淺談交直流微電網(wǎng)ACDC雙向功率變換器控制策略

李霞 李娟

摘 要：在分布式電源快速發(fā)展的背景下，微電網(wǎng)已經(jīng)成為電力系統(tǒng)發(fā)展的主要方向。未來智能電網(wǎng)系統(tǒng)中通過交直流微網(wǎng)，能夠接納不同的分布式能源，滿足功率輸出的需求，提高系統(tǒng)的整體負荷，有效減少電力電子轉(zhuǎn)換等各種中間環(huán)節(jié)，減少工程損耗和運行成本，也能夠增強供電的可靠性與穩(wěn)定性。通過對交直流微電網(wǎng)AC DC雙向功率變換器的控制策略以及相關(guān)技術(shù)進行深入探究，可以針對交直流微網(wǎng)分布式能源的具體進行改進，提高分布式能源并網(wǎng)的整體靈活性。

關(guān)鍵詞：交直流微電網(wǎng);ACDC雙向功率變換器;諧波電流

0? 引言

如果交流子網(wǎng)中有大量的非線性負荷，交流母線電流會發(fā)生畸變，通過AC DC雙向功率變換器進行諧波電流的治理，可以提高微電網(wǎng)的整體運行效果。促進可再生能源的有效利用，有效解決電力供不應求的問題。

1理想工況下AC DC雙向功率變換器的現(xiàn)狀

目前三相電壓ACDC雙向功率變換器主要采取直流子網(wǎng)電能儲能。電流型AC DC雙向功率變換器運行成本高、穩(wěn)定性低，整個系統(tǒng)的動態(tài)響應速度比較慢。運用電壓型AC DC雙向功率變換器穩(wěn)定性非常高，響應速度快，可以有效替代電流型AC DC功率變換器。目前電壓型的AC DC雙向功率變換器主要控制策略，包括雙閉環(huán)控制、PO控制等。電壓外還可以采用平方算法策略，性能良好，可以有效提高電流側(cè)電壓的整體運行效果，能夠?qū)崿F(xiàn)功率控制到電壓和頻率控制的無縫輸出，還能夠根據(jù)不同的微電網(wǎng)負荷進行實時調(diào)整，通過采用并網(wǎng)與孤島模式的AC雙向功率變換器，可以保證交直流子網(wǎng)之間的功率實現(xiàn)平衡，確保AC DC雙向功率變換的整體效果，還能夠?qū)恢绷髯泳W(wǎng)之間的功率平衡進行動態(tài)化調(diào)整。通過微網(wǎng)子網(wǎng)之間的功率平衡能夠有效解決AC DC雙向功率變換器頻繁動作的各種異常問題。

2電流畸變時的ACDC雙向功率變換器

在交直流混合微電網(wǎng)中，由于諧波電流會造成雙向功率，變換器出現(xiàn)故障跳閘等情況，還會導致線路損耗增加。通過在逆變器基礎(chǔ)上改進微電網(wǎng)的電能質(zhì)量，也可以確保微電網(wǎng)電能質(zhì)量和光伏發(fā)電網(wǎng)等功能得到有效提高，在電網(wǎng)電壓不平衡以及交流電流畸變的情況下，通過AC DC雙向功率變換器也可以提高逆變器的整體輸出質(zhì)量。分段式電流繼電保護是配網(wǎng)的最常見保護方式。在分布式風電場接入后，會對原有保護網(wǎng)絡造成明顯影響，由單個電源轉(zhuǎn)變?yōu)殡p電源或者多電源供電，導致線路電流數(shù)值過多，影響配電保護的靈敏性，還可能會產(chǎn)生保護或拒動等問題。電廠接入配網(wǎng)系統(tǒng)之后，導致系統(tǒng)中的電流速斷保護和現(xiàn)實保護造成兩段式電流保護。在風電場接入后，會對故障電流產(chǎn)生分流影響，由此故障電流會與風場接入容量呈現(xiàn)相反的關(guān)系。在風電場接入系統(tǒng)之后，會增加電流使得線路上故障電流高于保護動作，也會導致裝置誤操作的風險增加。接入系統(tǒng)以后，對短路故障電流會產(chǎn)生明顯的增強效果，這也會使保護靈敏度下降。而電流速斷保護裝置，不會受到風電場接入的影響，但是依然由原有網(wǎng)絡故障和故障點共同決定。根據(jù)現(xiàn)場運行的數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，風電大規(guī)模接入系統(tǒng)會造成繼電保護裝置的注入系統(tǒng)容量小于接入節(jié)點短路容量的10%。為了保證風機的暫態(tài)故障保護特性，與傳統(tǒng)的電網(wǎng)故障不同的是，風機的暫態(tài)故障保護有其特殊性。

3電流畸變使AC DC雙向功率變換器的改進控制策略

3.1諧波電流目前在混合微電網(wǎng)中

AC雙向功率變換器是一種具有較大非線性負荷的交流母線諧波電流，對混合微電網(wǎng)具有較大的危害，它會引起子網(wǎng)的集膚效應，使線損明顯，使交流直向微電網(wǎng)負擔明顯，同時也使通信設備不能正常工作，使儀表設備的測量效果變差，使許多器件出現(xiàn)過流現(xiàn)象，使 AC雙向功率變換器的損耗加劇，使 AC雙向功率變換器不能正常工作，使儀表設備測量效果變差，使自動化裝置系統(tǒng)受到諧波電流的影響，使其不能有效工作。很容易出現(xiàn)測量誤差。必須要對混合微電網(wǎng)中的諧波電流進行有效治理，這樣才能夠保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定快速運行，目前最主要的治理方案主要是對電力電子設備進行改造升級降低電力電子設備諧波電流產(chǎn)生的幾率，通過適當增加AC雙向功率的變換器脈沖數(shù)量，對整個AC DC雙向功率變換器進行調(diào)制，確保CD雙向功率變換器聯(lián)合使用。利用主動直流的措施可以有效降低電流畸變產(chǎn)生的各種問題，但同樣也會影響AC DC雙向電流變換器結(jié)構(gòu)。造成整個系統(tǒng)的整體運行效果存在明顯的問題與不足。被動治理則主要利用濾波器對諧波電流進行整治，通過有源電力濾波器和無源電力濾波器，能夠?qū)μ囟ǖ拇沃C波進行治理。

3.2電流畸變時AC DC雙向功率變換器的運行模式

在交流子網(wǎng)中會出現(xiàn)大量的非線性負載，引起交流母線發(fā)生電流畸變，由于AC DC雙向功率變換器通過諧波電流治理，能夠增強微電網(wǎng)運行的安全性與穩(wěn)定性。而為了使ACDC雙向功率變換器快速進行諧波治理，需要利用AC DC雙向功率變換器加以指示，根據(jù)交直流混合微電網(wǎng)負荷的情況以及交流網(wǎng)中是否含有非線性負載。根據(jù)不同的交直流混合微電網(wǎng)負荷情況進行調(diào)整，保證AC DC雙向功率變換器用于以下4種模式：并網(wǎng)逆變模式中，所有的負載都由交直流直網(wǎng)微流共同承擔，但是直流子網(wǎng)所產(chǎn)生的功率會顯著超過交流子網(wǎng)，此時直流子網(wǎng)會發(fā)出有功功率增強自身的消耗，還會使AC雙向功率變換器。逆變到交流子網(wǎng)中，提供交流負載，并網(wǎng)整流模式能夠使交直流子網(wǎng)所有負載，由交直流子網(wǎng)共同承擔，但是交流子網(wǎng)的功率會明顯超過直流子網(wǎng)。直流子網(wǎng)的功率無法滿足自身消耗，交流子網(wǎng)發(fā)出的有功功率，經(jīng)過ACDC雙向功率變換器，直流子網(wǎng)之中會供給直流負載，逆變諧波治理中的母線含有非線性負載?？梢詾榻涣髫撦d提供有功功率，而整流諧波治理模式中交流母線非線性負載AC DC經(jīng)雙向功率變換器進行諧波治理工作。在分布式電源接入到配電網(wǎng)之后必然會對電流產(chǎn)生明顯影響。運用相電差故障分量保護，盡量避免分布式電源造成的影響。實踐中計算了相電流故障分量。為了有效解決這一問題，必須根據(jù)分布式電源，配電網(wǎng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖和序分量算法對過渡電阻產(chǎn)生的影響進行分析。在我國目前大部分配電網(wǎng)的電壓等級均為10Kv，屬于小電流接地系統(tǒng)。單相接地故障是所有配電網(wǎng)故障的重要組成，大約占據(jù)70～80%以上，中性點不接地系統(tǒng)或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，發(fā)生接地故障也會產(chǎn)生比較小的故障電流，不會對設備和人身安全造成嚴重危害。三相電壓基本保持不變，不會對整個系統(tǒng)造成運行故障，但長時間帶病運行，很容易導致非故障相絕緣相對薄弱處出現(xiàn)擊穿的情況，導致發(fā)生嚴重故障。在發(fā)生短路故障以后，最主要的就是及時處理接地故障的具體位置，縮小停電范圍，確保電網(wǎng)安全分布，根據(jù)故障發(fā)生時正序、負序和零序不同關(guān)系對故障進行分析，有效解決分布式電源對配電網(wǎng)保護產(chǎn)生各種影響。

4結(jié)語

分布式發(fā)電能夠確保可再生能源廣泛利用，通過交直流混合微電網(wǎng)的整合，增強了供電系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性，還不需要上層調(diào)度，通過AC DC雙向功率變換器，可以保證雙向功率快速轉(zhuǎn)換。通過對交直流微電網(wǎng)的運行現(xiàn)狀進行分析，明確ACDC雙向功率變換器拓撲結(jié)構(gòu)，制定了AC DC雙向功率雙閉環(huán)控制策略，有效提高直流子網(wǎng)母線電壓的整體穩(wěn)定性，確保交直流子網(wǎng)功率快速流動。

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（1.國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心? 廣東? 廣州? ?510000;2. 國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心? 北京? 100160）