含分布式電源的微電網(wǎng)電能質(zhì)量控制技術(shù)研究.pdf

1、可再生能源可有效緩解能源危機并提高能源可持續(xù)發(fā)展能力，因此風(fēng)能、太陽能等可再生能源利用得到快速發(fā)展。分布式發(fā)電作為可再生能源利用的有效途徑，充分利用各種分散存在的可再生能源進(jìn)行發(fā)電，可提高現(xiàn)有電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，因此受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。微電網(wǎng)作為大電網(wǎng)和分布式發(fā)電的重要橋梁和紐帶，可以有效降低分布式發(fā)電對電網(wǎng)的沖擊，提高供電可靠性。相對于分布式電源，微電網(wǎng)具有明顯優(yōu)勢，是智能電網(wǎng)建設(shè)的重要組成部分，但由于微電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)更為特殊，

2、微電網(wǎng)內(nèi)的電能質(zhì)量問題有了許多新的特點，給微電網(wǎng)安全、穩(wěn)定和可靠運行提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的安裝電能質(zhì)量治理裝置的方法，雖然可以有效提高微電網(wǎng)電能質(zhì)量，但增加了微電網(wǎng)的建設(shè)成本。通過電力電子變換器并網(wǎng)的分布式電源具有提供電能質(zhì)量治理服務(wù)的潛力，因此利用分布式電源為微電網(wǎng)提供電能質(zhì)量治理的輔助服務(wù)成為微電網(wǎng)研究領(lǐng)域極具創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)性的研究方向之一。
　　本文在國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（“863”計劃）“大型光伏電站并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究”和國

3、家電網(wǎng)公司重點科技項目“間歇式可再生能源海島電網(wǎng)運行技術(shù)研究及工程示范”等項目的資助下，以微電網(wǎng)電能質(zhì)量需求為契機，針對微電網(wǎng)中存在的諧波、電壓偏差和頻率偏差電能質(zhì)量問題，系統(tǒng)深入地研究了利用分布式電源和電力電子負(fù)荷接口變換器為微電網(wǎng)提供電能質(zhì)量治理輔助服務(wù)的方法，獲得了一些創(chuàng)新性研究成果。
　　1、針對微電網(wǎng)內(nèi)非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波在微電網(wǎng)內(nèi)傳播導(dǎo)致的微電網(wǎng)電能質(zhì)量下降的問題，重點研究了無需互聯(lián)通信的諧波補償技術(shù)，提出了一種基于分

4、布式電源并網(wǎng)逆變器的多母線微電網(wǎng)諧波補償策略。所研究諧波補償策略利用逆變器本地控制所需并測量得到的輸出電壓和輸出電流信號，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)方程，間接計算相鄰母線電壓畸變程度。結(jié)合本地計算所得母線電壓畸變信息，電壓控制環(huán)采用比例和并聯(lián)諧振控制器對母線諧波電壓進(jìn)行跟蹤，電流控制環(huán)采用比例積分和并聯(lián)諧振控制器對逆變器輸出電流進(jìn)行控制，使分布式電源具備有功功率注入和諧波補償?shù)碾p重功能。所研究諧波補償策略僅利用本地測量信息無需互聯(lián)通信，節(jié)省了在母線處額外

5、安裝電壓或電流測量裝置以及長距離通信通道的投資，改善了多母線微電網(wǎng)內(nèi)部的電能質(zhì)量，確保了負(fù)載正常運行，減輕了公共連接點處電能質(zhì)量治理裝置的負(fù)擔(dān)。仿真和實驗結(jié)果驗證了所提方法在線路阻抗準(zhǔn)確和存在誤差情況下提供諧波補償輔助服務(wù)的適用性和有效性。
　　2、針對微電網(wǎng)離網(wǎng)運行時，下垂控制和線路阻抗壓降引起母線電壓偏差超出系統(tǒng)允許范圍導(dǎo)致微電網(wǎng)電能質(zhì)量下降的問題，詳細(xì)研究了無互聯(lián)通信的微電網(wǎng)母線電壓偏差自動補償技術(shù)，提出了基于下垂控制的母線

6、電壓偏差自動補償策略。詳細(xì)闡釋了傳統(tǒng)下垂控制策略和帶虛擬阻抗的下垂控制策略引起母線電壓偏差的機理，推導(dǎo)了兩種控制策略下母線電壓偏差表達(dá)式。所研究母線電壓偏差自動補償策略利用分布式電源下垂控制本身所需并計算所得輸出有功功率和無功功率，結(jié)合下垂控制所需的阻抗信息，間接計算微電網(wǎng)母線電壓幅值。本地計算所得母線電壓幅值與母線電壓額定值比較后得到母線電壓偏差，經(jīng)比例控制器調(diào)節(jié)后產(chǎn)生母線電壓補償量并疊加到V/Q下垂控制所得電壓幅值，從而實現(xiàn)了對母線

7、電壓偏差的自動補償并確保了負(fù)荷電能需求在多個分布式電源間的合理分配。詳細(xì)分析了線路阻抗誤差對于母線電壓偏差自動補償策略補償性能的影響，給出了線路阻抗準(zhǔn)確和存在誤差情況下母線電壓偏差補償系數(shù)的整定方法。所研究母線電壓偏差自動補償策略僅利用下垂控制器本地信息無需互聯(lián)通信，節(jié)省了在母線處額外安裝電壓測量裝置和長距離通信系統(tǒng)的投資，改善了微電網(wǎng)母線電壓電能質(zhì)量，確保了連接在母線上負(fù)載的正常運行。針對線路阻抗準(zhǔn)確和線路阻抗存在誤差兩種情況，進(jìn)行了

8、實驗研究，驗證了分布式電源提供母線電壓偏差自動補償輔助服務(wù)的可行性和有效性。
　　3、針對微電網(wǎng)離網(wǎng)運行時，下垂控制和微電網(wǎng)內(nèi)有功功率供需不平衡引起頻率偏差超出允許范圍導(dǎo)致微電網(wǎng)電能質(zhì)量下降的問題，重點研究了電力電子負(fù)荷參與微電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)的控制技術(shù)，提出了基于電力電子負(fù)荷的主動頻率響應(yīng)控制策略，以減少微電網(wǎng)頻率偏差，從而提高微電網(wǎng)電能質(zhì)量。詳細(xì)闡釋了微電網(wǎng)離網(wǎng)運行狀態(tài)下頻率偏差的產(chǎn)生機理，分析了電力電子負(fù)荷接口變換器的拓?fù)浜瓦\行特

9、性，討論了電力電子負(fù)荷參與微電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)的可行性。在此基礎(chǔ)上，提出了電力電子負(fù)荷的“主動頻率響應(yīng)控制”概念。所研究電力電子負(fù)荷控制策略，通過比較電力電子負(fù)荷并網(wǎng)變換器并網(wǎng)點電網(wǎng)頻率測量值和設(shè)定的頻率閾值的大小，判斷微電網(wǎng)內(nèi)分布式電源有功出力和負(fù)荷的有功消耗之間的供需平衡情況，并根據(jù)微電網(wǎng)頻率偏差大小主動調(diào)節(jié)電力電子負(fù)荷的有功功率消耗，使其主動響應(yīng)微電網(wǎng)內(nèi)有功供需平衡。詳細(xì)分析了電力電子負(fù)荷參與微電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)的能力，結(jié)合電力電子負(fù)荷有功消

10、耗可調(diào)節(jié)量和系統(tǒng)允許的最低頻率，給出了電力電子負(fù)荷主動頻率響應(yīng)系數(shù)的整定方法，以實現(xiàn)電力電子負(fù)荷有功消耗的平滑調(diào)節(jié)。所研究電力電子負(fù)荷主動頻率響應(yīng)控制策略，僅需本地測量微電網(wǎng)頻率信息無需互聯(lián)通信，節(jié)省了長距離通信系統(tǒng)和大容量儲能系統(tǒng)的投資，改善了微電網(wǎng)頻率電能質(zhì)量，確保了微電網(wǎng)頻率穩(wěn)定和負(fù)載的正常運行。仿真結(jié)果驗證了所提電力電子負(fù)荷主動頻率響應(yīng)控制策略的可行性和有效性。
　　4、針對電網(wǎng)電壓不對稱跌落穿越過程中分布式電源直流鏈電壓

11、產(chǎn)生二次波動影響并網(wǎng)變換器穩(wěn)定運行和并網(wǎng)電流電能質(zhì)量的問題，重點研究了電網(wǎng)電壓跌落穿越過程中分布式電源并網(wǎng)變換器直流鏈電壓控制技術(shù)，提出了電網(wǎng)電壓不對稱跌落穿越過程中分布式電源兩級并網(wǎng)變換器直流鏈電壓二次波動抑制策略。詳細(xì)闡釋了分布式電源兩級并網(wǎng)變換器的拓?fù)浜瓦\行特性，討論了電網(wǎng)電壓跌落過程中兩級并網(wǎng)變換器的控制策略，分析了電網(wǎng)電壓不對稱跌落時兩級并網(wǎng)變換器直流鏈電壓二次波動的產(chǎn)生機理。當(dāng)電網(wǎng)電壓正常運行時，所研究的兩級并網(wǎng)變換器直流鏈

12、電壓控制策略通過控制前級升壓變換器實現(xiàn)最大功率跟蹤，采用比例積分控制器實現(xiàn)直流鏈電壓穩(wěn)定，并且控制后級變換器實現(xiàn)向電網(wǎng)注入功率。當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生不對稱跌落時，所研究的兩級并網(wǎng)變換器直流鏈電壓控制策略通過比例積分控制器和并聯(lián)諧振控制器組成的組合控制器對前級升壓變換器進(jìn)行控制將直流鏈電壓二次波動轉(zhuǎn)移到升壓變換器輸入電容實現(xiàn)了對直流鏈電壓二次波動的有效抑制，同時控制后級變換器按照電網(wǎng)電壓跌落穿越過程中的并網(wǎng)要求注入無功功率為電網(wǎng)電壓跌落穿越提供