分布式发电技术课程论文

光伏发电微电网系统电能质量问题分析与治理研究姓 名： 孟 金 岭学 号：S09092011 1 引言传统的煤炭、石油等一次能源是不可再生的，终归要走向枯竭。因此，提高能源利用效率、开发新能源、加强可再生能源的利用，就成为解决我国经济和社会快速发展过程中日益凸显的能源需求增长与能源紧缺、能源利用与环境保护之间矛盾的必然选择。研究与实践已表明，分布式发电供能技术将在此过程中起到越来越重要的作用。采用分布式发电供能技术，有助于充分利用各地丰富的清洁和可再生能源，向用户提供“绿色电力”，是实现我国“节能减排”目标的重要举措。分布式发电供能是指利用各种可用的分散存在的能源，包括可再生能源（太阳能、生物质能、小型风能、小型水能、波浪能等）和本地可方便获取的化石类燃料（主要指天然气）进行发电供能，是分布式能源最清洁、最高效的利用方式。随着全球能源领域竞争的加剧，世界各国日益重视自身可持续发展战略的实施。作为这一战略的核心技术之一，分布式发电供能技术的研究日益受到各国关注。随着世界各国在相关领域投资的不断加大，分布式发电供能技术得到了迅速发展，其发电成本越来越低，尤其是风力发电、太阳能发电和采用燃气机组的冷/热/电联供（CCHP）系统的经济性，几乎可以与传统的发电方式相竞争。据世界银行2008年初发布的报告，2007年全球可再生能源发电容量达到了24万兆瓦，比2004年增加了50%，全球并网太阳能发电容量增加了52%，250万个家庭使用太阳能照明，2500万个家庭利用沼气做饭和照明。分布式发电供能是提高可再生能源利用水平，解决当今世界能源短缺和环境污染问题的重要途径。大电网与分布式发电供能系统相结合，不仅有助于提高分布式发电的供能质量，有助于分布式发电技术的大规模推广应用；也有助于防止大面积停电，提高电力系统的安全性和可靠性，增强电网抵御自然灾害的能力，对于电网乃至国家安全都有重大现实意义。分布式发电供能系统由于采用就地能源，可以实现分区分片灵活供电，通过合理的规划设计，在灾难性事件发生导致大电网瓦解的情况下，可以保证对重要负荷的供电，并有助于大电网快速恢复供电，减少大电网停电造成的社会经济损失；分布式发电供能技术还可利用天然气、冷、热能易于在用户侧存储的优点，通过与大电网配合运行，实现电能在用户侧的分布式替代存储，从而间接解决电能无法大量存储这一世界性难题，促进电网更加安全高效运行。另一方面，分布式发电供能系统与大电网并网运行，有助于克服一些分布式电源的间歇性给用户负荷造成的不利影响，进而提高系统供电的电能质量。作为技术较为成熟的可再生能源发电方式之一，光伏发电技术逐渐受到国际社会的重视。近五年来世界光伏年增长达到49%，2009年光伏电池产量达到10.5GW。欧洲、美国相继提出了宏伟的发展目标，预计到2020年，欧洲光伏累计安装容量将达到400GW，美国预计将达到350GW。我国已将新能源作为七大战略性新兴产业之首，2020年新能源将成为国民经济的先导产业之一；国家中长期科学和技术发展规划纲要将“可再生能源低成本规模化开发利用”确定为能源重点领域优先主题。到2020年，光伏发电将在能源供给和节能减排上作出实质性贡献。 目前，国外已建成10MW以上大型并网光伏电站100余座，正在研究示范百兆瓦级光伏电站，并在进行百万千瓦级光伏电站的前期研究工作；国外的光伏发电并网标准及其检测标准已形成较为完整的体系，并与光伏技术同步发展。国际大型光伏电站的发展趋势是：(1)电站容量越来越大，向百兆瓦甚至千兆瓦级发展；(2)并网逆变器大型化，采用上百千瓦到兆瓦级甚至更大容量的光伏并网逆变器；(3)电站接入电网电压等级越来越高；(4)电网适应性要求提高，提出了光伏电站具备有功/无功控制能力、低电压穿越能力，以及能够参与电网调度等技术要求。 随着光伏电站规模的增大，光伏电站对电网的影响逐渐显现：首先，光伏电站出力具有间歇性、随机性和波动性，目前大型光伏电站还不具备有功功率和无功功率调节能力，不能参与支撑电网的安全稳定运行，并且由于不具备低电压穿越能力，在电网发生短路等大扰动故障时极易发生脱网现象，有时会导致恶化电网的安全稳定；其次，大型光伏电站容易引起电网谐波和电压变动等电能质量超标问题。为解决大型光伏电站对电网安全稳定和电能质量带来的不利影响，国内外在光伏电站并网运行控制、低电压穿越和电能质量调节等方面开展了大量研究工作，也在着手制定和完善相关的标准和规范。 分布式发电供能技术将成为国际上一项重要的技术增长点，开展这一领域的基础研究工作，将有助于培育自主创新能力，提升我国在能源技术领域的国际竞争力。预计到2010年，世界每年新增分布式发电容量将占当年新增电力装机容量的25以上；欧洲电力供应的22%将来自可再生能源，其中的60将以分布式电源的形式出现；对于美国，分布式发电供能系统将占新增发电装机容量的20%。美国AlliedSignal公司估计，2010年用于冷/热/电联供的小型燃气轮机的销售额将达到100-150亿美元；2008年初世界银行报告，全球利用风力、太阳能等可再生能源进行发电（不包括大型水利发电）的设备建设投资在2007年内达到了710亿美元。世界上至少有60多个国家制定了促进能源可持续发展的相关政策，这将大大促进相关技术的发展与应用。分布式发电供能系统的相关技术将成为国际上一项重要的技术增长点，是21世纪电力工业的主要技术发展方向之一。现有研究和实践已表明，将分布式发电供能系统以微网的形式接入大电网并网运行，与大电网互为支撑，是发挥分布式发电供能系统效能的最有效的方式。微网是指由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与大电网并网运行，也可以孤立运行。用户所需电能由风力发电系统、光伏发电系统、燃料电池、冷/热/电联供系统和公共电网等提供，在满足用户供热和供冷需求的前提下，最终以电能作为统一的能源形式将各种分布式能源加以融合。通过对微网内部不同形式能源（冷/热/电、风/光/气等）的科学调度，以及微网与微网、微网与大电网之间的优化协调，可以达到能源高效利用、满足用户多种能源需求、提高供电可靠性等目的；此外，通过在用户侧安装分布式电源并形成微网，有助于消除输配电瓶颈、减少网络损耗，延缓发/输/配电系统的建设等；而在大电网崩溃和意外灾害（例如地震、暴风雪、人为破坏、战争）出现时，由于微网可以孤网独立运行，可保证重要用户供电不间断，并为大电网崩溃后的快速恢复提供电源支持。在我国国家中长期科学和技术发展规划纲要（20062020年）中明确提出要大力开展“可再生能源低成本规模化开发利用”以及“间歇式电源并网及输配技术”，开展分布式发电供能技术方面的研究工作符合国家重大需求。随着分布式发电、微网以及智能电网、智能微网等概念的提出以及相关研究的不断深入1-6，在我国“十一五”期间 “分布式能源系统微电网技术研究”获得了国家863高技术基金的资助，“分布式发电供能系统相关基础研究”获得了973国家重点基础研究发展计划项目的资助，分布式发电供能系统的相关技术将成为一项重要的技术增长点，是21世纪电力工业的主要技术发展方向之一。2研究现状国内对中压等级分布式发电系统的研究起步较早，对分布式电源接入配电网的模型研究较多7-11。在中压10kV电压等级，开展了大功率分布式电源并网控制，如大规模风电接入对配电网带来的影响研究；对分布式发电对电力系统过电压的影响、对电压分布的影响以及对静态电压稳定性的影响、对含分布式发电的潮流计算以及考虑谐波影响的分布式电源准入功率计算等方面有广泛研究12-27。近年来在低压等级我国也紧跟美国和欧洲的脚步开展了微网、智能微网以及数字化配电网领域的研究。国内天津大学、合肥工业大学、西安交通大学、华中科技大学等高校以及南方电网开展了高渗透率下微网与大电网相互作用机理研究、分布式储能对微网安全稳定运行的作用机理、含微网配电系统的规划、微网及含微网配电系统的保护原理与技术、并网控制及多分布式电源协调控制、微网经济运行理论与能量管理等的研究28-34。在电能质量方面，揭示大规模分布式发电或微网引起的单一的电能质量问题机理研究较多，但如何经济高效的解决这些问题，建立涵盖中低压电压等级的含分布式发电的配电网电能质量群控平台研究较少，国内外尚属空白。（1）分布式发电系统电能质量检测研究现状含分布式发电单元的配网电能质量的控制，首先要解决的是电能质量问题检测。针对大功率分布式电源和微网并网运行带来的电能质量检测评估，国内外一直以来都十分关注，进行了较为深入的分析和研究。在理论方面，目前单台或单种分布式电源对不同电能质量指标的影响研究较多35。伴随集中+分布供电结构逐步出现，传统电网电能质量治理点如无功补偿节点、有源滤波器投入节点等都会因为在配电网馈线上出现的微网而改变。这些分布于馈线上的微网可能作为终端出现，也可能作为中间变送站出现。其增加了电能质量治理装置的控制难度，传统电网电能质量经验检测点和治理点在微网中将不再全部适用，有必要重新检定补偿点和监测点，以确定治理装置的安装位置。（2）高性能逆变器技术研究现状随着重复控制技术36、同步逆变器技术37的研究深入，在分布式发电并网逆变器的控制策略中采用H无穷重复控制以消除开关谐波，添加谐波和无功补偿指令构造多功能并网逆变器38，以及开发无互联的、可自动追踪配网功率分配的逆变器控制器，将构成含分布式发电单元配电网电能质量主动管理的主要内容。逆变装置作为微网的主要构件，其在微网中的大量使用是谐波问题最主要的来源；各种类型间歇式、不稳定微源以及储能装置都需要借助逆变器输出利益群体要求的电能，进而带来更为复杂的谐波问题。依据所采用的电力电子技术不同，逆变器可能产生不同水平的谐波。随着微网渗透率的提高，配电系统的谐波水平也将会上升。另一方面，对于一个谐波水平已经比较高的配电系统，微网中的分布式电源也可能会成为谐波的汇点，导致分布发电设备的损毁。微网内大量逆变器的使用也为电能质量治理提供了良好条件，考虑其有益作用，由于有源滤波器和基于逆变系统的微网系统具备相同的特征，使得构造供能+滤波系统成为可能。文献3940提出根据并网逆变器和有源滤波器相同的主电路结构，在并网控制算法中加入滤波环节，使之同时具备发电和电力滤波器的功能。文献41提出一种光伏并网发电系统，将光伏并网与无功补偿协同设计，构成光伏并网发电功率调节系统，以提高供电品质和减少功率损耗；分析了系统工作模式及瞬时无功检测方法、最大光伏功率跟踪及并网功率的合成控制，并研制了工程样机。文献4243提出一种三相四线制微网系统混合电能质量补偿器，提出的控制方法适用于配置两套逆变系统的微源。该混合电能质量调节器可补偿无功电流、零序电流，实现系统电能质量的改善。这也类似于国内研究较多的统一电能质量调节器，可以实现无功发生器，调相器以及电压调节器等的功能。在提高逆变器输出电能质量方面，文献44介绍的分布式发电单元逆变器控制技术，可以在非线性负荷或是网络失真的情况下，得到低谐波、低失真的输出电压，改善电能质量。文献36提出基于同步发电机模型的逆变器控制策略，适用于所有使用逆变器的场合，并且尤其适合微网逆变器的控制。这只是对控制方法一个替换，并不带来额外的硬件开销。这种控制策略应用于微网逆变器控制，采用频率/电压下垂特性调节有功/无功输出，仿真得出此种控制策略具备积极的功率追踪性能。文献45对电压型逆变器进行控制，维持输出电压基本恒定，并严格保持其频率水平，提出一种包含电流内环、功率外环以及锁相环三个环节的逆变器控制策略，控制变量全部建立在同步旋转坐标系下，逆变器输出电流作为电流内环反馈量输入，公共连接点电流及电压作为功率外环反馈量输入。文献46实现了逆变电源的并联同步运行，逆变电源之间的环流小。文献47-48对400Hz中频逆变器进行了研究，后者在提高频率的同时得到了较好的输出电压波形和较大的输出功率，取得了初步的实验成果，同时还实现了2台1.5kW 的实验样机的并联控制运行。（3）电能质量控制装备在含分布式发电配电网中的应用研究现状在被动治理控制方法和装备方面，传统电网中的电能质量治理装备同样可移植到微网中使用。例如配电网电压等级的APF、Dstatcom等同样可应用于微网，在高压等级，高压SVC、混合型有源滤波器HAPF，以及级联多电平技术电能质量调节装置，也可应用于大规模的风电和光伏电站中作为无功补偿和谐波治理的重要装备。值得一提的是，微网本身也可担当一定的电能质量调节任务，与电能质量调节装置配合可起到扬长（功率响应积极，有功无功分别可调）避短（间歇、不稳定）的作用，同时可降低配电网中配置的用户电力装置容量。（4）分布式发电单元模型及电能质量问题机理研究现状分布式电源不同于传统电网电源，传统电网可视为无穷大稳定电源，其频率和电压可维持恒定，独立设计的分布式电源和微网由于其较小的规模和多种形式的电源介入，受外界条件影响较大，研究分布式发电模型如风力发电模型、光伏发电模型、微型燃气轮机模型、并网电力电子辅助单元模型等，归纳出各种微源的有功功率变化特性、无功电压特性、频率响应特性、功角稳定特性、故障响应特性，这有助于从根源研究微网电能质量问题的诱因。文献49、48分析了微型燃汽轮机、风力发电、燃料电池、光伏电池各种分布式电源的特性，建立了相应的动态模型，分布式电源供电分析往往还需考虑不同运行情况下的不确定性。风力、光伏等微源由于受自然条件影响较大，不可避免的带来输出功率不稳定的问题，这是导致微网及含微网配电系统电压波动与闪变的主要因素49-58。此外，在电力系统正常运行方式下，传统供电环节所涉及的三相元件主要有发电机、变压器等，这些设备通常具有良好的对称性，传统电网的相不平衡问题的改善措施也比较成熟，微网包含许多新式能源多为单相电源，也带来整个系统三相不平衡的问题。另外，例如直流注入、电压调整等问题国内外还鲜有研究实例。（5）运行模式对电能质量问题的影响研究现状分布式发电系统与微网存在两种运行模式：以微网为例，正常情况下微网与传统配电网并网运行，称为联网模式；当检测到电网故障或电能质量不满足要求时，微网将与配电网断开而独立运行，称为孤岛模式59。联网模式下，微网服从配网系统调度，用户可同时利用微网内微源发电和从大电网吸取电能，并能在自身电力充足的时向大电网输送多余电能。文献29建立了一个小型实验室微网系统，系统中的分布式电源通过逆变器并入微网。系统以蓄电池为储能装置，并通过双向逆变器并入微网，用以维持微网的暂态功率平衡。当微网联网运行时，以外电网电压和频率为参考，蓄电池双向逆变器、光伏并网逆变器和风机并网逆变器采用恒功率控制；孤岛运行时，双向逆变器的控制策略切换为恒电压、恒频率控制，用以提供微网电压和频率参考，实验结果表明，该系统可以稳定地工作在联网模式和孤岛模式，并可实现二者之间的平滑切换，提高了能量供给的可靠性。文献30提出的蓄电池并网逆变器采用功率下垂控制有利于实现微网从并网运行模式向独立运行模式切换时的快速功率平衡，提高了微网的动态响应速度，抑制了由于微型燃气轮机动态响应速度慢引起的电压和频率偏差，这种控制方式是在微型燃气轮机作为频率支撑的微网的有效控制手段。微网高性能并网逆变器及具备强鲁棒性的控制策略是微网实现平滑模式切换主要手段，研究其控动态响应特性是研究微网并退网电能质量问题的主要着手点。储能装置及必要的用户电力装置是维持微网无功和电压平衡、实现模式平滑切换、降低并退冲击的重要措施。（6）配网与分布式发电系统交互影响研究现状在传统配电网中，有功、无功负荷随时间的变化会引起电压波动，线路末端波动较大，如果负荷集中在系统末端附近，电压的波动会更大，传统配电网一般呈辐射状，稳定运行状况下，沿馈线潮流方向，电压逐渐降低，分布式发电系统接入传统电网末端后，由于馈线上的传输功率减小以及微源输出的无功的支持，使得沿馈线的各负荷节点处的电压被抬高60-64，分布式发电影响接入点的电压分两种形式：（1）分布式电源与当地的负荷协调运行，即当该负荷变动时微源输出跟随调度做相应调整，此时的分布式发电单元将抑制电压波动；（2）当分布式发电单元与当地负荷不协调运行时，如利用风力、光伏系统等自然资源发电的微网，由于其本身波动较大，较难控制，分布式发电单元接入电网后将不利于当地电压的稳定。从配电网角度考虑，大电网对分布式发电单元的主要不利影响是不平衡电压和电压骤降这两个电压质量问题。当大电网失衡严重时，连接微网和大电网的隔离设备会断开，使微网处于孤岛运行状态，避免受到影响。当大电网失衡不严重时，隔离设备不会动作，微网在公共耦合点维持不平衡的电压，如果没有补偿措施，失衡电压可能导致失去电机负荷和敏感装置的不正常运行，将带来微网运行不稳，针对这种现象，文献65对含有大量燃料电池和微气轮机的配电网进行了时域仿真，指出可加大阻尼、减小机组间的功角差有助于提高系统稳定性，但文中只考虑了静态的各种组合，未计及市场条件下的动态调度。（7）分布式发电单元群控技术研究现状对单个分布式发电单元来讲，现有的风力发电和光伏发电等微源控制策略集中在从这些电源中获取最大功率，即最大功率跟踪控制，这种控制方法只有在分布式发电单元与大电网功率相对而言可以忽略时，才是较好的方法。实际上，任何并网的分布式发电单元带来的功率波动都可以通过大电网发电机的功率控制来得到补偿，特别是当分布式发电单元组成微网后，由于孤岛模式下，主要功率由微源来提供，由于这些分布式发电单元都是“不负责任”的发电端，无法起到大电网发电机功率调节的功能，整个微网体系需要配置较多的储能节点来平衡功率波动，这是很不经济的。如果能将微网逆变电源看做同步机运行将是一个终极的电能质量解决方案。目前来讲，根据CERTS提供的微网控制主要集中在PQ控制和V/f下垂控制，将这些传统的控制策略与新式控制方式进行电能质量对比研究将有极大空间。对文献66提出一种分散式多微网逆变器协同控制系统。指出目前微网技术的挑战是协调多微源逆变系统，使它们提供高电能质量水平的电能，并在非线性负载和不平衡负载工况下控制微网的谐波，短时扰动和不平衡。提出一种分频控制方法，将电压、功率的控制任务通过通信光纤分发发到各逆变器控制单元。文献67描述了一种面向分布式发电单元的能量管理系统，并对其在经济研究领域中作为规划工具的具体应用作了介绍。为实现电力市场环境下分布式发电单元的智能化分布式控制，文献68-70介绍了多代理系统技术在分布式发电单元控制中的积极作用。基于C/S架构的多代理分布式发电管理软件，使用客户端在DG 机组、负荷、能量管理器实现了智能化分布控制，达到微网内DG之间负荷分配最优化和微网同主电网间能量交换的最优化。3系统结构光伏系统等微源由于受天气影响，具有天然的波动性，加上最大功率跟踪(MPPT)的需要，其并网逆变器的容量一般都选择的很大。使分布式电源承担更多责任，在有效提供有功功率的同时能发挥其辅助的电能质量功能可充分利用并网逆变器的容量。典型的微网微源并网方式如图2.1所示。有源滤波器被广泛用于动态抑制谐波和补偿无功，其基本原理是检测负荷电流中的谐波和无功分量，通过逆变器发出与之幅值相等，方向相反的补偿电流用以抵消谐波，达到抬升电网电能质量的目的。图2.1展示了将APF应用于微网中补偿谐波的一个例子。由于光伏逆变系统与有源滤波器有相同的主电路结构8-12，本文提出一种有滤波功能的光伏发电系统的拓扑结构如图2.2所示。图2.1 微网连接APF示意图图2.2 有滤波功能的光伏发电系统原理图为使得复用逆变器既能发出有功又能补偿因非线性负载引起的谐波，复用逆变器的控制指令分为两个部分，一是控制逆变器发出有功指令，来源于光伏阵列最大功率点跟踪(MPPT)环节，二是谐波检测补偿指令，来源于对公共连接点电流的检测。图2.2中为检测的公共连接点线路电流，为经过ip-iq谐波检测环节得出的线路谐波，为经过MPPT环节得到的有功指令，为补偿谐波指令和有功指令的合成控制指令，与复用逆变器出口反馈电流信号做差后进入PI调节器得到无误差的静态信号作为PWM的控制指令，经驱动电路控制逆变器输出期望电流。4基于ip-iq法的谐波检测理论易于DSP实现，本文采用此种理论检测微网内部无功电流和谐波电流，对复用逆变器接入点后的负荷电流，进行三相至两相的坐标变换，将其变换到坐标系中再合成为： (2.18)在三相电网电压对称无畸变的情况下，对应于基波正序有功电流，对应于基波正序无功电流，和则对应于负序和谐波电流。对、中不同的电流分量进行反变换，且由于，可得坐标系下的负序和谐波电流： (2.19) (2.20)再通过两相坐标到a-b-c三相坐标的变换，即可得到对应的三相电网电流分量： (2.21)5仿真研究与工程应用利用PSIM建立仿真模型，使用统一控制方法，仿真参数为：三相380V、50Hz交流电源，10电阻和50mH电感串联的三相整流桥阻感负载作为负载，线路阻抗为0.01、0.01mH，复用逆变器输出滤波电感为2mH，开关频率为10kHz，直流侧蓄电池使用200V直流源代替，经升压模块后直流侧电压稳定在1000V，取公共连接点电流为观测点，PI控制器取值为10 和0.01。图2.7示出采用统一控制方法的光伏发电系统所连接的配网A相电网电压Va和电网电流IS1仿真波形，在0.02秒前进行相控整流时，电网电流波形严重畸变，在0.02秒和0.04秒之间，仅将光伏发电系统用作APF后，电网电流变为正弦，电网电流与电网的电压依然同向；在0.04秒后，使光伏发电系统发出20kW的有功和0kVar的无功，可见电流峰值减小且与电网电压反向，说明光伏发电系统承担了部分有功负荷并且多余的有功功率开始馈送电网。图2.7 系统仿真波形对比为验证功率控制器的效能，选用中电四十八所生产的的CS48-TD170型单晶硅太阳能电池组件，170Wp，35.5Vmp组建小型光伏发电系统，光伏组件6串2并，最大输出功率2KW，选用三菱50ACSTBT大功率IPM模块作为复用逆变器，输出滤波器设计参考文献14-15，前端DC/DC变换器使用输入电容1000uF/450V，boost电感2mH，开关管使用IMBH25D-12，二极管型号为IXYS DESI10-60A，使用1片DSP28335VM和1片DSP2812作为控制器芯片，浮点DSP28335完成采样、计算、MPPT控制算法、保护处理、通信等，DSP2812只用来产生PWM波，两片DSP通过双口RAM进行数据交换，DSP控制系统框图如图2.8所示，系统接三相整流桥阻感负载。图2.9(a)显示了未投入统一控制的光伏发电系统公共连接点电流时域和频域波形，谐波畸变率为11.8%，内部含5、7次谐波较高。图2.9(b)显示了投入有滤波功能的光伏发电系统后公共连接点电流时域和频域波形，谐波畸变率降为7.3%，5、7次谐波已经被抵消大部。因为，光伏发电系统承担了部分负荷，故电流值较之前减小，波形显示系统同时实现了光伏发电与APF的双重效果。图2.8 控制板原理图（a）未进行功率控制工况（b）进行功率控制工况图2.9 系统投运前后实验波形对比使用PSCAD进行仿真计算，建立含配电网、风力发电机、微型燃气轮机、燃料电池、光伏发电、蓄电池组以及DSTATCOM的仿真模型如图2.10所示，其中微型燃气轮机和燃料电池采用下垂控制，光伏发电和蓄电池组以及风力发电采用恒功率的PQ控制，其中燃料电池、蓄电池组和光伏发电系统均采用相同的逆变电路模拟，直流侧用直流电压源替代，负载采用恒功率模型，具体仿真初始设定参数如表1、表2、表3所示。表2.1 负载仿真参数负载编号有功功率(kW)无功功率(kvar)类型负载13000恒阻抗负载2300200恒阻抗负载3200100恒阻抗负载40-10电容表2.2 微网仿真参数微源类型有功功率(kW)无功功率(kvar)WT风力发电机10-10MT微燃机4000FC燃料电池1000PV光伏发电200ES蓄电池组200表2.3 DSTATCOM仿真参数电网电压/kV电网频率/Hz滤波器等效电阻/欧姆滤波器等效电感/mH20/0.4500.22使用Siemens Benchmark中压配电网模型，联合系统接入点容量设定为2828kVA，初始状态时，微网中总的负荷为有功负荷500kW，外部负载1为有功300kW，微源总的出力为有功550kW，提供微网内部所需的有功负荷并可回馈电网，其中负载4为电容器组，用于对消风机消耗的无功，微网的无功负荷主要由配电网提供，系统电压恒定。设定在1.5秒时在负载1处添加三相阻感负荷接地故障，使系统增加了300kvar的无功负载，由于DSTATCOM设定补偿容量为20kvar，不足以维持无功负载突变造成的电压跌落，使微网与连续子系统DSTATCOM组成联合补偿系统，补偿较大容量的无功量，由DSTATCOM做精细调节，维持系统电压稳定，仿真分析如图2.21所示，仿真时间为3秒。如图2.21 (a)- 图2.21 (d)所示，当离散子系统微网和连续子系统DSTATCOM分立运行时发生电压跌落时的补偿效果和各个无功源的无功输出水平，可见当没有采用专家控制策略时，由于两个控制输入对输出的影响不对称，DSTATCOM会首先对电压跌落作出响应，DSTATCOM对电压和电流的调节都比较快，会首先进入极限输出状态，如图2.21 (d)所示。微网也并不完全表现为具有较大备用功率的储能装置，调度功率过程稍慢，下垂控制的微源自动调整其运行点，发出一定无功，进入新的电压运行点，如图12(b)所示，PQ控制的微源由于没有接收到无功调度指令，故依然维持输出无功为0，由于有功和无功解耦不完全，在电压跌落发生和结束时，PQ控制的微源的无功输出有些波动，如图2.21 (c)所示。由于微网没有提供较大容量无功支持，仅依赖下垂控制的微源的自动调整和DSTATCOM的极限输出难以补偿近300kvar的无功缺口，电压补偿效果较差，如图2.21 (a)所示。图2.21 (e)- 图2.21 (h)所示为采用专家决策控制时联合运行系统的补偿效果，当电压跌落发生时，经过联合控制系统的计算，通过调整下垂控制微源的下垂系数(5%-3%)，使其发出近300kvar的无功，如图2.21 (f)所示，使PQ控制的微源发出20kvar的无功来补足无功缺口，如图2.21 (g)所示，同时由于大容量的无功由微网担当，DSTATCOM可立刻退出极限状态，进行小范围无功精细调节，如图2.21 (h)所示，可见电压补偿效果优于分立运行模式，如图2.21 (e)所示。(a) 分立运行电压补偿效果(b) 分立运行模式下垂控制微源节点1处无功出力(c) 分立运行模式PQ控制微源节点2处无功出力(d) 分立运行模式DSTATCOM节点3处无功出力(e) 联合运行电压补偿效果(f) 联合运行模式下垂控制微源节点1处无功出力(g) 联合运行模式PQ控制微源节点2处无功出力(h) 联合运行模式DSTATCOM节点3处无功出力图2.21 协同控制仿真6总结为了经济高效的解决含分布式发电的配电网电能质量控制难题，本文从中低压两个配网等级针对谐波抑制和无功电压调整提出了主动和被动相结合的控制思路以及一种可行的含分布式发电单元和电能质量协同控制的多代理系统，做了以下工作：(1)在低压配电网，考虑到微网中逆变器的大量使用构成多逆变器环境以及非线性负载德使用使得谐波问题突出，为抑制微网并网节点处的谐波电流，提出一种带滤波功能的并网逆变器，通过在其电流控制环添加滤波指令，使得微源并网逆变器在提供有功电能的同时发出补偿谐波，使得在配电网看来，微网并网节点处具备高电能质量水平，降低了微网并网门槛，使其作为“好市民”存在于配网中，使微网以友好的姿态并网；同时考虑微网功率可控，有大容量储能装置、飞轮、蓄电池等储备电源，为使其担当更多责任，克服现有DSTATCOM造价昂贵，容量较小的问题，提出一种与配网中DSTATCOM共同进行无功电压协同控制的思路，使DSTATCOM作为小容量的无级无功源，将微网作为大容量的分级无功源进行调度，在不超出微网功率限额的前提下，使微网中的无功可调度，这里可调度的微源分功率控制的微源和下垂控制的微源，使得微网在供能的同时承担配网一定的无功电压调整任务。 (2) 在中压配电网，考虑到大容量的风电场和集中式光伏电站开始广泛在并网节点处安装静止无功补偿器SVC来进行快速无功补偿和电压调整，考虑到分布式发电的特殊性（功率输出波动大），如何提高SVC电压控制的精度和速度成为智能电网发展的需要。同时考虑到晶闸管控制电抗器TCR本身产生可观的谐波、加上本地非线性负载的影响，仅依赖SVC难以将谐波控制在理想范围。针对以上两个问题，将递推积分PI算法应用于SVC中，并对PI控制器的比例、积分参数进行单纯形加速算法（SPX）优化，提出了以ITAE准则作为寻优目标函数的改进的单纯形加速算法对PI控制器的参数进行实时调整，使得其比例、积分参数能够快速、无超调的跟踪分布式电源并网处的电压波动。考虑到多数分布式电源都需经过至少一级的逆变器并网，主流的PQ或Vf控制都有电流内环设计，考虑到并网逆变器与APF具备相同的拓扑结构，本文将低压配网带滤波功能的逆变器控制思路讨论到中压等级上来，使分布式电源逆变器发出补偿谐波抵消SVC和非线性负载产生的谐波，提出的高品质供能系统，为含分布式发电的中压配电网电能质量调整有一定借鉴意义。(3) 在对含分布式发电的中低压配电网电能质量控制技术进行讨论的基础上提出一种含分布式发电和电能质量控制装置的综合控制平台，可充分发挥分布式发电的长处，规避其短处，在不增加原有配电网电能质量控制装置硬件开销的前提下，构建高效、节能、高电能质量水平的配电网。参考文献1 Piagi P，Lasseter R HAutonomous control of Microgrids/ Proceedings of IEEE Power Engineering Society Meeting，June 18-22，2006，Montreal，Canada2 Piagi P，Lasseter R HControl and design of Microgrid componentsm Final project reportR/OL，http：//cgi-pserc/getbig/publication/reports/2006report/lasseter Microgrid control final project report.pdf3 Lasseter R H，Piagi PMicrogird：a conceptual 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