一種基于逆變器補償?shù)奈㈦娋W(wǎng)電能質(zhì)量控制策略研究

引言

隨著電力電子設(shè)備和非線性負荷的增加,大量諧波注入到微電網(wǎng)中,極大地惡化了公共耦合點(PCC)的電能質(zhì)量,影響了系統(tǒng)穩(wěn)定運行。電能質(zhì)量綜合治理是保證系統(tǒng)安全可靠、經(jīng)濟運行的關(guān)鍵。

為解決微電網(wǎng)諧波問題,文獻提出了一種四橋臂逆變器結(jié)構(gòu),采用H_-控制策略,能夠主動提升微電網(wǎng)電能質(zhì)量。文獻提出了一種新型控制器,可以有效隔離諧波,但運行成本高。文獻提出了多功能并網(wǎng)逆變器,能同時補償無功、諧波。在現(xiàn)有文獻的基礎(chǔ)上,本文針對本地及公共均含有非線性負載的微電網(wǎng)系統(tǒng),提出了基于逆變器的補償方案,能有效應(yīng)用于并網(wǎng)、孤島兩種運行模式。

1微電網(wǎng)控制方法

微電網(wǎng)并網(wǎng)運行時,通過靜態(tài)開關(guān)與大電網(wǎng)相連,其電壓、頻率由大電網(wǎng)來支撐。本文并網(wǎng)模式采用基于電網(wǎng)電壓定向的P0控制策略,電壓控制中考慮本地負載電流,補償本地非線性負載諧波。

孤島模式下,采用基于下垂的本地諧波本地補償控制策略,將整個DG控制成一個內(nèi)阻為零的電壓源,保證本地諧波電流完全由本地DG提供,從而抑制諧波流向公共負載。

2并網(wǎng)模式下補償逆變器控制策略

并網(wǎng)模式下,補償逆變器與大電網(wǎng)串聯(lián)。采用虛擬阻抗法,對大電網(wǎng)諧波進行補償。此時補償逆變器控制成一個諧波電阻。電網(wǎng)諧波電流表示為:

式中,ush、ish分別為電網(wǎng)諧波分量:upcch為PCC點諧波電壓:Zsh為電網(wǎng)內(nèi)阻的等效諧波阻抗。

由式(1)可知,當(dāng)1足夠大時,大電網(wǎng)輸出電流的諧波分量ish趨近于零,從而實現(xiàn)了諧波補償。此時,補償逆變器對于諧波而言等效為一個阻值為1的電阻,而對于基波而言其阻值為零。因此,補償逆變器的補償電壓指令可以表示為:

式中,k為虛擬的電阻值。

在大電網(wǎng)發(fā)生故障時,可通過控制補償逆變器的輸出電壓,實現(xiàn)對大電網(wǎng)電壓跌落、不平衡以及諧波的補償,保證PCC電能質(zhì)量。整體控制框圖如圖1所示。

3孤島模式下補償逆變器控制策略

孤島運行時,補償逆變器與微電網(wǎng)并聯(lián),補償公共非線性負載諧波,實現(xiàn)并聯(lián)APF功能。公共負載諧波電流由補償逆變器提供,微電網(wǎng)中DG只需向公共母線提供正弦電流。根據(jù)阻性一有源濾波(R-APF)思想,控制逆變器在諧波頻率處等效為很小的諧波電阻,為諧波電流提供通道,從而改善PCC處電能質(zhì)量。虛擬諧波電阻控制,電流參考值iref為:

式中,ireff為基波分量:HD(s)為PCC電壓諧波檢測:upcc為PCC點電壓:Rv為等效的諧波電阻。

4仿真結(jié)果分析

在Matlab/Simulink軟件平臺上搭建微電網(wǎng)系統(tǒng)仿真模型。兩個相同容量的DG并聯(lián)運行,通過靜態(tài)開關(guān)與大電網(wǎng)相聯(lián)。本地及公共負載均含非線性負載。

t=0.1s時,電壓跌落20%。仿真結(jié)果如圖2所示。由FFT分析,大電網(wǎng)電流THD為15.64%,PCC點電壓跌落。t=0.2s時,投入補償逆變器,大電網(wǎng)電流THD為4.41%:PCC點電壓得到有效補償。

t=0.4s時,斷開靜態(tài)開關(guān)微電網(wǎng)孤島運行,圖3為孤島模式下仿真結(jié)果,PCC點電壓THD為5.86%。t=0.5s時,投入補償逆變器,PCC點電壓THD為2.17%。補償逆變器有效補償了公

共負載諧波,保證了PCC點電能質(zhì)量。

5結(jié)語

本文提出了基于統(tǒng)一串/并聯(lián)逆變器的補償方法,能夠巧妙地應(yīng)用于并網(wǎng)和孤島模式,解決含非線性負載的微電網(wǎng)電能質(zhì)量問題。并網(wǎng)模式,采用虛擬阻抗法進行諧波補償,采用并聯(lián)型P1＋重復(fù)控制實現(xiàn)電壓的快速精確跟蹤。孤島運行時,采用R-APF控制方法,有效地補償公共負載諧波,保證了PCC點電能質(zhì)量。