压偏差和更好的电压质量。 偿，所需参数更易获得，补偿精度高 不平衡 综上所述，相对于主网，未来配电网中的电压偏 (a)稳态电能质量问题 差治理需要进行有功功率/无功功率的同时优化，单 储能系统能快速实现有功/无功的支撑】 电压 纯的无功调节可能“失效”。因此，对于清洁能源高 适用面更大，可解决不同原因引起的电 被动 压波动 渗透的电缆化配电网的电压调节，储能将发挥难以 串并混联储能系统，串联侧可类似DVR 替代的作用29-3]。进一步研究中，需要在主动配电 电压 运行，并联侧可以支撑无功调整，治理 2 暂降 网和微网规划中将储能与传统调节设备（有载调压 效果更优 (b)动态电能质量问题 变压器(OLTC)和电容器)、分布式静止同步补偿器 (DSTATCOM)、柔性新能源、可控负荷、柔性互联 图2储能系统提升电网电能质量的技术优势 Fig.2 Technological advantages of energy storage 装置、能源路由器、电力电子变压器)等进行综合建 system for power quality improvement 模：在运行控制研究中，须计及不同类型调节资源在 成本、可靠性、响应时间尺度等方面的差异；对于决 2储能提升稳态电能质量技术 策模型存在的非凸问题，需要引入人工智能求解算 法[323)：在规划配置研究中，除计及电能质量日标， 2.1电压偏差 还应进一步考虑可靠性、潮流均衡、电网利用率等多 电压偏差在电网中通常表现为过电压和欠电压 个目标，规划的范围可拓展到包括储能系统与上述 这2种现象，一般是由网架结构不合理、大容量负荷 各类调节设备的整体。 投切、变压器分接头异常、高渗透率可再生能源并网 2.2谐波 等原因引发[20)。 电网中大量存在的非线性电气设备是谐波产生 利用并联电容器组和STATCOM/SVG,以及 的根源。电网侧，谐波会造成变压器损坏、保护误/ 并网变流器剩余容量进行无功补偿调节，是当前进 拒动作；用户侧，谐波会影响各类精密设备运行，严 行电压偏差治理的经典方案[20-2。文献[23]提出了 重时将可能中断生产。 一种基于Mamdani模糊推理的户用光伏无功控制 相对于RLC无源滤波器，APF是当前治理谐 策略，该策略将电压偏移量、光伏有功变化率进行分 波的先进技术设备。文献[34-35]分别从增大负载 析处理，控制各节点用户光伏逆变器实现电压偏差 侧等效阻抗和优化变流器控制策略这2个方面，提 治理；文献[24-25]从光伏系统辅助提供无功输出角 升了并联型AP℉的谐波治理效果。文献[36]提出 度，分别提出计及负荷特性及光伏无功成本的配电 基于等效电阻概念和功率平衡原理的串联型AP℉ 网电压协调控制方法和长时间尺度下考虑电压越限 新型控制策略，通过在负载侧检测谐波电压，产生与 风险的配电网无功优化调度模型。 其大小相等、方向相反的电压，用以抵消负载产生的 近年来，高渗透率清洁能源并网造成的电压偏 谐波电压。该控制策略不需要进行复杂的谐波检测 高问题日渐突出。由于配电网电缆线路具有阻抗比 和计算，通过简单的控制电路就可以获得参考信号， (R/X)较大的特点，有功/无功潮流都会对节点电 实现了电压谐波的自主补偿。 压产生较大影响，上述设备只能进行单纯无功调节， 光伏并网变流器在治理电网电流谐波上也取得 http://www.aeps-info.com 17http://www.aeps-info.com 波、三相不平衡等,动态电能质量问题一般包括电压 波动、电压暂降等。当然,实际电网中可能是上述多 个问题的组合,一般称为综合电能质量问题。储能 参与电网调频,已是当前的一个热点应用领域,相关 研究综述参见文献[18-19]。本文所述电能质量取 狭义的电压质量和电流质量及其综合问题的定义。 储能系统因其具备功率的四象限快速调节能 力,对于电网不同类型的电能质量问题具有显著的 技术比较优势,具体如图2所示。 (b) *6BFKM (a) /*6BFKM 6E=AU *6#P#E*4+* 6* "F (APF , +#$"6UMFF4APF 5AE=* *"== UL8U=1P *  A" , = * " * K 6246E(+U E*LU ? B+* " #5624U5 1DVR D=U5 AU!)  图2 储能系统提升电网电能质量的技术优势 Fig.2 Technologicaladvantagesofenergystorage systemforpowerqualityimprovement 2 储能提升稳态电能质量技术 2.1 电压偏差 电压偏差在电网中通常表现为过电压和欠电压 这2种现象,一般是由网架结构不合理、大容量负荷 投切、变压器分接头异常、高渗透率可再生能源并网 等原因引发[20]。 利用并联电容器组和 STATCOM/SVG,以及 并网变流器剩余容量进行无功补偿调节,是当前进 行电压偏差治理的经典方案[20-24]。文献[23]提出了 一种基于 Mamdani模糊推理的户用光伏无功控制 策略,该策略将电压偏移量、光伏有功变化率进行分 析处理,控制各节点用户光伏逆变器实现电压偏差 治理;文献[24-25]从光伏系统辅助提供无功输出角 度,分别提出计及负荷特性及光伏无功成本的配电 网电压协调控制方法和长时间尺度下考虑电压越限 风险的配电网无功优化调度模型。 近年来,高渗透率清洁能源并网造成的电压偏 高问题日渐突出。由于配电网电缆线路具有阻抗比 (R/X)较大的特点,有功/无功潮流都会对节点电 压产生较大影响,上述设备只能进行单纯无功调节, 往往难以有效实现电压控制,因此需要对有功功率 进行调控。限制可再生能源出力是最为直接简单的 方法,但不符合绿色能源发展的根本宗旨。针对这 一问题,文献[26]提出了光储系统柔性并网模型,通 过并网变流器P/Q 解耦控制使全网节点电压满足 安全约束。储能可平衡最优并网有功功率与光伏最 大出力之间的差值。柔性并网光储系统结构参见附 录 A 图 A1。文献[27]为实现全网电压分布、经济 性和生态效益最大化,提出了光伏、储能综合优化配 置模型,提出的模糊带精英策略的非支配排序的遗 传算法可较好解决储能设备的安全约束。文献[28] 定义了新的电压偏差因子(LVF),通过两层决策实 现了微网中分布式电源与储能位置与容量的优化, 保证了较低的电压偏差和更好的电压质量。 综上所述,相对于主网,未来配电网中的电压偏 差治理需要进行有功功率/无功功率的同时优化,单 纯的无功调节可能“失效”。因此,对于清洁能源高 渗透的电缆化配电网的电压调节,储能将发挥难以 替代的作用[29-31]。进一步研究中,需要在主动配电 网和微网规划中将储能与传统调节设备(有载调压 变压器(OLTC)和电容器)、分布式静止同步补偿器 (DSTATCOM)、柔性新能源、可控负荷、柔性互联 装置、能源路由器、电力电子变压器)等进行综合建 模;在运行控制研究中,须计及不同类型调节资源在 成本、可靠性、响应时间尺度等方面的差异;对于决 策模型存在的非凸问题,需要引入人工智能求解算 法[32-33] ;在规划配置研究中,除计及电能质量目标, 还应进一步考虑可靠性、潮流均衡、电网利用率等多 个目标,规划的范围可拓展到包括储能系统与上述 各类调节设备的整体。 2.2 谐波 电网中大量存在的非线性电气设备是谐波产生 的根源。电网侧,谐波会造成变压器损坏、保护误/ 拒动作;用户侧,谐波会影响各类精密设备运行,严 重时将可能中断生产。 相对于 RLC 无源滤波器,APF 是当前治理谐 波的先进技术设备。文献[34-35]分别从增大负载 侧等效阻抗和优化变流器控制策略这2个方面,提 升了并联型 APF的谐波治理效果。文献[36]提出 基于等效电阻概念和功率平衡原理的串联型 APF 新型控制策略,通过在负载侧检测谐波电压,产生与 其大小相等、方向相反的电压,用以抵消负载产生的 谐波电压。该控制策略不需要进行复杂的谐波检测 和计算,通过简单的控制电路就可以获得参考信号, 实现了电压谐波的自主补偿。 光伏并网变流器在治理电网电流谐波上也取得 17 李建林,等 利用储能系统提升电网电能质量研究综述