藥煒

【摘要】：目前，我國(guó)科技不斷發(fā)展，新能源也越來(lái)越多的被利用，負(fù)荷、光伏發(fā)電及風(fēng)力發(fā)電可組成微電網(wǎng)。交流微電網(wǎng)的負(fù)荷控制包括平衡負(fù)荷控制、不平衡負(fù)荷控制和非線性負(fù)荷控制。針對(duì)交流微電網(wǎng)的三種不同的負(fù)荷類型，提出了對(duì)應(yīng)的控制策略，并對(duì)所提的控制策略進(jìn)行了理論推導(dǎo)和相應(yīng)的仿真驗(yàn)證。

【關(guān)鍵詞】：交流；微電網(wǎng)負(fù)；荷控制策略

1、關(guān)于微電網(wǎng)及其運(yùn)行

微電網(wǎng)這個(gè)概念最早由美國(guó)提出，長(zhǎng)久以來(lái)圍繞其進(jìn)行的研究認(rèn)為其具有較高的可靠性和突出的經(jīng)濟(jì)效益。所謂的微電網(wǎng)，其實(shí)指的就是一套系統(tǒng)，其主要構(gòu)成部分為分布式電源及負(fù)荷，其中，電源能夠在實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的同時(shí)提供控制，特點(diǎn)在于可兼顧電、熱能供應(yīng)。相對(duì)來(lái)講，微電網(wǎng)相當(dāng)于一個(gè)受控單元，其優(yōu)勢(shì)在于能夠在保證電能質(zhì)量的同時(shí)，兼顧安全，其運(yùn)行方式主要有兩種，其一為孤島運(yùn)行，其二為并網(wǎng)運(yùn)行。

實(shí)際上，自微電網(wǎng)被提出之后，相關(guān)的研究就已經(jīng)開始，截至目前已經(jīng)取得了很多重要成果，就研究方向與側(cè)重點(diǎn)來(lái)講，國(guó)外目前對(duì)其的研究大多是圍繞其規(guī)劃、相關(guān)影響等方面展開，而國(guó)內(nèi)對(duì)其的研究起步較晚，當(dāng)前尚處于仿真研究階段。我國(guó)對(duì)微電網(wǎng)進(jìn)行的研究認(rèn)為，其可以借助分布式電源實(shí)現(xiàn)能源供應(yīng)，是一種相對(duì)特殊的電網(wǎng)，且其電源可以借助電子器件實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，之后并聯(lián)接在用戶側(cè)，這樣就可以在保證電能質(zhì)量的基礎(chǔ)上，盡可能的提升供電安全程度。站在用戶的角度來(lái)講，微電網(wǎng)除了可以使供電更加穩(wěn)定與可靠之外，還有助于減小線損、維持正常電壓、滿足個(gè)性需要、充分利用余熱。相較于傳統(tǒng)電網(wǎng)，微電網(wǎng)具有更多的優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)其運(yùn)行過(guò)程中需要考慮的問(wèn)題也更多。由于運(yùn)行特性相對(duì)特殊，因此，要想保證其運(yùn)行過(guò)程的穩(wěn)定性與可靠性，就必須結(jié)合其運(yùn)行方式做好控制。

2、交流微電網(wǎng)負(fù)荷控制策略分析

2.1平衡類負(fù)荷控制策略

當(dāng)負(fù)荷為無(wú)源類且不需要和交流電網(wǎng)同步時(shí)，無(wú)須設(shè)計(jì)鎖相環(huán)，但要保證交流負(fù)荷供電電壓幅值和頻率恒定。本文采用基于交流電壓dq分量的定交流電壓控制策略V/f控制。負(fù)荷協(xié)調(diào)控制框圖如圖1所示。

圖1負(fù)荷協(xié)調(diào)控制框圖

由圖1可以看出，當(dāng)交流電壓處在S1、S2正常模式時(shí)，負(fù)荷協(xié)調(diào)控制為定交流電壓模式。當(dāng)孤島運(yùn)行交流電壓處在S3模式，電源功率不足，儲(chǔ)能電池不能繼續(xù)放電，交流電壓過(guò)低時(shí)，需要采取切負(fù)荷措施。先切除非敏感性負(fù)荷，然后按負(fù)荷優(yōu)先級(jí)依次進(jìn)行切除，保證敏感負(fù)荷的持續(xù)供電。仿真驗(yàn)證基于交流電壓dq分量的定交流電壓控制結(jié)果如圖2所示。

圖2負(fù)荷側(cè)諧波含量和電壓電流波形

從圖2可以看出負(fù)荷側(cè)的電壓電流波形很好，電壓的諧波含有量THDu=0.7%，電流的諧波含有量THDi=0.77%，都能很好地滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.2不平衡類負(fù)荷的控制策略

針對(duì)不平衡負(fù)荷常用的矯正辦法包含以下幾種：三相割裂電容式逆變拓?fù)?、三相四橋臂逆變拓?fù)?、三個(gè)單相橋拓?fù)浜挺?Y0變壓器拓?fù)?。三相割裂電容式逆變拓?fù)錁?gòu)造在單相負(fù)載時(shí)，電容需承受全負(fù)載相電流，所需電容容量較大，電壓利用率低，且兩個(gè)電容存在均壓疑問(wèn)。三相四橋臂逆變拓?fù)湓谌嗄孀儤蚧A(chǔ)上再增加一個(gè)橋臂來(lái)構(gòu)成中點(diǎn)，形成對(duì)三相輸出的公共點(diǎn)，使得能夠輸出三個(gè)獨(dú)立的電壓，這種構(gòu)造正得到廣泛的使用和研討。三個(gè)單相橋拓?fù)淠軌驑?gòu)成三套獨(dú)立的操控電路，然后處理三相不平衡的疑問(wèn)，這種構(gòu)造需求較多的開關(guān)，適合于大功率使用場(chǎng)合。Δ/Y0變壓器拓?fù)涫亲顬楹?jiǎn)略和常用的矯正辦法，當(dāng)負(fù)荷不平衡時(shí)會(huì)形成輸出電壓不平衡，因?yàn)椴黄胶怆妷褐械呢?fù)序重量同樣為周期性信號(hào)，因此重復(fù)操控能夠消除輸出電壓中的負(fù)序重量；因?yàn)閹Е?Y0連接變壓器的逆變器中，零序重量并不能從逆變橋傳輸?shù)捷敵龆耍虼溯敵鲭妷褐械牧阈蛑亓坎豢煽?；將輸出濾波電感連接在變壓器一次側(cè)，可減小輸出電壓中的零序重量，輸出電壓中的零序重量為負(fù)荷零序電流在變壓器高壓側(cè)漏感上的壓降，含量較小。因此這篇文章所采用的重復(fù)操控在負(fù)荷不平衡時(shí)仍具有較好的操控作用。雙環(huán)操控電路圖如圖3所示。改善的重復(fù)操控框圖如圖4所示。關(guān)于圖4重復(fù)操控器而言，這篇文章將電容電流內(nèi)環(huán)與G（s）等效為逆變器體系，則等效的體系傳遞函數(shù)為：

（3）

針對(duì)不平衡最嚴(yán)重的情況進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，即A相滿載，B、C兩相空載。仿真過(guò)程如下：在0-0.5s內(nèi)微電網(wǎng)變流器空載運(yùn)行，在0.5s時(shí)A相

圖3雙旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系電壓電流雙環(huán)控制

圖4改進(jìn)的重復(fù)控制框圖

投入10kW阻性負(fù)荷，在1s時(shí)切除負(fù)荷，系統(tǒng)空載運(yùn)行，仿真結(jié)果如圖5所示。

圖5帶不平衡負(fù)荷時(shí)輸出電壓電流波形

由圖5a可知，當(dāng)微電網(wǎng)變流器空載運(yùn)行時(shí)，三相輸出電壓平衡，A相輸出電壓的THD含量為1.58%；當(dāng)投入A相負(fù)載滿載運(yùn)行，B、C兩相空載運(yùn)行時(shí)，微電網(wǎng)變流器輸出電壓暫態(tài)過(guò)程無(wú)沖擊，系統(tǒng)響應(yīng)速度快，穩(wěn)定時(shí)A相輸出電壓的THD含量為0.81%；當(dāng)負(fù)載切除時(shí)，微電網(wǎng)變流器輸出電壓有瞬時(shí)的電壓沖擊，但很快恢復(fù)穩(wěn)定。

2.3非線性類負(fù)荷的控制策略

在微電網(wǎng)中，非線性負(fù)荷的存在對(duì)微電網(wǎng)變流器的控制性能提出了更高的要求，本文針對(duì)三相橋式晶閘管全控整流電路進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，晶閘管的觸發(fā)角為α=60°，整流電路直流側(cè)濾波電容為4700μF，阻性負(fù)載大小為30Ω，仿真過(guò)程如下：在0-0.5s時(shí)，微電網(wǎng)變流器控制運(yùn)行，在0.5s時(shí)投入整流負(fù)載，在1.5s時(shí)切除整流負(fù)載，仿真波形如圖6所示。

圖6帶非線性負(fù)荷時(shí)輸出電壓電流波形

由圖6a可知，在投入整流負(fù)載時(shí)，微電網(wǎng)變流器三相輸出電壓在經(jīng)過(guò)兩個(gè)基波周期后達(dá)到穩(wěn)定，在切除整流負(fù)載時(shí)，微電網(wǎng)變流器輸出電壓經(jīng)過(guò)一個(gè)基波周期后達(dá)到穩(wěn)定，在投入和切除的暫態(tài)過(guò)程中，輸出電壓沖擊小，能快速恢復(fù)。由圖6b可知，在帶整流負(fù)載達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，A相輸出電壓的THD為2.4%，諧波含量少。

結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)建立交流微電網(wǎng)的模型，對(duì)交流微電網(wǎng)的基本控制進(jìn)行了分析。仿真證明采用基于交流電壓dq分量的定交流電壓控制策略能夠很好地維持平衡負(fù)荷的正常工作。對(duì)不平衡負(fù)荷和非線性負(fù)荷的控制，提出了采用比例積分微分控制和重復(fù)控制結(jié)合的控制策略，仿真和實(shí)驗(yàn)證實(shí)效果良好。

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