微網(wǎng)中分布式電源變動(dòng)對(duì)其諧波的影響分析

杜旭浩，張建軍，馬天祥，魏力強(qiáng)

（國(guó)網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，河北 石家莊 050021）

微網(wǎng)中分布式電源變動(dòng)對(duì)其諧波的影響分析

杜旭浩，張建軍，馬天祥，魏力強(qiáng)

（國(guó)網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，河北 石家莊 050021）

為了掌握微網(wǎng)中諧波的變化規(guī)律，降低諧波危害，基于DIgSILENT／Power Factory仿真平臺(tái)，搭建了適合于諧波分析的微網(wǎng)模型。仿真分析了分布式電源在不同容量、不同接入位置微網(wǎng)系統(tǒng)的諧波變化，并通過(guò)風(fēng)電和光伏兩種分布式電源進(jìn)行驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)了微網(wǎng)諧波變化的一定規(guī)律，給出了相關(guān)建議，對(duì)今后的微網(wǎng)諧波治理工作具有一定的參考價(jià)值。

微網(wǎng)；分布式電源；諧波；風(fēng)力發(fā)電；光伏發(fā)電

隨著電力需求的不斷增長(zhǎng)和全球性環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重，以風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等為主的清潔能源發(fā)電越來(lái)越受到人們的關(guān)注［1］。微網(wǎng)是由額定功率為幾十kW的分布式電源（DG）、儲(chǔ)能裝置、負(fù)荷以及控制裝置組成的一個(gè)可控系統(tǒng)［2］。隨著微網(wǎng)應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，微網(wǎng)帶來(lái)的電能質(zhì)量問(wèn)題也日益嚴(yán)重，而衡量電能質(zhì)量的主要指標(biāo)之一就是諧波［3］。微網(wǎng)內(nèi)存在大量的電力電子設(shè)備和非線性負(fù)荷，如風(fēng)機(jī)、光伏電池等分布式電源等，它們?cè)诠ぷ髦袝?huì)引起電網(wǎng)電壓、電流波形畸變，導(dǎo)致電網(wǎng)的諧波污染［4－5］。微網(wǎng)中的諧波不可避免，找出它的變化規(guī)律尤為重要。

1 軟件建模

1.1 風(fēng)機(jī)建模

在DigSILENT／Power Factory軟件中，建立了直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)模型，并采用雙PWM背靠背變流器作為直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的全功率變流器進(jìn)行建模。永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)的控制結(jié)構(gòu)如圖1所示。原動(dòng)機(jī)模型包括3個(gè)子模塊：風(fēng)力機(jī)、槳距角控制模塊和軸系。對(duì)風(fēng)力機(jī)采用變槳距調(diào)節(jié)策略，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組的變速恒頻控制［6］。

圖1 永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)控制結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用2個(gè)PWM變流器，即PWM整流器＋PWM逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖2所示。電網(wǎng)側(cè)變流器穩(wěn)定直流母線電壓以及控制網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)，電機(jī)側(cè)變流器實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)功率、轉(zhuǎn)速的控制。雙PWM系統(tǒng)控制靈活，可以有效地提高系統(tǒng)的運(yùn)行特性［7］。

1.2 光伏建模

采用可控直流電流源串聯(lián)全功率PWM變流器的形式，對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行建模，如圖2所示?？紤]到本文主要是對(duì)微網(wǎng)中穩(wěn)態(tài)條件下的諧波分布情況進(jìn)行研究分析，故對(duì)光伏電源做了一定的簡(jiǎn)化處理，采用恒流源代替實(shí)際的發(fā)電單元。

在DIgSILENT／Power Factory軟件中，PWM并網(wǎng)逆變器所選的恒功率控制策略，使光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的有功和無(wú)功保持在某一參考功率，即當(dāng)光伏并網(wǎng)逆變器所連電網(wǎng)電壓和頻率在允許范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的無(wú)功和有功保持不變。

圖2 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.3 微網(wǎng)建模

搭建了典型的微網(wǎng)模型——西門(mén)子Benchmark 0.4 kV電網(wǎng)模型［8］，系統(tǒng)頻率為50 Hz，如圖3所示。微網(wǎng)中負(fù)荷采用恒功率模型，負(fù)荷參數(shù)如表1所示，微網(wǎng)中線路參數(shù)如表2所示。微網(wǎng)通過(guò)1臺(tái)升壓變壓器連接到中壓主電網(wǎng)。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)的具體接入情況見(jiàn)仿真分析。

表1 微網(wǎng)負(fù)荷數(shù)據(jù)

表2 所用型號(hào)導(dǎo)線各序阻抗參數(shù)Ω／km

2 仿真分析

基于DIgSILENT／Power Factory仿真平臺(tái)，仿真分析了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)分別以不同容量和不同接入位置并入微網(wǎng)時(shí)，微網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)諧波的變化情況。

圖3 0.4 kV Benchmark低壓微網(wǎng)結(jié)構(gòu)

2.1 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)接入微網(wǎng)

結(jié)合風(fēng)機(jī)廠家提供的諧波電流技術(shù)參數(shù)，設(shè)定了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)對(duì)接入點(diǎn)注入的各次諧波電流參數(shù)，如表3所示。通過(guò)仿真分析得到微網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的諧波電壓畸變率（THDu，%），如表4所示。

從仿真結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)同一容量，在接入位置1，即風(fēng)機(jī)安裝于微網(wǎng)饋線末端時(shí)，各節(jié)點(diǎn)的諧波電壓畸變率較大，末端節(jié)點(diǎn)越接近風(fēng)電機(jī)組，其諧波電壓畸變率越大；同一接入位置，風(fēng)電機(jī)組安裝容量越大，各節(jié)點(diǎn)的諧波電壓畸變率也越大。

表3 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)注入諧波電流參數(shù)

表4 各節(jié)點(diǎn)的諧波電壓畸變率%

2.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)接入微網(wǎng)

結(jié)合光伏廠家提供的諧波電流技術(shù)參數(shù)，設(shè)定了光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)接入點(diǎn)注入的各次諧波電流參數(shù)，如表5所示。通過(guò)仿真分析得到微網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的諧波電壓畸變率（THDu，%），如表6所示。

表5 光伏發(fā)電系統(tǒng)注入諧波電流參數(shù)

表6 各節(jié)點(diǎn)的諧波電壓畸變率%

從仿真結(jié)果可以看出，在接入位置1，即光伏發(fā)電系統(tǒng)并入于微網(wǎng)饋線末端時(shí)，各節(jié)點(diǎn)的諧波電壓畸變率較大，末端節(jié)點(diǎn)越接近光伏電源，其諧波電壓畸變率越大；同一接入位置，光伏發(fā)電系統(tǒng)容量越大，各節(jié)點(diǎn)的諧波電壓畸變率也越大。微網(wǎng)諧波變化規(guī)律與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)接入時(shí)相同。

3 結(jié)論

隨著對(duì)微網(wǎng)系統(tǒng)的不斷研究，掌握其內(nèi)部的諧波分布規(guī)律尤為重要。通過(guò)仿真分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)分布式電源并網(wǎng)位置越接近線路末端，饋線沿線各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓畸變?cè)絿?yán)重；反之，越接近系統(tǒng)母線，對(duì)系統(tǒng)的諧波分布影響越小。從減小諧波畸變率的角度來(lái)看，分布式電源并不適宜在饋線末端接入系統(tǒng)，而應(yīng)選擇線路接近系統(tǒng)母線處和饋線中間位置的組合。另外，分布式電源的容量越大，對(duì)微網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)造成的諧波畸變也越大。因此，微網(wǎng)中應(yīng)合理布局分布式電源的接入情況，努力降低對(duì)系統(tǒng)的諧波危害。

［1］殷 豪，陳春泉，彭顯剛，等.分布式電源接入對(duì)配電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響研究［J］.東北電力技術(shù)，2012，33（10）：6－10.

［2］程志江，李永東，謝永流，等.帶超級(jí)電容的光伏發(fā)電微網(wǎng)系統(tǒng)混合儲(chǔ)能控制策略［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2015，39（10）：2 739－2 745.

［3］慕小斌，陳國(guó)良，孫麗兵，等.微網(wǎng)電能質(zhì)量新特性及其治理方案綜述［J］.電源技術(shù)，2015，39（9）：2 041－2 044.

［4］蔡志遠(yuǎn)，戈陽(yáng)陽(yáng)，馬少華.大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)諧波影響研究［J］.東北電力技術(shù)，2014，35（4）：31－33.

［5］周念成，樓曉軒，王強(qiáng)鋼，等.電網(wǎng)電壓不平衡下三相光伏發(fā)電系統(tǒng)的諧波電流抑制［J］.電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2015，30（16）：246－254.

［6］任碧瑩，同向前，孫向東.具有限定功率運(yùn)行的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)控制設(shè)計(jì)［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2014，42（2）：87－92.

［7］劉 波，金 昊.永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)雙PWM變換器前饋補(bǔ)償控制［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2014，42（15）：52－57.

［8］王繼東，杜旭浩，楊 帆.基于三次樣條插值信號(hào)重構(gòu)的微網(wǎng)諧波及間諧波分析算法［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2012，36（11）：7－11.

Analysis on Influence of Distributed Power Change on Harmonic of Micro Grid

DU Xu?hao，ZHANG Jian?jun，MA Tian?xiang，WEI Li?qiang
（State Grid Electric Power Research Institute of Hebei Electric Power Co.，Ltd.，Shijiazhuang，Hebei 050021，China）

In order to grasp the variation law of the harmonic in micro grid and reduce the harm of harmonic based on DIgSILENT／Pow?er Factory simulation platform，this paper builds a micro grid model which is suitable for harmonic analysis，simulation and analysis of distributed power supply in different capacity，different access location，micro grid system of harmonic change.And through the wind power and photovoltaic of distributed power for verification，the micro grid harmonic change of a certain rule are discovered，the rele?vant recommendations are given.The results offer a reference for the future of micro network harmonic control work.

Micro grid；Distributed generator；Harmonic；Wind power generation；Photovoltaic power generation

TM76

A

1004－7913（2016）06－0038－03

杜旭浩（1986—），男，碩士，工程師，主要從事電力系統(tǒng)電能質(zhì)量及微網(wǎng)工作。

2016－02－26）