孤岛模式下微网电能质量改善系统的应用

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1、孤岛模式下微网电能质量改善系统的应用（国网济南供电公司山东济南250012）摘要：可再牛能源切实高效的使用和分布式发电是潜在的解决能源危机和气候变化的方法。微网就是这些分布式电源与电网连接的桥梁。考虑到微网内分布式电源和负荷所具有的分散性，根据分布式电源的类型，采用了不同的控制策略。微网在孤岛运行时，由于没有电网功率的支持，负荷的无功增加会导致电压波动。木文采用并联有源滤波器（SAPF）和静态无功补偿器（SVC）的联合电能质量改善系统来提高微网的电能质量，Matlab/simulink的仿真结果验证了电能质量改善系统的有效性。关键词：微网；电能

2、质量；V/f控制；PQ控制；SAPF；SVC1引言与传统电厂相比，采用可再牛能源发电的微网正逐渐受到重视。微网系统包含许多负荷和分布式电源。微网中的微源包括光伏电池、风力发电机、微型汽轮机、燃料电池、蓄电池和高速飞轮等。对于风力发电和光伏电池这样的微源，其输出功率的大小受天气影响较大，发电具有明显的间歇性，一般采用PQ控制；对于像微型燃汽轮机、燃料电池等微源，控制易实现，既可按给定的PQ进行控制，乂可实现V/f控制，其中V/f控制可以于保证微网电压和频率的稳定性。分布式电源输出电压的波动会导致电网中敏感设备的异动，可以利用无功补偿设备抑制电压波

3、动。目前，并联有源滤波器（SAPF）是用来消除谐波的主流设备，而无功补偿是采用静态无功补偿器（SVC）。木文对孤岛运行模式的微网进行电能质量研究，采用了SAPF和SVC的联合系统来提高微网电能质量，其中SAPF用来消除电流谐波，SVC实现负载无功功率的就地补偿。2微网结构和控制作为研究对象，本文的微网结构如图1所示。微网中含有2个分布式电源和2个负荷，通过开关连接到配电网络。负荷1为重要负荷，2为一般负荷。本文采用点对点控制策略，每个微电源有自己的控制策略。当微网孤岛运行吋,开关KA、K2都断开，由DG1、DG2共同重要负荷L0AD1供电。其中

4、DG1采用V/f控制，控制母线的电压恒定;DG2采用PQ控制/吏得DG2输出的功率为恒定值。图1微网结构2.1PQ控制方法PQ控制的目的是保证DG输出恒定的有功/无功功率。PQ控制通过直接控制逆变器实现。在该控制方式下，通过选择合理的同步旋转轴在Park变换下将逆变器输出电压abc分量转化为dqO分量，并使q轴屯压分量Vgq=O,则逆变器输出功率可以表示为2.2V/f控制方法V/f控制主要为孤岛运行时的微网提供强有力的电压和频率支撑，并具有一定的负荷跟随性。V/f控制模块中的检测电路实时检测逆变器出口端电压，并与设定电压的参考值进行比较，在PI

5、调节器作用下生成PWM信号控制逆变器输出的电流，从而控制逆变器输出功率。3微网电能质量改善联合系统针对孤岛模式下微网存在的电能质量问题，拟采用SAPF+SVC的联合电能质量改善系统来提高微网的电能质量，其中SAPF安装在分布式电源出口侧用来改善电力电子器件而产生的电流谐波，SVC安装在负荷侧用来就地补偿负载的无功需求。这样的话，APF和SVC同吋工作吋可以避免耦合。3.1并联有源滤波器(SAPF)SAPF由检测环节、控制环节、主电路和耦合变压器四部分组成，而谐波检测、电流跟踪控制是SAPF最为关键的两个环节。以ip・iq法为代表的瞬吋无功功率理

6、论实现电路简单，延迟少，具有很好的实吋性。但该方法在实际应用时也存在计算量大、矢量变换复杂等问题。本文采用了正序法检测谐波，如图2。图2基于正序基波提取器的谐波电流检测的原理图虚线框中的模块就是正序基波提取器模块。该方法就是利用正序基波提取模块代替了ip-iq法中的PLL、LPF和坐标变化部分所以正序法的电路大大简化，同吋避免了PLL和LPF的影响，该算法简单、实吋性好、适用范围广、可靠性高。在电流跟踪控制方法中，最为常用的有滞环控制和三角载波控制。两种方法各有优缺点，本文采用了滞环控制，该方法原理是指令电流与实际补偿电流的差值输入到具有滞环特

7、性的比较器中，然后用比较器的输出来控制逆变器的开关器件。3.2静态无功补偿器(SVC)静态无功补偿器(SVC)是用电力电子器件控制电网功率流动和提高电网暂态稳定性的并联设备.SVC的补偿原理是通过控制晶闸管的触发角改变接入电网的等效电纳，从而达到调节无功的原理。4仿真分析本次仿真使用MATLAB/SIMULINK建模，仿真参数如下：4.1联合系统未工作吋的仿真图3(a)为联合系统未工作吋的负荷la相的电压波形和FFT分析图谱。从图中可以看出，电压波形畸变十分严重，含有丰富的谐波。由FFT分析知，电压总谐波畸变率高达12.88%。图3补偿前负荷l

8、a相电压波形和FFT分析4.2联合系统工作吋的仿真图4为联合系统投入工作时的负荷la相的电压波形和FFT分析图谱。从图中可以看出，经过联合系统补偿后电