微网运行和电能质量控制研究

可再生能源可有效缓解全球能源危机,提高能源可持续发展能力。分布式发电是可再生能源开发利用的有效途径,它充分利用各种可用的分散存在的能源进行发电,有利于缓解集中发电设施建设的压力,是大电网的有效补益。分布式发电优势明显,然而,由于分布式发电的随机性和分散性,大规模接入会对电网的安全稳定运行带来影响,当电网发生故障时,分布式发电必须与电网断开,无法发挥分布式发电削峰填谷的作用。微网这一概念被提出来规范分布式发电,使其“友好地”接入电网,协调分布式发电与电网之间的矛盾。微网是解决分布式电源大规模接入电网的重要方法,也是发展智能电网的重要研究内容。 微网运行控制和微网及含微网电网的电能质量分析与控制是微网研究的关键技术,为微网应用于实际和大规模微网接入电网提供理论参考和技术支持,本文是在国家重点基础计划项目(“973”计划)的资助下完成的,研究内容涉及到四个方面：微网控制、微源控制、微网内部电能质量控制(微源并网逆变器复合利用)和含多微网配电网的电能质量控制,具体工作和创新点体现在： (1)从微网结构出发,考虑微源间环流问题,根据不同类型微源在微网系统所起的作用制定相应的控制策略,提出了微网的综合控制策略。提出了改进型下垂控制,与传统下垂控制相比,可提高微源输出电压的响应速度和调节精度。微源无缝切换技术可减少并网瞬间产生的冲击电流,提高微网运行的稳定性,实现微源即插即用,针对现有微源同步并网控制在实现无缝切换后需变换控制策略的缺陷,本文提出了微源同步并网与功率统一控制策略。该控制策略实现同步并网后,无需改变控制结构就能实现微源输出功率的调节。在MATALB\SIMULINK环境下建立了基于多种分布式能源形式的微网系统仿真模型,讨论了微网孤岛和联网运行特性,微网仿真结果验证了所提控制策略的正确性。 (2)提出了一种基于LCL滤波器的双环功率控制策略。该功率控制由功率外环、电容电流内环组成。为了给功率外环提供并网有功和无功功率反馈值,提出了基于PQ理论的单相电路检测算法。功率外环的控制量为有功和无功功率,是直流量,分别采用PI控制器,可以确保微源输出有功和无功功率的无稳态误差控制,从而实现单相微源的PQ控制。利用频域卷积的频移特性,推导了功率环的传递函数,并得出了整个系统开环和闭环传递函数。通过绘制闭环传递函数的根轨迹和计算开环传递函数的稳定裕度,分析了所提功率控制系统的稳定性,设计了控制系统的外环和内环控制增益。仿真和实验验证了所提控制策略的正确性和有效性。 (3)研究了光伏微源并网逆变器复合利用的两个理论基础,在分析了现有两种光伏并网控制策略(即基于同步旋转变换的PI控制和基于静止坐标下的比例谐振控制)基础上,提出了基于同步旋转坐标变换和基于静止坐标系下的两种复合控制策略,分析了两种控制策略的控制原理,从控制结构、调节精度、数字化实现和限幅控制等方面比较分析了两种复合控制策略的优缺点,重点仿真研究了基于静止坐标系下的复合控制策略在实现光伏发电、谐波治理、无功补偿和复合利用的性能,并讨论了复合利用对光伏微源发电的影响。 (4)分析了多微网接入对配电网电能质量的影响。针对多微网接入对配电网产生的电能质量问题,本文提出了一种由晶闸管控制电抗器(TCR)和谐振阻抗型混合有源电力滤波器(RITHAPF)组成的电力电子混合补偿系统(PEHS),分析了PEHS的工作原理,提出了PEHS控制策略。针对目前TCR的补偿导纳计算公式,是完全补偿方式,容易造成过补偿,且通过研究功率因数与功率的非线性曲线发现：功率因数越接近单位一,关系曲线越陡,此时功率因数每增大一个百分点,所需无功补偿量越大。本文提出了一种基于广义dq变换的补偿导纳计算方法,用于TCR和PPFs补偿多微网联网三相电流不平衡和功率因数。在分析RITHAPF (?)皆波抑制原理的基础上,研究了影响RITHAPF滤波性能的机理,提出了具有相位补偿的分频电流控制策略,分频补偿因RITHAPF主电路等效阻抗引起延时造成的相位偏移,消除延时对RITHAPF滤波性能的影响,提高PEHS谐波抑制能力。仿真验证了所提PEHS控制策略的有效性和正确性,比较研究了有无相位补偿对RITHAPF (?)皆波抑制性能的影响。