微電網(wǎng)分層控制及其電能質(zhì)量改善研究.pdf

1、研究含有分布式電源(Distributed generation，DG)的微電網(wǎng)接入主電網(wǎng)具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。微電網(wǎng)是包括分布式電源、儲(chǔ)能裝置、能量變換裝置、負(fù)荷、保護(hù)裝置集中而成的小型電力系統(tǒng)。介紹了微電網(wǎng)技術(shù)的特點(diǎn)，分析了分布式電源的隨機(jī)性可能導(dǎo)致的微電網(wǎng)不易運(yùn)行控制及其對(duì)電能質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。影響微電網(wǎng)電能質(zhì)量問(wèn)題的因素很多:微電源的運(yùn)行特性及控制方法、微電源的接入點(diǎn)和容量、微電網(wǎng)運(yùn)行方式和控制方法、電力電子裝置、儲(chǔ)能設(shè)備和負(fù)荷特

2、性等都會(huì)影響電能質(zhì)量，從而導(dǎo)致微電網(wǎng)電能質(zhì)量的檢測(cè)、分析、評(píng)估、改善和主電網(wǎng)相比更加困難復(fù)雜。
　　微電網(wǎng)的電能質(zhì)量特殊性是由微電源、負(fù)荷和微電網(wǎng)運(yùn)行與控制方法共同決定的。其中，微電網(wǎng)電能質(zhì)量控制有如下要求:(1)無(wú)功電壓控制;(2)頻率穩(wěn)定;(3)不平衡控制;(4)諧波抑制。因此，研究改善微電網(wǎng)的電能質(zhì)量，基于分層控制的運(yùn)行控制具有重要的實(shí)際意義。
　　上述問(wèn)題的微電網(wǎng)電能質(zhì)量的表現(xiàn)形式不同，但問(wèn)題的解決都依賴于能量的平衡

3、控制，分層控制策略是實(shí)現(xiàn)能量平衡、保證微電網(wǎng)正常運(yùn)行的重要手段。分層控制在微電網(wǎng)中的應(yīng)用需要解決一些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，如關(guān)系到微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、優(yōu)化運(yùn)行，分層控制抑制功率波動(dòng)的控制策略。研究?jī)?nèi)容主要涉及以下四個(gè)方面:微電網(wǎng)內(nèi)各分布式電源建模及其分層控制方法、電壓偏差和頻率偏差的二級(jí)控制、電壓不平衡的二級(jí)控制以及微電網(wǎng)中的諧波抑制，本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)從微電網(wǎng)的架構(gòu)與多種分布式電源的數(shù)學(xué)模型出發(fā)，包括風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能光伏

4、電池和蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。根據(jù)基本的狀態(tài)空間平均方法，對(duì)微電網(wǎng)中的分布式電源多采用電力電子變換裝置并入微電網(wǎng);蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的并網(wǎng)控制模型分為蓄電池、雙向半橋DC/DC變換器、逆變器控制系統(tǒng)三部分，太陽(yáng)能光伏電池發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)控制模型分為太陽(yáng)能光伏電池、雙向半橋DC/DC變換器、逆變器控制系統(tǒng)三部分，風(fēng)力發(fā)電采用直驅(qū)永磁同步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)主要由發(fā)電機(jī)側(cè)整流器與網(wǎng)側(cè)逆變器構(gòu)成。仿真結(jié)果驗(yàn)證了分布式電源對(duì)微電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響，為了改善微電網(wǎng)的電能

5、質(zhì)量，提出了一種微電網(wǎng)的分層控制策略。
　　(2)微電網(wǎng)電壓和頻率的偏差是兩個(gè)重要的電能質(zhì)量的指標(biāo)，傳統(tǒng)的分布式電源逆變器采用下垂控制方法，會(huì)對(duì)電壓以及頻率造成偏差。在微電網(wǎng)初級(jí)控制中，大部分分布式電源采用電力電子接口，負(fù)荷與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)多變，這些都增加了微電網(wǎng)電壓和頻率穩(wěn)定控制的困難。如何保證微電網(wǎng)在孤島運(yùn)行時(shí)，可以滿足電壓和頻率的穩(wěn)定性指標(biāo)，是微電網(wǎng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。為了補(bǔ)償微電網(wǎng)電壓和頻率的偏差造成的影響，建立了基于二級(jí)控制的微電

6、網(wǎng)控制策略。該控制方法通過(guò)重新控制逆變器的輸出電壓幅值和頻率，使得微電網(wǎng)公共連接點(diǎn)處電壓和頻率的偏差在一定范圍內(nèi)。
　　另外，基于二級(jí)控制的微電網(wǎng)并網(wǎng)同步控制策略，可以實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)電壓和主電網(wǎng)電壓的平穩(wěn)、頻率的同步，從而避免了微電網(wǎng)并網(wǎng)過(guò)程的沖擊電流，最后可以實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)由孤島模式到并網(wǎng)模式的平滑切換。
　　(3)微電網(wǎng)中的分布式電源存在包含單相分布式電源與負(fù)荷特性的情況下，這會(huì)導(dǎo)致公共連接點(diǎn)的微電網(wǎng)電壓不平衡。當(dāng)微電網(wǎng)在公共連

7、接點(diǎn)存在不平衡的電壓時(shí)，初級(jí)控制的微電網(wǎng)中的電壓存在正序分量和負(fù)序分量，其中正序電壓分量轉(zhuǎn)化為直流分量、負(fù)序電壓分量轉(zhuǎn)化為二倍頻分量。為補(bǔ)償微電網(wǎng)電壓中的負(fù)序分量，此時(shí)必須采取適合于微電網(wǎng)的不平衡情況下的鎖相環(huán)，提出了基于二級(jí)控制的微電網(wǎng)控制策略，結(jié)合改進(jìn)解耦的雙同步坐標(biāo)系鎖相環(huán)(IDDSRF-PLL)控制，確保并網(wǎng)電壓無(wú)畸變且對(duì)稱并網(wǎng)，從而保證了并網(wǎng)電能質(zhì)量，同時(shí)能夠精確獲得微電網(wǎng)在公共連接點(diǎn)平衡的電壓。
　　(4)微電網(wǎng)中的分

8、布式電源和儲(chǔ)能裝置的電力電子接口變換器會(huì)產(chǎn)生諧波、非線性負(fù)荷會(huì)引起電流諧波，這會(huì)導(dǎo)致微電網(wǎng)公共連接點(diǎn)電壓波形發(fā)生嚴(yán)重畸變。在微電網(wǎng)初級(jí)控制中，該層控制采用多重PR比例諧振控制器的電壓電流環(huán)控制，結(jié)合虛擬阻抗的下垂控制策略，可以實(shí)現(xiàn)消除微電網(wǎng)逆變器輸出的電壓和電流的5次、7次等諧波畸變，滿足分布式電源的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。
　　另外，由于非線性負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電流，會(huì)引起公共連接點(diǎn)電壓畸變。為了補(bǔ)償此電壓畸變，提出了基于二級(jí)控制的微電網(wǎng)控制策略