改進(jìn)分布式發(fā)電系統(tǒng)電能質(zhì)量的控制策略

解鵬雁

摘 要：在并網(wǎng)模式中，幾乎所有分布式發(fā)電系統(tǒng)的單相逆變器都只向電網(wǎng)注入有功功率。本文對(duì)單相逆變器的電能質(zhì)量特性，即含有電流諧波分量的有功和無功功率特性進(jìn)行了研究，通過在控制策略中并聯(lián)有源電力濾波器（APF），并采用電流參考發(fā)生器和重復(fù)電流控制器來實(shí)現(xiàn)相關(guān)的研究。本文采用單相系統(tǒng)的兩相變換法提取諧波分量，并提供負(fù)載所需的無功功率。

關(guān)鍵詞：分布式發(fā)電；電能質(zhì)量；瞬時(shí)無功功率

電力電子是將分布式發(fā)電單元結(jié)合在一起的重要組成部分，從而實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的高效率和高性能。由于原有的控制策略是針對(duì)三相有源濾波器研究的，因此在單相逆變電路中采用有源濾波器時(shí)，一定要特別注意有源濾波器的性能需要符合單相電力系統(tǒng)[1]。所有分布式發(fā)電系統(tǒng)的單相逆變器都只向電網(wǎng)注入有功功率，即通過需要產(chǎn)生的參考有功功率計(jì)算參考電流。

本文對(duì)應(yīng)用在分布式發(fā)電系統(tǒng)的單相逆變器提出了一種改進(jìn)的電能質(zhì)量控制策略，分布式發(fā)電單元和有源電力濾波器結(jié)合起來，可以控制逆變器的有功功率從電源流到電網(wǎng)，并對(duì)無功功率和非線性負(fù)載電流諧波進(jìn)行補(bǔ)償，使電網(wǎng)電流保持接近正弦。

1 諧波參考電流

本文采用了一種基于重復(fù)控制器的專用逆變器電流控制方案，該控制策略可以使FIR濾波器抽頭數(shù)減半，從計(jì)算的角度更加容易實(shí)現(xiàn)。

參考電流的計(jì)算可以使用正弦信號(hào)積分器（SSI）和瞬時(shí)無功功率（IRP）理論來完成[2]。這種方法無延遲的得到應(yīng)用于IRP理論或其他技術(shù)（最初用于三相系統(tǒng)）所需的虛擬變量。

改進(jìn)電能質(zhì)量的單相逆變器控制策略流程如下圖所示。逆變器參考電流iF由參考電流發(fā)生器產(chǎn)生，電流控制基于重復(fù)控制器。

2 基波參考電流

在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行中，傳遞函數(shù)（1）和（2）在頻域中的相位關(guān)系是∠H1jw=∠H2jw+π2 （3）

根據(jù)伯德圖發(fā)現(xiàn)當(dāng)ka變小時(shí)，濾波器變得更有選擇性。然而，在這種情況下，相位在基波頻率ω0周圍的延遲也越來越高。

這種特性可以用于獲取正交基波分量，該基波分量被用于補(bǔ)償局部負(fù)載無功功率。SSI產(chǎn)生的信號(hào)IL1β僅用于計(jì)算基本無功參考q*，采用IRP理論中的無功功率定義如下：

由于系統(tǒng)是單相的，因此忽略電流i*1β，在諧波參考電流i*hα中加入i*1α以獲得逆變器參考電流，用于提取非線性負(fù)載電流基波分量的SSI濾波器性能靈活，可以調(diào)整其增益ka提高參考發(fā)生器的選擇性或改善其瞬時(shí)響應(yīng)。需要強(qiáng)調(diào)的是本文創(chuàng)建虛擬變量的方法與現(xiàn)有的另一種計(jì)算虛擬變量方法存在不同之處。在本文中，由SSI濾波器得到的用于產(chǎn)生電流參考的正交基波分量是正弦信號(hào)，相位偏移90°。在現(xiàn)有的方法中，獲得的虛擬變量是由負(fù)載電流所有頻率的相位旋轉(zhuǎn)90°產(chǎn)生的，而且含有高次諧波的信號(hào)，在這種情況下，需要在虛擬變量和逆變器基準(zhǔn)電流中引入相位延遲。

3 電流控制方案

對(duì)產(chǎn)生有功功率和補(bǔ)償無功功率的逆變器來說，基準(zhǔn)電流在基頻是正弦信號(hào)，如果帶寬足夠高，就可以采用常規(guī)PI控制器。如果逆變器還必須補(bǔ)償電流諧波，則參考電流的正弦信號(hào)將會(huì)畸變[3]。在這種情況下，PI控制器將無法實(shí)現(xiàn)零穩(wěn)態(tài)誤差。

因此，本文采用的電流控制策略是基于傳統(tǒng)PI算法的重復(fù)控制器，當(dāng)參考電流存在高次諧波時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)零穩(wěn)態(tài)誤差。在該方案中，關(guān)鍵問題在于如何實(shí)現(xiàn)重復(fù)控制，重復(fù)控制器僅僅是n路濾波器，因此可以通過采用離散傅里葉變換（DFT）來設(shè)計(jì)濾波器，從而實(shí)現(xiàn)單相諧波補(bǔ)償?shù)膯挝辉鲆妗?/p>

4 結(jié)論

本文研究了一種用于分布式發(fā)電系統(tǒng)的單相逆變器，獲得了并網(wǎng)運(yùn)行中的諧波和無功功率補(bǔ)償?shù)入娔苜|(zhì)量特性，提出了基于SSI和IRP理論的電流參考發(fā)生器控制方案，并配以專用的重復(fù)電流控制器，使逆變器控制具有較好的暫態(tài)性能，并將有功功率和無功功率輸出到負(fù)載中。具有較好的電能質(zhì)量和低諧波畸變。

參考文獻(xiàn)：

[1]張逸，林焱，吳丹岳.電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2015，2（5）：44.

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[3]趙憲，周力行，鄧維.改進(jìn)的層次分析法在含分布式電源系統(tǒng)電能質(zhì)量綜合評(píng)估中的應(yīng)用[J].中國電力，2014，12（18）：213-222.