一種微電網(wǎng)背景下的新型電能質量調(diào)節(jié)器

摘要：針對微電網(wǎng)中的電能質量治理問題，提出一種用于改善電能質量的補償裝置設計方案。它在原有混合型有源電力濾波器(HAPF)基礎上增加了分布式電源及儲能元件，采用一種改進型id-iq復合指令電流檢測及合成實現(xiàn)方法，較好地實現(xiàn)了一機多能的要求。該裝置在有效解決微電網(wǎng)諧波和無功電流補償?shù)耐瑫r，也能較好地實現(xiàn)分布式電源并網(wǎng)發(fā)電功能，最大程度節(jié)約了治理成本。仿真與實驗運行數(shù)據(jù)表明，該設計方案有效、可靠。
關鍵詞：微電網(wǎng)；調(diào)節(jié)器；電能質量；有源電力濾波器

1 引言
隨著微電網(wǎng)在電網(wǎng)系統(tǒng)滲透率的不斷提高，電網(wǎng)將面臨由分布式電源及非線性負載所引起的電能質量問題。改善電能質量的工程應用中，并聯(lián)HAPF有著廣泛應用。由于非線性負載的時變特性，HAPF常處于低功率工作狀態(tài)。另外微電網(wǎng)中分布式電源具有極強的間歇性和隨機性，導致逆變器輸出容量浪費。近年來，開發(fā)微電源并網(wǎng)逆變器的剩余容量來改善電網(wǎng)電能質量的問題開始得到關注。在此提出一種微電網(wǎng)電能質量調(diào)節(jié)器的設計方案，實現(xiàn)了多功能化。采用一種改進型id-iq復合指令電流檢測及合成實現(xiàn)方法，實驗運行數(shù)據(jù)表明，提出的設計思路與方案可行。

2 新型電能質量調(diào)節(jié)器設計與原理
2．1 微電網(wǎng)新型電能質量調(diào)節(jié)器拓撲結構
在HAPF系統(tǒng)中，當直流側電壓超出給定值時，APF將通過并網(wǎng)逆變器向電網(wǎng)注入有功電能來降低直流側的電壓，意即可通過提高APF直流側的電壓，來實現(xiàn)把直流側電能以有功電能形式注入電網(wǎng)的目標．這也是在微電網(wǎng)HAPF系統(tǒng)上實現(xiàn)分布式電源并網(wǎng)發(fā)電的理論基礎。微電網(wǎng)新型電能質量調(diào)節(jié)器HAPF的拓撲結構如圖1所示。

該拓撲由并網(wǎng)逆變器及其控制單元、無源濾波器(PPF)組、微電網(wǎng)分布式電源及儲能單元組成。并網(wǎng)逆變器直流側與儲能單元及分布式電源相連，交流側通過電抗和電力電容器與電網(wǎng)相連，電抗和電力電容器將調(diào)諧至某固定次諧波，構成單調(diào)諧無源LC濾波器，其中，原有APF逆變器交流側輸出濾波電感被包含在單調(diào)諧無源LC濾波器電感中。與常規(guī)并聯(lián)APF比較可見，僅增加了一個調(diào)諧電容器，既保持了最簡單的結構，又具有混合補償裝置的諸多優(yōu)點。并且，當并網(wǎng)逆變器因故障而不得已旁路后，由于單調(diào)諧無源LC濾波器的存在，裝置仍可起到一定的濾波作用。
當裝置工作時，電網(wǎng)基波電壓均施加在并網(wǎng)逆變器交流側電力電容器上，最大限度地降低APF逆變器的容量，同時PPF組裝設在負載側實現(xiàn)就地補償，APF中直流側電壓遠低于電網(wǎng)基波電壓，分布式電源可與并網(wǎng)逆變器直接相連而不再需要升壓變換電路，提高了分布式電源并網(wǎng)發(fā)電的效率，降低了成本。
2．2 微電網(wǎng)新型HAPF工作原理
圖2示出微電網(wǎng)新型HAPF單相等效電路。其中直流側帶微電網(wǎng)分布式電源和儲能單元的并網(wǎng)逆變器被等效為一個理想的受控電壓源uDG，電網(wǎng)中非線性負載可被等效為一個理想的電流源。