一种基于逆变器补偿的微电网电能质量控制策略研究

引言

随着电力电子设备和非线性负荷的增加,大量谐波注入到微电网中,极大地恶化了公共耦合点(PCC)的电能质量,影响了系统稳定运行。电能质量综合治理是保证系统安全可靠、经济运行的关键。

为解决微电网谐波问题,文献提出了一种四桥臂逆变器结构,采用H_-控制策略,能够主动提升微电网电能质量。文献提出了一种新型控制器,可以有效隔离谐波,但运行成本高。文献提出了多功能并网逆变器,能同时补偿无功、谐波。在现有文献的基础上,本文针对本地及公共均含有非线性负载的微电网系统,提出了基于逆变器的补偿方案,能有效应用于并网、孤岛两种运行模式。

1微电网控制方法

微电网并网运行时,通过静态开关与大电网相连,其电压、频率由大电网来支撑。本文并网模式采用基于电网电压定向的P0控制策略,电压控制中考虑本地负载电流,补偿本地非线性负载谐波。

孤岛模式下,采用基于下垂的本地谐波本地补偿控制策略,将整个DG控制成一个内阻为零的电压源,保证本地谐波电流完全由本地DG提供,从而抑制谐波流向公共负载。

2并网模式下补偿逆变器控制策略

并网模式下,补偿逆变器与大电网串联。采用虚拟阻抗法,对大电网谐波进行补偿。此时补偿逆变器控制成一个谐波电阻。电网谐波电流表示为:

式中,ush、ish分别为电网谐波分量:upcch为PCC点谐波电压:Zsh为电网内阻的等效谐波阻抗。

由式(1)可知,当1足够大时,大电网输出电流的谐波分量ish趋近于零,从而实现了谐波补偿。此时,补偿逆变器对于谐波而言等效为一个阻值为1的电阻,而对于基波而言其阻值为零。因此,补偿逆变器的补偿电压指令可以表示为:

式中,k为虚拟的电阻值。

在大电网发生故障时,可通过控制补偿逆变器的输出电压,实现对大电网电压跌落、不平衡以及谐波的补偿,保证PCC电能质量。整体控制框图如图1所示。

3孤岛模式下补偿逆变器控制策略

孤岛运行时,补偿逆变器与微电网并联,补偿公共非线性负载谐波,实现并联APF功能。公共负载谐波电流由补偿逆变器提供,微电网中DG只需向公共母线提供正弦电流。根据阻性一有源滤波(R-APF)思想,控制逆变器在谐波频率处等效为很小的谐波电阻,为谐波电流提供通道,从而改善PCC处电能质量。虚拟谐波电阻控制,电流参考值iref为:

式中,ireff为基波分量:HD(s)为PCC电压谐波检测:upcc为PCC点电压:Rv为等效的谐波电阻。

4仿真结果分析

在Matlab/Simulink软件平台上搭建微电网系统仿真模型。两个相同容量的DG并联运行,通过静态开关与大电网相联。本地及公共负载均含非线性负载。

t=0.1s时,电压跌落20%。仿真结果如图2所示。由FFT分析,大电网电流THD为15.64%,PCC点电压跌落。t=0.2s时,投入补偿逆变器,大电网电流THD为4.41%:PCC点电压得到有效补偿。

t=0.4s时,断开静态开关微电网孤岛运行,图3为孤岛模式下仿真结果,PCC点电压THD为5.86%。t=0.5s时,投入补偿逆变器,PCC点电压THD为2.17%。补偿逆变器有效补偿了公

共负载谐波,保证了PCC点电能质量。

5结语

本文提出了基于统一串/并联逆变器的补偿方法,能够巧妙地应用于并网和孤岛模式,解决含非线性负载的微电网电能质量问题。并网模式,采用虚拟阻抗法进行谐波补偿,采用并联型P1＋重复控制实现电压的快速精确跟踪。孤岛运行时,采用R-APF控制方法,有效地补偿公共负载谐波,保证了PCC点电能质量。