離網(wǎng)及并網(wǎng)型分布式發(fā)電系統(tǒng)諧振分析與控制技術.pdf

1、推動分布式發(fā)電技術發(fā)展、健全分布式發(fā)電產(chǎn)業(yè)的激勵機制是推進我國能源供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的重要手段。它有效解決了可再生能源發(fā)展的階段性瓶頸、優(yōu)化了能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、協(xié)調(diào)了農(nóng)村電網(wǎng)改造升級、提高了能源協(xié)調(diào)發(fā)展效率、實現(xiàn)了多種資源時空互補。本文圍繞分布式發(fā)電系統(tǒng)主動孤島模式和并網(wǎng)模式這兩大板塊中的研究熱點及難點問題鋪陳開來:①主動孤島模式下，獨立自治系統(tǒng)缺少大電網(wǎng)的電壓支撐，迫切需要集群分布式發(fā)電單元的高質(zhì)量電壓供給，從而確保公共連接點電壓的穩(wěn)定;②

2、并網(wǎng)模式下，集群分布式發(fā)電單元之間存在一系列耦合諧振現(xiàn)象，使得低壓配電網(wǎng)的電能質(zhì)量備受影響;③當分布式電源大規(guī)模、集群化并入配電網(wǎng)時，分布式電站內(nèi)部存在諸多寬頻域諧波諧振交互問題，這對系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了挑戰(zhàn)。本文的具體工作及創(chuàng)新體現(xiàn)在：
　　(1)提出針對離網(wǎng)型分布式發(fā)電單元逆變系統(tǒng)的自適應滑模全局魯棒電壓控制方案，以適應獨立自治系統(tǒng)迫切需求高質(zhì)量電壓供給。
　　分布式發(fā)電單元逆變系統(tǒng)內(nèi)部濾波參數(shù)攝動以及外部非線性負載電流擾

3、動是造成分布式發(fā)電系統(tǒng)無法實現(xiàn)高質(zhì)量公共連接點電壓支撐的主要原因。設計電壓控制器對逆變系統(tǒng)負載電流擾動和濾波參數(shù)攝動的自適應觀測律，不但消除運動狀態(tài)的到達階段，使得控制系統(tǒng)具備全局魯棒性，而且限制了輸出電壓的抖振。通過對三種電壓控制器的性能的對比仿真與實驗，驗證所提出的電壓控制方案能夠有效降低離網(wǎng)型分布式發(fā)電系統(tǒng)輸出電壓的抖振、諧波畸變率、穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差以及并聯(lián)逆變器之間的環(huán)流，提高逆變系統(tǒng)輸出電壓的動態(tài)調(diào)節(jié)能力以及抵御濾波參數(shù)攝動的能力

4、。
　　(2)建立集群并網(wǎng)型分布式發(fā)電系統(tǒng)的統(tǒng)一諧波諧振模型，揭示集群并網(wǎng)型分布式發(fā)電單元的耦合諧振現(xiàn)象及其客觀規(guī)律。
　　選取的無差拍電流控制方式和比例準諧振電流控制方式作為逆變系統(tǒng)的控制方案。進而建立了不依賴具體控制方式的集群并網(wǎng)型分布式發(fā)電系統(tǒng)的統(tǒng)一諧波諧振模型。同時，借鑒高等數(shù)學對極值的描述的思路，分析了兩種電流控制方式下諧振峰的頻率分布表。將分布式發(fā)電系統(tǒng)諧振交互現(xiàn)象劃分:本征諧振和非本征諧振。另外，統(tǒng)一諧波諧振模

5、型揭示出逆變器并網(wǎng)電流涵蓋自身諧振點、并聯(lián)諧振點、串聯(lián)諧振點，且本征非固定諧振點將隨著并聯(lián)逆變器臺數(shù)的增多將向低頻偏移。
　　(3)從物理電路角度揭示了集群并網(wǎng)型分布式發(fā)電系統(tǒng)整體諧振點隨并聯(lián)逆變器臺數(shù)增多向低頻偏移的形成機理，提出采用三維空間圖示法直觀優(yōu)化阻尼控制參數(shù)，為集群分布式電源低壓并網(wǎng)電能質(zhì)量問題的解決提供高效方案。
　　低頻段偏移現(xiàn)象的本質(zhì)原因是:集群分布式發(fā)電系統(tǒng)的輸出阻抗隨并聯(lián)逆變器臺數(shù)增多而降低。接下來，對

6、兩種電流控制方式下的并網(wǎng)型逆變系統(tǒng)分別設計了有源阻尼控制方案，并推導出其實際物理意義。同時，建立阻尼反饋參數(shù)-諧波頻率-諧振幅值的三維空間圖，直觀地選取阻尼參數(shù)的最優(yōu)值，從而確保諧振峰的有效衰減。
　　(4)建立分布式電站群落等效模型和整體等效模型，揭示分布式電站寬頻域諧振帶的生成機理及分布規(guī)律。
　　從大型分布式電站的典型拓撲結(jié)構(gòu)出發(fā)，以分布式電源逆變閉環(huán)控制系統(tǒng)的諾頓等效模型為基礎，考慮分布式電站多傳輸線結(jié)構(gòu)、分布式變壓

7、器雜散電容效應、傳輸線分布式電容效應，建立分析多回傳輸線耦合諧振現(xiàn)象的分布式電站群落等效模型，同時建立了用于分析電站出力效果的分布式電站整體等效模型。通過對模型的深入分析，發(fā)現(xiàn)分布式電站內(nèi)部傳輸線母線側(cè)電流存在濾波諧振帶、環(huán)形諧振帶，尤其是當傳輸線達到特定長度時，濾波諧振帶和環(huán)形諧振帶生成疊加效應，造成場內(nèi)傳輸線上特定次諧波電流超標。另外，對群落等效模型和整體等效模型諧振點位置的同一性進行了探討。
　　(5)建立含混合有源電力濾波

8、器的分布式電站群落等效模型和電站整體等效模型，分析所提方案對分布式電站寬頻域諧振帶的抑制效果，并建議在站內(nèi)35kV母線側(cè)因地制宜地設計并安裝大功率混合有源電力濾波器。
　　以典型48MW山地分布式風電場為案例，分析場內(nèi)各條傳輸線母線側(cè)電流穩(wěn)態(tài)諧波出力特性。依據(jù)該案例，設計在升壓站站內(nèi)35kV匯集母線靠近主變側(cè)安裝相應的混合式有源電力濾波器，并據(jù)此分別推導出含混合式有源電力濾波器的分布式電站群落等效模型和整體等效模型，并對寬頻域諧振

9、帶的抑制效果進行了理論分析。最后，通過仿真和實驗對照分析，驗證分布式電站寬頻域諧波諧振交互機理分析的正確性和分布式電站諧波治理方案的有效性。
　　(6)研制了低壓分布式電源逆變器和適應于大型分布式電站的混合有源濾波實驗裝備。
　?、傺兄屏说蛪悍植际诫娫茨孀兤鳎罱嘶诠夥蓓?shù)姆植际桨l(fā)電系統(tǒng)實驗平臺，并對該系統(tǒng)中的逆變器采用不同控制算法（無差拍和比例準諧振電流控制方案）、不同一次能源供給（光伏陣列直流電源和二極管整流電源）