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(jī)并提高能源可持續(xù)發(fā)展能力，因此風(fēng)能、太陽(yáng)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(guó)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(duì)電網(wǎng)的沖擊，提高供電可靠性。相對(duì)于分布式電源，微電網(wǎng)具有明顯優(yōu)勢(shì)，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(diǎn)，給微電網(wǎng)安全、穩(wěn)定和可靠運(yùn)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(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（“863”計(jì)劃）“大型光伏電站并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究”和國(guó)

3、家電網(wǎng)公司重點(diǎn)科技項(xiàng)目“間歇式可再生能源海島電網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)研究及工程示范”等項(xiàng)目的資助下，以微電網(wǎng)電能質(zhì)量需求為契機(jī)，針對(duì)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(duì)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(diǎn)研究了無需互聯(lián)通信的諧波補(bǔ)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(bǔ)償策略。所研究諧波補(bǔ)償策略利用逆變器本地控制所需并測(cè)量得到的輸出電壓和輸出電流信號(hào)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)方程，間接計(jì)算相鄰母線電壓畸變程度。結(jié)合本地計(jì)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(duì)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(duì)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(bǔ)償?shù)碾p重功能。所研究諧波補(bǔ)償策略僅利用本地測(cè)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(cè)量裝置以及長(zhǎng)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(yùn)行，減輕了公共連接點(diǎn)處電能質(zhì)量治理裝置的負(fù)擔(dān)。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)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(bǔ)償輔助服務(wù)的適用性和有效性。
　　2、針對(duì)微電網(wǎng)離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，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(dòng)補(bǔ)償技術(shù)，提出了基于下垂控制的母線

6、電壓偏差自動(dòng)補(bǔ)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(jī)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(dòng)補(bǔ)償策略利用分布式電源下垂控制本身所需并計(jì)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(jì)算微電網(wǎng)母線電壓幅值。本地計(jì)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(bǔ)償量并疊加到V/Q下垂控制所得電壓幅值，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)母線

7、電壓偏差的自動(dòng)補(bǔ)償并確保了負(fù)荷電能需求在多個(gè)分布式電源間的合理分配。詳細(xì)分析了線路阻抗誤差對(duì)于母線電壓偏差自動(dòng)補(bǔ)償策略補(bǔ)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(bǔ)償系數(shù)的整定方法。所研究母線電壓偏差自動(dòng)補(bǔ)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(cè)量裝置和長(zhǎng)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(yùn)行。針對(duì)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(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證了分布式電源提供母線電壓偏差自動(dòng)補(bǔ)償輔助服務(wù)的可行性和有效性。
　　3、針對(duì)微電網(wǎng)離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，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(diǎn)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(dòng)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(yùn)行狀態(tài)下頻率偏差的產(chǎn)生機(jī)理，分析了電力電子負(fù)荷接口變換器的拓?fù)浜瓦\(yùn)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(dòng)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(diǎn)電網(wǎng)頻率測(cè)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(dòng)調(diào)節(jié)電力電子負(fù)荷的有功功率消耗，使其主動(dòng)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(dòng)頻率響應(yīng)系數(shù)的整定方法，以實(shí)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(dòng)頻率響應(yīng)控制策略，僅需本地測(cè)量微電網(wǎng)頻率信息無需互聯(lián)通信，節(jié)省了長(zhǎng)距離通信系統(tǒng)和大容量?jī)?chǔ)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(yùn)行。仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提電力電子負(fù)荷主動(dòng)頻率響應(yīng)控制策略的可行性和有效性。
　　4、針對(duì)電網(wǎng)電壓不對(duì)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(dòng)影響并網(wǎng)變換器穩(wěn)定運(yùn)行和并網(wǎng)電流電能質(zhì)量的問題，重點(diǎn)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(duì)稱跌落穿越過程中分布式電源兩級(jí)并網(wǎng)變換器直流鏈電壓二次波動(dòng)抑制策略。詳細(xì)闡釋了分布式電源兩級(jí)并網(wǎng)變換器的拓?fù)浜瓦\(yùn)行特性，討論了電網(wǎng)電壓跌落過程中兩級(jí)并網(wǎng)變換器的控制策略，分析了電網(wǎng)電壓不對(duì)稱跌落時(shí)兩級(jí)并網(wǎng)變換器直流鏈電壓二次波動(dòng)的產(chǎn)生機(jī)理。當(dāng)電網(wǎng)電壓正常運(yùn)行時(shí)，所研究的兩級(jí)并網(wǎng)變換器直流鏈

12、電壓控制策略通過控制前級(jí)升壓變換器實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤，采用比例積分控制器實(shí)現(xiàn)直流鏈電壓穩(wěn)定，并且控制后級(jí)變換器實(shí)現(xiàn)向電網(wǎng)注入功率。當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生不對(duì)稱跌落時(shí)，所研究的兩級(jí)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(duì)前級(jí)升壓變換器進(jìn)行控制將直流鏈電壓二次波動(dòng)轉(zhuǎn)移到升壓變換器輸入電容實(shí)現(xiàn)了對(duì)直流鏈電壓二次波動(dòng)的有效抑制，同時(shí)控制后級(jí)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