逆变型微电网电能质量控制研究

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大电网与微电网相结合的模式被认为是节省投资,降低能耗,提高供电可靠性和灵活性的重要形式。微电网中的分布式电源(Distributed Generation)可以分为同步型DG和逆变型DG,与同步型DG相比,逆变型DG采用全控的电力电子接口,控制更加灵活,具有巨大的性能优势。逆变型微电网可以综合利用本地优势资源,向用户提供清洁的能源,但传统大电网中的许多电能质量问题如谐波和电压暂降等仍然存在,传统的治理方法是加装APF、DVR等电能质量控制装置进行被动控制。考虑到逆变型DG并网逆变器与传统的电能质量控制装置具有相同的主电路结构,因此,可以利用逆变型DG在并网发电的同时对电能质量进行主动控制,这样充分发挥了逆变型DG控制灵活的特点。首先,针对逆变型微电源的基本控制方法进行了研究。在逆变型微电网中,对微电源的控制即为对其逆变器的控制。本文以三相电压型逆变器在两相旋转坐标系中的数学模型为基础,详细分析了逆变型微电源的PQ控制和下垂控制方法的原理,并对相应的控制器参数进行了选择;此外,还针对下垂控制的电压电流双闭环控制系统推导了其逆变器等效输出阻抗的表达式,并绘制逆变器等效输出阻抗伯德图。当微电网与低压配电网相连时,传统的下垂控制由于等效输出阻抗过小不能满足X>>R而不在适用,通过引入虚拟阻抗,使逆变器等效输出阻抗足够大且呈感性。建立逆变型微电网仿真模型,针对单个逆变型微电源和微电源组网状态下的运行情况进行了仿真,验证了PQ控制模型和基于虚拟阻抗的下垂控制模型的有效性。其次,针对微电网中的谐波治理问题进行了研究。分析了传统的谐波治理装置APF的结构、原理和电流跟踪控制方法;分析了二阶广义积分器的基本原理,并将基于二阶广义积分器的谐波电流检测方法应用于并网逆变器控制之中,搭建了逆变型微电网谐波治理的主动控制模型,通过仿真验证了主动控制在微电网谐波治理方面能够起到一定的作用,并且主动控制的并网逆变器能够实现无功功率的就地平衡以及改善微网电流不平衡的功能。当微电网输出电流在主动控制下仍不能满足谐波标准时,加装APF对微电网谐波进行被动控制。最后,针对逆变型微电网中的电压暂降补偿问题进行了研究。分析了传统的电压暂降补偿装置DVR的结构原理及控制方式;分析了含多台逆变型DG的微电网PCC电压暂降补偿的基本原理及在无功功率分配方面的限制。通过对下垂控制中Q/V控制进行改进实现了电压暂降补偿的主动控制,同时实现了输出无功功率按容量比例进行分配而不受线路阻抗的影响。搭建了逆变型微电网电压暂降补偿主动控制的仿真模型,仿真结果表明在主动控制方式下,微电源能够在并网发电的同时对PCC电压暂降进行补偿。当PCC电压暂降超过一定程度,过分增加DG输出无功功率既不经济也不实用,通过控制DG输出电压,同时加装DVR对微电网敏感负荷电压暂降进行被动控制,仿真表明通过主动控制与被动控制相结合的方式能够实现微电网负荷电压不受电压暂降的影响。
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