楊亞惠+劉建業(yè)+張峰

摘 要：根據(jù)并網(wǎng)的要求，光伏微電網(wǎng)在并網(wǎng)的過(guò)程中必須滿足線路末端輸出電壓的幅值和相位與大電網(wǎng)電壓的幅值和相位保持一致。當(dāng)光伏微電網(wǎng)輸出的電壓不滿足并網(wǎng)條件時(shí)，可以利用柔性輸電裝置UPFC，對(duì)微電網(wǎng)的輸出電壓進(jìn)行補(bǔ)償，以達(dá)到并網(wǎng)的目的。

關(guān)鍵詞：并網(wǎng)；光伏微電網(wǎng)；UPFC；雙環(huán)解耦；交叉解耦

中圖分類號(hào)：TM61 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）33-0009-02

1 概述

如今在智能電網(wǎng)發(fā)展的建設(shè)與發(fā)展進(jìn)程中，越來(lái)越多的新能源發(fā)電將通過(guò)分布式的方式接入到大電網(wǎng)中，而大電網(wǎng)則直接面向電力終端用戶，因此對(duì)電壓質(zhì)量的要求更高，因此開發(fā)一套面向配電網(wǎng)的新能源分布式并網(wǎng)柔性接口裝置，將具有深遠(yuǎn)的研究?jī)r(jià)值[1]。而UPFC作為柔性輸電裝置家族中最靈活和功能最強(qiáng)大的裝置，利用其實(shí)現(xiàn)光伏微電網(wǎng)并網(wǎng)的柔性輸電控制，比較便捷而且對(duì)于微電網(wǎng)輸出的電壓要求比較低[2]。因此本文提出基于統(tǒng)一潮流控制器（UPFC）的光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)方法。

2 UPFC的工作原理

2.1 工作原理

統(tǒng)一潮流控制器是由兩個(gè)電壓源型換流器（VSC1和VSC2）和一個(gè)將兩者隔開的直流電容構(gòu)成[5]。VSC1是并聯(lián)側(cè)換流器，它的作用主要有兩點(diǎn)：一是穩(wěn)定直流側(cè)電容的電壓；二是控制UPFC輸入端交流母線電壓。UPFC的結(jié)構(gòu)原理框圖如圖1所示。U1和U2分別為大電網(wǎng)側(cè)節(jié)點(diǎn)電壓和微電網(wǎng)線路末端電壓，idc2為輸入到VSC2的電流；U為輸入VSC1的電壓。

2.2 并聯(lián)換流器作用原理

UPFC并聯(lián)側(cè)換流器VSC1通過(guò)對(duì)輸入電壓Ush與U1的相角差進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)VSC1和VSC2之間有功功率的平衡，從而維持直流側(cè)電壓的穩(wěn)定。假定1=U1∠00，sh=Ush∠-？啄，sh=Ish∠？茲，則：

VSC1與系統(tǒng)有功功率的交換量為：

（1）

VSC1與系統(tǒng)交換的無(wú)功功率為：

（2）

由式（1）和式（2）可知通過(guò)控制sh的幅值以及sh相對(duì)于母線電壓1的相位？啄，就可以調(diào)節(jié)VSC1與系統(tǒng)之間有功和無(wú)功功率的交換，從而維持直流側(cè)電容電壓的穩(wěn)定和控制系統(tǒng)母線電壓的目的。

2.3 串聯(lián)換流器作用原理

根據(jù)并網(wǎng)的條件可知微電網(wǎng)輸出端的電壓2與串聯(lián)換流器向線路注入的電壓se矢量和等于大電網(wǎng)的電壓1。微電網(wǎng)輸出的電壓2的幅值和相位可能與大電網(wǎng)1的幅值與相位不一致。這就需要se進(jìn)行幅值和相位的調(diào)節(jié)。

首先對(duì)移相的實(shí)現(xiàn)過(guò)程進(jìn)行分析。

假設(shè)1和2的相角差為？啄1，令2=U2∠？茲1，則：

當(dāng)？啄1>0時(shí)，超前移相，此時(shí)有Use=2sinU2，？茲se=？茲1++，當(dāng)情況相反時(shí)則滯后移相，此時(shí)Use=-2sinU2，？茲se=？茲1-（+）。通過(guò)上面的分析可以得出根據(jù)微電網(wǎng)輸出端的電壓2，就能夠確定串聯(lián)換流器補(bǔ)償?shù)轿㈦娋W(wǎng)末端的se的幅值和相位。

2.4 控制策略

根據(jù)UPFC的運(yùn)行特性，UPFC中的兩個(gè)換流器作用不相同，對(duì)并聯(lián)側(cè)換流器VSC1采用雙環(huán)解耦的控制策略，對(duì)串聯(lián)側(cè)換流器VSC2采用交叉解耦的控制策略。圖2為并聯(lián)側(cè)的控制圖。

圖中i為電流有功分量的參考值；i為電流無(wú)功分量的參考值；i和i為電流有功分量與無(wú)功分量的實(shí)際值。由圖3可知Ush經(jīng)過(guò)鎖相環(huán)PLL，得到其相位角再經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換，得到電壓在dq坐標(biāo)系下的分量Ushd和Ushq。通過(guò)同樣的方法得到電流的有功分量的實(shí)際值i和無(wú)功分量的實(shí)際值ishq。電流有功分量的給定值i與實(shí)際值i作比較，得到的信號(hào)差最為PI的輸入信號(hào)，再加入電壓Ushd，通過(guò)綜合作用得到U'shd。得到U'shq的過(guò)程與此類似。經(jīng)過(guò)Park-1變換得到SVPWM的輸入信號(hào)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定電容兩端電壓和控制母線電壓的功能。

串聯(lián)側(cè)的控制圖如圖3所示。

i為線路電流；Use為補(bǔ)償電壓，Used和Useq補(bǔ)償電壓的dq軸分量，PL和QL為線路的有功功率和無(wú)功功率，P和Q分別線路中有功和無(wú)功的指令值。通過(guò)系統(tǒng)線路中無(wú)功功率的指令值與實(shí)際值進(jìn)行比較，其差值信號(hào)作為PI的輸入信號(hào)，經(jīng)過(guò)PI控制器加入補(bǔ)償電壓的d軸分量的實(shí)際值和指令值的差值信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)雙環(huán)解耦，得到無(wú)功功率的控制量U'sed。同理可得有功功率的控制量U'seq。從而實(shí)現(xiàn)VSC2的電壓補(bǔ)償和潮流調(diào)節(jié)的功能。

3 建模與仿真分析

為了驗(yàn)證本文控制策略的有效性，運(yùn)用MATLAB/SIMULINK搭建UPFC的仿真模型。為了節(jié)省仿真時(shí)間微電源用電壓源等效。仿真參數(shù)如下：大電網(wǎng)的端電壓最大值為35kV，光伏微電網(wǎng)的末端電壓最大值為28kV，電容C=5mF，Lsh=60mH，Lr=500mH。仿真結(jié)果如下。

圖4為微電網(wǎng)末端的a相電壓和線路a相電流，從圖中可以得出在0.3s之前電壓的幅值為28kV，在0.4s后電壓幅值為35kV，與大電網(wǎng)線路末端的電壓幅值相同，實(shí)現(xiàn)了并網(wǎng)。圖5為補(bǔ)償電壓Use的幅值，0.4s后穩(wěn)定在7000V，根據(jù)給定可知大電網(wǎng)和微電網(wǎng)的幅值差為7000V。圖6為串聯(lián)換流器與系統(tǒng)有功功率的交換量，補(bǔ)償?shù)挠泄β蕿樨?fù)值，VSC2從系統(tǒng)中吸收有功功率，電容充電儲(chǔ)存能量，直流電容電壓會(huì)略微升高。圖7為并聯(lián)換流器與線路交換的有功功率，通過(guò)與圖6比較可知，UPFC從系統(tǒng)吸收和注入的有功功率達(dá)到了平衡。在不考慮UPFC自身?yè)p耗的情況下，從線路吸收和注入的功率是相等的。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種利用UPFC并網(wǎng)的方法，利用UPFC的綜合控制功能對(duì)微電網(wǎng)線路末端的電壓進(jìn)行補(bǔ)償，使其滿足并網(wǎng)的條件。通過(guò)仿真分析可以得出，在并網(wǎng)的過(guò)程中系統(tǒng)比較穩(wěn)定，而且可以實(shí)現(xiàn)平滑并網(wǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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