微电网的电能质量及其综合补偿

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近年来,随着当今世界环境污染与能源问题的日益加剧,基于清洁能源和可再生能源的分布式发电技术成为缓解能源和环境矛盾的重要技术,受到人们的普遍关注。而微电网作为解决方案能够充分利用清洁能源、优化能源调度、提高能量利用效率,在新能源形势下已成为电力工程重要技术途径之一。微电网中工农业生产设备的日益多样化,以电力电子元件构成的非线性负荷占比持续增加,不但削弱了微电网中的电能质量,也对微电网高效、可靠运行造成了较大影响。本文以微电网电能质量为研究内容,通过对微电网电能质量相关基本理论、控制方法的分析,利用现代电力电子技术实现微电网电能质量综合补偿的方法进行了研究。本文首先对微电网的基本概念、典型拓扑结构和发展历程进行梳理,以微电网电压、频率、谐波畸变和无功补偿等为例,分析了对微电网运行性能的影响;从传统控制和最优控制两个方面讨论了微电网电能质量控制的常用设备和控制方法;并对以现代电力电子技术为基础的电能质量控制设备的发展现状进行了详细说明。其次,依据国家标准规定的常用电能质量指标及其计算方法从分布式电源、微电网的运行模式和非线性负荷三个方面讨论了对微电网电能质量的影响;对传统谐波补偿设备和基于FACTS技术,以STATCOM、APF、UPQC为代表的无功、谐波控制设备,从它们的结构组成、工作原理和数学模型进行了分析。通过对微电网综合补偿的分析,选择UPQC作为微电网电能治理的主要设备,通过对不同形式锁相环的分析比对,改进了电能质量检测中的锁相环结构,采用具有滤波功能和跟随基波效果良好的MSOGI-FLL结构的锁相环作为指令电流计算元件;采用双重控制策略,解决电压骤升、骤降问题;以灰狼算法为基础,通过增加扰动环节对算法进行改进,再结合相角控制策略实现对UPQC容量的优化,以提高电能治理的经济性。最后,对UPQC与FC组合及容量分配做了创新性研究,建立以设备成本最小为目标函数的最优配置数学模型。在此基础上,对电能质量进行有效控制并提高运行经济性。利用MATLAB/Simulink搭建相应微电网模型,对本文所述UPQC容量优化、UPQC与LC滤波支路容量优化配置进行仿真验证。仿真结果表明,本文所述电能质量控制的综合补偿优化方法具有良好的实用性和经济性。
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