一種微電網(wǎng)背景下的新型電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器

摘要：針對(duì)微電網(wǎng)中的電能質(zhì)量治理問題，提出一種用于改善電能質(zhì)量的補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)方案。它在原有混合型有源電力濾波器(HAPF)基礎(chǔ)上增加了分布式電源及儲(chǔ)能元件，采用一種改進(jìn)型id-iq復(fù)合指令電流檢測(cè)及合成實(shí)現(xiàn)方法，較好地實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多能的要求。該裝置在有效解決微電網(wǎng)諧波和無功電流補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)，也能較好地實(shí)現(xiàn)分布式電源并網(wǎng)發(fā)電功能，最大程度節(jié)約了治理成本。仿真與實(shí)驗(yàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，該設(shè)計(jì)方案有效、可靠。
關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)；調(diào)節(jié)器；電能質(zhì)量；有源電力濾波器

1 引言
隨著微電網(wǎng)在電網(wǎng)系統(tǒng)滲透率的不斷提高，電網(wǎng)將面臨由分布式電源及非線性負(fù)載所引起的電能質(zhì)量問題。改善電能質(zhì)量的工程應(yīng)用中，并聯(lián)HAPF有著廣泛應(yīng)用。由于非線性負(fù)載的時(shí)變特性，HAPF常處于低功率工作狀態(tài)。另外微電網(wǎng)中分布式電源具有極強(qiáng)的間歇性和隨機(jī)性，導(dǎo)致逆變器輸出容量浪費(fèi)。近年來，開發(fā)微電源并網(wǎng)逆變器的剩余容量來改善電網(wǎng)電能質(zhì)量的問題開始得到關(guān)注。在此提出一種微電網(wǎng)電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了多功能化。采用一種改進(jìn)型id-iq復(fù)合指令電流檢測(cè)及合成實(shí)現(xiàn)方法，實(shí)驗(yàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，提出的設(shè)計(jì)思路與方案可行。

2 新型電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)與原理
2．1 微電網(wǎng)新型電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
在HAPF系統(tǒng)中，當(dāng)直流側(cè)電壓超出給定值時(shí)，APF將通過并網(wǎng)逆變器向電網(wǎng)注入有功電能來降低直流側(cè)的電壓，意即可通過提高APF直流側(cè)的電壓，來實(shí)現(xiàn)把直流側(cè)電能以有功電能形式注入電網(wǎng)的目標(biāo)．這也是在微電網(wǎng)HAPF系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)分布式電源并網(wǎng)發(fā)電的理論基礎(chǔ)。微電網(wǎng)新型電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器HAPF的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

該拓?fù)溆刹⒕W(wǎng)逆變器及其控制單元、無源濾波器(PPF)組、微電網(wǎng)分布式電源及儲(chǔ)能單元組成。并網(wǎng)逆變器直流側(cè)與儲(chǔ)能單元及分布式電源相連，交流側(cè)通過電抗和電力電容器與電網(wǎng)相連，電抗和電力電容器將調(diào)諧至某固定次諧波，構(gòu)成單調(diào)諧無源LC濾波器，其中，原有APF逆變器交流側(cè)輸出濾波電感被包含在單調(diào)諧無源LC濾波器電感中。與常規(guī)并聯(lián)APF比較可見，僅增加了一個(gè)調(diào)諧電容器，既保持了最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，又具有混合補(bǔ)償裝置的諸多優(yōu)點(diǎn)。并且，當(dāng)并網(wǎng)逆變器因故障而不得已旁路后，由于單調(diào)諧無源LC濾波器的存在，裝置仍可起到一定的濾波作用。
當(dāng)裝置工作時(shí)，電網(wǎng)基波電壓均施加在并網(wǎng)逆變器交流側(cè)電力電容器上，最大限度地降低APF逆變器的容量，同時(shí)PPF組裝設(shè)在負(fù)載側(cè)實(shí)現(xiàn)就地補(bǔ)償，APF中直流側(cè)電壓遠(yuǎn)低于電網(wǎng)基波電壓，分布式電源可與并網(wǎng)逆變器直接相連而不再需要升壓變換電路，提高了分布式電源并網(wǎng)發(fā)電的效率，降低了成本。
2．2 微電網(wǎng)新型HAPF工作原理
圖2示出微電網(wǎng)新型HAPF單相等效電路。其中直流側(cè)帶微電網(wǎng)分布式電源和儲(chǔ)能單元的并網(wǎng)逆變器被等效為一個(gè)理想的受控電壓源uDG，電網(wǎng)中非線性負(fù)載可被等效為一個(gè)理想的電流源。