分布式能源規模化接入電網對電網產生了新的挑戰，主動配電網(activedistributionnetwork，ADN)技術被認為是分布式能源規?；玫挠行Ъ夹g途徑。統一電能質量控制器(unifiedpowerqualitycontroller，UPQC)作為定制電力技術中功能最強大的電能質量綜合補償裝置，能夠綜合治理主動配電網中電能質量問題，提高分布式能源接入配電網的滲透率及優化經濟運行水平。
0引言
能源是社會發展的重要物質基礎，構建服務范圍廣、配置能力強、安全可靠性高、綠色低碳的全球能源互聯網，可推動全球清潔能源高效開發、利用，實現世界能源可持續發展，智能電網技術有利于推動全球能源互聯網的發展。智能電網的重要標志之一是新能源及可再生能源發電與電網的有機結合，新能源及可再生能源的利用方式分為集中式和分布式。分布式能源(distributedenergyresources，DER)在一定程度上可承擔支持系統的責任，這將取決于適當的監管環境和接入協議，其規模化接入電網對電網產生了新的挑戰。為實現分布式能源與配電網的友好集成，提高分布式能源接入配電網的滲透率及其優化經濟運行的水平，更好地滿足電力用戶對電能質量和供電可靠性的更高要求，采用主動配電網技術(activedistributionnetwork，ADN)被認為是規?；梅植际侥茉吹挠行Ъ夹g途徑。
1分布式能源接入電網概述
分布式能源的基本構成是：分布式發電(distributedgeneration，DG)、分布式儲能(distributedenergystorage，DES)、可控負荷(controllableload，CL)等。分布式能源在一定程度上可承擔支持系統的責任，這將取決于適當的監管環境和接入協議。
由于高滲透率分布式能源接入電網后，導致電網潮流雙向流動和潮流的不確定性，分布式能源無序地接入將會導致配電網電壓越限、短路電流增大、供電可靠性降低以及電能質量惡化等問題。為實現分布式能源與配電網的友好集成，提高分布式能源接入配電網的滲透率及其優化經濟運行的水平，更好地滿足電力用戶對電能質量和供電可靠性的更高要求，采用主動配電網技術被認為是規?；梅植际侥茉吹挠行Ъ夹g途徑。
主動配電網(ADN)是通過使用靈活的網絡拓撲結構來管理潮流，以便對局部的分布式能源(DER)進行主動控制和主動管理的配電系統。主動配電網技術可以靈活地改變拓撲結構，“主動”對分布式能源的性能進行分析和預測，消除分布式能源對配電網產生的影響，實現分布式能源的高效率利用;同時能夠提高配電網對綠色能源的兼容性，有效集成高滲透率分布式能源;還能夠充分發揮分布式電源和主動負荷的作用，最大限度地減少對主網的容量需求，為電網提供調頻和電壓無功控制的幫助;并且具有良好的自愈能力，使供電質量顯著提高;還可以延緩對配電網升級的投資，提高配電網的智能化水平。主動配電網(ADN)將成為局部區域能源交換的基礎設施，為滿足分布式能源接入配電網的并網運行要求提供了技術保障，因此發展主動配電網技術勢在必行。
2含分布式能源的主動配電網電能質量問題
在主動配電網中，一方面由于分布式電源和非線性波動性負荷的種類復雜多樣，特別是風電、光伏發電輸出功率的波動性、隨機性、間歇性特點，常常導致主動配電網內電源與負荷之間功率難以平衡;另一方面由于電力電子設備大量使用，如并網逆變器、固態開關、電動汽車充電裝置等，導致主動配電網中的電能質量問題更為復雜且突出。
主動配電網的電能質量問題主要包括：電壓與電流諧波、電壓暫降、電壓突升、電壓短時中斷、電壓波動與閃變、電壓與電流不平衡分量、諧振等。對此多種電壓質量、電流質量并存的復雜電能質量問題，迫切需要一種電能質量的綜合治理技術，因此集串聯型與并聯型裝置于一體的綜合型統一電能質量控制器(unifiedpowerqualitycontroller，UPQC)有了用武之地。
3統一電能質量控制器(UPQC)
3.1UPQC的基本構成及功能
統一電能質量控制器(UPQC)作為定制電力技術中功能最強大的電能質量綜合補償裝置，由串聯單元、并聯單元和儲能單元組成。UPQC的串聯、并聯單元可解耦后獨立運行實現各自功能，也可聯合運行實現統一的綜合功能。典型配置方式的UPQC主電路拓撲結構見圖1。
圖1UPQC主電路拓撲結構
在UPQC中：①串聯單元具有動態電壓恢復器(dynamicvoltagerestorer，DVR)、動態不間斷電源(dynamicuninterruptiblepowersupply，DUPS)功能;②并聯單元具有靜止無功發生器(staticvargenerator，SVG)、有源電力濾波器(activepowerfilter，APF)功能;③儲能單元具有蓄電池儲能系統(batteryenergystoragesystem，BESS)或超級電容器儲能等功能。
將UPQC的串聯單元、并聯單元和儲能單元通過多目標協調控制可實現如下的多重電能質量綜合調節功能：①電壓動態調節(電壓暫降、電壓突升、電壓波形畸變等補償);②動態無功補償;③有源濾波;④平衡化補償;⑤動態不間斷電源;⑥儲能、有功動態調節;⑦直流電源等。
3.2UPQC的實驗驗證
3.2.1有源濾波(APF)和動態無功補償(SVG)的實驗
UPQC 的并聯單元實現有源濾波(APF)和動態無功補償(SVG)的功能。圖2所示為補償前含諧波的電流，電流畸變率21%;圖3所示為補償后的電流，電流畸變率小于4%，并且基波無功電流也得到了動態補償，功率因數達到了0.96(滯后)～1.0之間，響應時間為20ms。可見，UPQC實現了APF的有源濾波和SVG的動態無功補償的功能。
圖2補償前含諧波的電流及其頻譜
圖3補償后電流及其頻譜
3.2.2DVR對電壓諧波補償的實驗
UPQC的串聯單元實現DVR的功能。圖4所示為補償前含諧波的電壓，電壓畸變率7%;圖5所示為補償后的電壓，電壓畸變率小于1%。可見，UPQC實現了DVR的動態補償電壓諧波的功能。
圖4補償前含諧波的電壓及其頻譜
圖5補償后電壓及其頻譜
總之，在UPQC的作用下，主動配電網對用戶來說是一個高可靠性、高質量的理想綠色電源;而用戶對主動配電網來說又變為一個合格的用戶。
3.3經濟實用型UPQC的技術方案
目前，UPQC裝置較昂貴，而靜止無功補償器(staticvarcompensator，SVC)和無源電力濾波器(passivepowerfilter，PPF)已推廣應用。所以，可充分發揮這些裝置的各自特點，將SVC中的新型晶閘管投切電容器組(advancedthyristorswitchedcapacitors，ATSC)、PF與UPQC有機結合構成經濟實用型UPQC。經濟實用型 UPQC拓撲結構見圖6。
圖6經濟實用型UPQC拓撲結構
ATSC 型快速動態無功補償裝置(簡稱ATSC型補償裝置)作為經濟實用型UPQC成套裝置的一部分，主要負責動態無功補償的任務，它承擔了負荷電流中大部分基波無功電流。所以ATSC型補償裝置可大大減小UPQC本體部分的容量，從而大大提高經濟實用型UPQC的性價比，使UPQC更有利于實際推廣應用。
ATSC型補償裝置可同時實現快速投切響應和投切無沖擊的綜合效果，ATSC技術可從根本上解決投切電容器時對電網產生沖擊而引發的電能質量問題。此項大功率電力電子柔性開關專有技術可應用于分布式電源的柔性并網、主動配電網絡的快速重構和故障電流限制器等諸多方面。
下面給出了ATSC型補償裝置在用戶現場運行的實測結果。圖7為實際負荷變化時ATSC無功電流變化波形，由波形可見，ATSC無功補償電流快速跟蹤實際負荷電流變化時無沖擊電流產生，充分表明了此ATSC型動態無功補償裝置所達到的無沖擊投切電容器的先進技術水平。
圖7實際負荷變化時ATSC無功電流變化波形
圖8給出了ATSC型補償裝置對改善母線電壓質量的效果，圖中前1.5個周期的波形為ATSC未投入時的母線電壓波形，隨后的2個周期波形為ATSC投入后的母線電壓波形?？梢?，ATSC型補償裝置投入后可將母線電壓中存在的電壓切痕吸收掉。
圖8ATSC對母線電壓質量的改善效果
總之，經濟實用型UPQC可為主動配電網的電能質量綜合治理提供強有力的技術保障。
4結語
分布式能源無序接入電網對電網電能質量產生惡劣影響。主動配電網為分布式能源高滲透率接入配電網提供了有效的技術途徑，為滿足智能電網對集群分布式能源的并網運行要求提供了技術保障。統一電能質量控制器(UPQC)為主動配電網中復雜的多重電能質量問題提供優良的綜合治理手段，為主動配電網中實現智能電網的定制電力功能提供可靠的關鍵技術支撐。
