一種改進(jìn)的APF在分布式發(fā)電中的應(yīng)用

劉學(xué)琴+劉曉芹+徐超+王新娜

摘 要 為了解決分布式電源并網(wǎng)產(chǎn)生的諧波問題，提出采用瞬時無功功率理論檢測法和改進(jìn)三角波調(diào)制電流控制方法對有源電力濾波器的濾波性能進(jìn)行優(yōu)化，并將此方法應(yīng)用于分布式電源網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果證明采用這種方法能有效地濾除網(wǎng)絡(luò)中大部分諧波，并使電源電流的畸變率明顯降低。

關(guān)鍵詞 有源電力濾波器；電氣結(jié)構(gòu)；諧波電流檢測；補償電流；分布式電源

中圖分類號：TM61 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）07-0052-02

近些年，分布式發(fā)電（Distributed Generation，DG）獲得了較為廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。但目前DG并網(wǎng)運行大多都采用了電力電子變換器裝置，會導(dǎo)致諧波產(chǎn)生，對電網(wǎng)構(gòu)成諧波污染。隨著分布式電源的快速發(fā)展諧波問題變得更為突出，嚴(yán)重影響了電能質(zhì)量。因此，在分布式電源系統(tǒng)設(shè)計中，要采取有效措施抑制DG并網(wǎng)運行時變換器中注入的諧波電流，以達(dá)到改善電能質(zhì)量的目的。

有源電力濾波器（Active Power Filter，APF）用于動態(tài)抑制諧波和補償負(fù)載無功，具有良好的動態(tài)補償性能，在補償抑制諧波的同時，還可補償負(fù)載的無功功率，提高功率因數(shù)。目前國內(nèi)外對分布式發(fā)電與有源電力濾波器的統(tǒng)一控制已開展了一定的研究，但由于控制中涉及的相關(guān)參數(shù)較多，互相影響也較大，效果不是很理想。

針對這種情況，本文提出了一種改進(jìn)的有源濾波器，將其應(yīng)用于分布式電源并網(wǎng)中，仿真結(jié)果表明能有效抑制諧波。

1 APF原理及實現(xiàn)方案

1）DG的電氣結(jié)構(gòu)。分布式電源電氣結(jié)構(gòu)包括同步發(fā)電機、異步發(fā)電機、雙饋發(fā)電機、變換器四種類型，其中光伏發(fā)電、燃料電池發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、太陽能熱發(fā)電、微型燃?xì)廨啓C等通過變換器并網(wǎng)運行，是DG諧波注入的主要形式。

2）APF拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

①APF工作原理。APF工作原理如圖1所示，它由兩大部分組成：諧波電流檢測電路及補償電流發(fā)生電路。APF產(chǎn)生一個與負(fù)載諧波幅值相等、相位相反的諧波注入諧波源，即可將諧波抵消掉，使之不會流入系統(tǒng)電源。有源電力濾波器APF分為并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種，圖1所示為并聯(lián)型APF。

圖1 APF原理示意圖

②APF拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。并聯(lián)型APF在進(jìn)行含分布式電源系統(tǒng)的諧波治理時，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有三種形式：一是將DG直接或經(jīng)過升壓接到APF的直流側(cè)，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實際上是將DG并網(wǎng)和APF進(jìn)行統(tǒng)一控制[1，2]；二是將DG本身的啟動或其他控制環(huán)節(jié)加工成APF[3，4]；三是將DG視為公共配網(wǎng)的諧波源負(fù)載，利用APF進(jìn)行諧波治理和無功補償。本文采取第三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其接入方式如圖1。

3）APF實現(xiàn)方案。

①諧波電流的檢測方法。APF諧波檢測法多采用基于瞬時無功功率理論的檢測法。設(shè)三相電路各相電流的瞬時值分別為、和，把它們分別變換到兩相正交的α-β坐標(biāo)系：

= （1）

式中。

矢量、合成（旋轉(zhuǎn)）電流矢量為：

（2）

三相電路瞬時有功電流、無功電流為矢量在電壓矢量上的投影：

（3）

式中。

②補償電流的控制方法。補償電流的控制方法是實現(xiàn)APF功能的核心，傳統(tǒng)的三角波調(diào)制電流控制方法跟蹤補償量響應(yīng)速度較慢，本文采用改進(jìn)三角波調(diào)制電流控制法。改進(jìn)三角波調(diào)制電流控制與傳統(tǒng)三角波調(diào)制電流控制方法相比，在輸出指令電壓中增加一個與電源電壓瞬時值正比的量，以此來消除電源電壓的干擾，減小電流誤差的范圍，使APF實際輸出電流能精確跟蹤指令電流的變化，提高輸出電壓的準(zhǔn)確性。

2 仿真及結(jié)論

圖2 補償前三相電流波形圖

為了驗證文中APF實現(xiàn)方案的正確性，采用MATLAB7.0對DG并網(wǎng)運行的APF進(jìn)行了仿真研究，補償前后的三相電流波形如圖2和圖3。

圖3 補償后三相電流波形圖

仿真表明：

1）當(dāng)采用瞬時無功檢測法，并結(jié)合上述補償電流控制方法的APF，能有效地濾除DG并網(wǎng)的絕大部分諧波，并使電源電流的畸變率大大降低。

2）如何建立一個符合DG并網(wǎng)的諧波變化規(guī)律的分析模型還有待研究。本文探討的諧波源是一個簡化了的系統(tǒng)，與實際情況差別可能較大。

3）文中采用的諧波電流檢測方法和控制方式都只停留在理論和仿真層面，還有待進(jìn)行硬件設(shè)計，進(jìn)一步驗證各方法的有效性。

參考文獻(xiàn)

[1]楊琳霞.分布式電源和有源電力濾波器的優(yōu)化組合研究[J].電氣自動化，2011，33（1）.

[2]張鐵良.有源電力濾波器與光伏發(fā)電的統(tǒng)一控制研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2007.

[3]劉宣宣.分布式電源對配電系統(tǒng)電能質(zhì)量的作用機理研究[D].河北：華北電力大學(xué)，2007.

[4]姜春霞，賈文超，宗嗚.有源電力濾波器在分布式發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2008，36（22）.

[5]王兆安，等.諧波抑制和無功功率補償[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

作者簡介

劉學(xué)琴（1973-），女，碩士，講師，主要從事電力系統(tǒng)自動化教學(xué)與研究工作。endprint