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        改進分布式發(fā)電系統(tǒng)電能質(zhì)量的控制策略

        2018-05-14 13:44:15解鵬雁
        科技風(fēng) 2018年5期
        關(guān)鍵詞:分布式發(fā)電電能質(zhì)量

        解鵬雁

        摘 要:在并網(wǎng)模式中,幾乎所有分布式發(fā)電系統(tǒng)的單相逆變器都只向電網(wǎng)注入有功功率。本文對單相逆變器的電能質(zhì)量特性,即含有電流諧波分量的有功和無功功率特性進行了研究,通過在控制策略中并聯(lián)有源電力濾波器(APF),并采用電流參考發(fā)生器和重復(fù)電流控制器來實現(xiàn)相關(guān)的研究。本文采用單相系統(tǒng)的兩相變換法提取諧波分量,并提供負載所需的無功功率。

        關(guān)鍵詞:分布式發(fā)電;電能質(zhì)量;瞬時無功功率

        電力電子是將分布式發(fā)電單元結(jié)合在一起的重要組成部分,從而實現(xiàn)電力系統(tǒng)的高效率和高性能。由于原有的控制策略是針對三相有源濾波器研究的,因此在單相逆變電路中采用有源濾波器時,一定要特別注意有源濾波器的性能需要符合單相電力系統(tǒng)[1]。所有分布式發(fā)電系統(tǒng)的單相逆變器都只向電網(wǎng)注入有功功率,即通過需要產(chǎn)生的參考有功功率計算參考電流。

        本文對應(yīng)用在分布式發(fā)電系統(tǒng)的單相逆變器提出了一種改進的電能質(zhì)量控制策略,分布式發(fā)電單元和有源電力濾波器結(jié)合起來,可以控制逆變器的有功功率從電源流到電網(wǎng),并對無功功率和非線性負載電流諧波進行補償,使電網(wǎng)電流保持接近正弦。

        1 諧波參考電流

        本文采用了一種基于重復(fù)控制器的專用逆變器電流控制方案,該控制策略可以使FIR濾波器抽頭數(shù)減半,從計算的角度更加容易實現(xiàn)。

        參考電流的計算可以使用正弦信號積分器(SSI)和瞬時無功功率(IRP)理論來完成[2]。這種方法無延遲的得到應(yīng)用于IRP理論或其他技術(shù)(最初用于三相系統(tǒng))所需的虛擬變量。

        改進電能質(zhì)量的單相逆變器控制策略流程如下圖所示。逆變器參考電流iF由參考電流發(fā)生器產(chǎn)生,電流控制基于重復(fù)控制器。

        2 基波參考電流

        在穩(wěn)態(tài)運行中,傳遞函數(shù)(1)和(2)在頻域中的相位關(guān)系是∠H1jw=∠H2jw+π2 (3)

        根據(jù)伯德圖發(fā)現(xiàn)當(dāng)ka變小時,濾波器變得更有選擇性。然而,在這種情況下,相位在基波頻率ω0周圍的延遲也越來越高。

        這種特性可以用于獲取正交基波分量,該基波分量被用于補償局部負載無功功率。SSI產(chǎn)生的信號IL1β僅用于計算基本無功參考q*,采用IRP理論中的無功功率定義如下:

        由于系統(tǒng)是單相的,因此忽略電流i*1β,在諧波參考電流i*hα中加入i*1α以獲得逆變器參考電流,用于提取非線性負載電流基波分量的SSI濾波器性能靈活,可以調(diào)整其增益ka提高參考發(fā)生器的選擇性或改善其瞬時響應(yīng)。需要強調(diào)的是本文創(chuàng)建虛擬變量的方法與現(xiàn)有的另一種計算虛擬變量方法存在不同之處。在本文中,由SSI濾波器得到的用于產(chǎn)生電流參考的正交基波分量是正弦信號,相位偏移90°。在現(xiàn)有的方法中,獲得的虛擬變量是由負載電流所有頻率的相位旋轉(zhuǎn)90°產(chǎn)生的,而且含有高次諧波的信號,在這種情況下,需要在虛擬變量和逆變器基準(zhǔn)電流中引入相位延遲。

        3 電流控制方案

        對產(chǎn)生有功功率和補償無功功率的逆變器來說,基準(zhǔn)電流在基頻是正弦信號,如果帶寬足夠高,就可以采用常規(guī)PI控制器。如果逆變器還必須補償電流諧波,則參考電流的正弦信號將會畸變[3]。在這種情況下,PI控制器將無法實現(xiàn)零穩(wěn)態(tài)誤差。

        因此,本文采用的電流控制策略是基于傳統(tǒng)PI算法的重復(fù)控制器,當(dāng)參考電流存在高次諧波時,可以實現(xiàn)零穩(wěn)態(tài)誤差。在該方案中,關(guān)鍵問題在于如何實現(xiàn)重復(fù)控制,重復(fù)控制器僅僅是n路濾波器,因此可以通過采用離散傅里葉變換(DFT)來設(shè)計濾波器,從而實現(xiàn)單相諧波補償?shù)膯挝辉鲆妗?/p>

        4 結(jié)論

        本文研究了一種用于分布式發(fā)電系統(tǒng)的單相逆變器,獲得了并網(wǎng)運行中的諧波和無功功率補償?shù)入娔苜|(zhì)量特性,提出了基于SSI和IRP理論的電流參考發(fā)生器控制方案,并配以專用的重復(fù)電流控制器,使逆變器控制具有較好的暫態(tài)性能,并將有功功率和無功功率輸出到負載中。具有較好的電能質(zhì)量和低諧波畸變。

        參考文獻:

        [1]張逸,林焱,吳丹岳.電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2015,2(5):44.

        [2]王慧敏.含分布式電源的配電網(wǎng)電能質(zhì)量分析[D].太原理工大學(xué),2016.

        [3]趙憲,周力行,鄧維.改進的層次分析法在含分布式電源系統(tǒng)電能質(zhì)量綜合評估中的應(yīng)用[J].中國電力,2014,12(18):213-222.

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