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兰州交通大学毕业设计（文献翻译）一种分布式发电中接口转换器微电网谐波补偿的新型控制方法M. Savaghebi and A. Jalilian伊朗科技大学（伊朗），电力系统自动化和操作电子工程系中心摘要由于新的科学技术和先进电力电子技术的进步，分布式发电在近年引起了人们极大的关注。通过整合各种发电来源与现有通过电力电子变换器的配电网络，微网是一个成功的例子。另一方面，由于电力电子设备的迅速普及，许多微网的负荷在本质上是非线性的，易引起的谐波干扰需要去解决。本文中，在合理控制分布式发电接口转换器的基础上，提出了一种微电网谐波补偿的新方法。该方法利用了电源电压的下降，无功功率频率上升，谐波电导下降的特点。仿真结果表明，所提出的微电网电压谐波补偿方法是有效的。关键词：分布式发电；微电网；谐波；接口转换器1 引言在高度可靠的优质电力时代，蕴含着一种模式的变化。这个概念被命名为分布式发电(DG)，当分散的能量储存系统（超级电容器，压缩空气设备，或飞轮）和可再生能源（光伏阵列，变速风力发电机组，联合循环电厂）可利用有的时候，它是很有前途的。这些资源可以通过一个接口转换器连接到当地的电力网络，这也被称为微网1。因此，微网一般可以作为微电源的集合，它可以工作在电网连接或孤岛运行（从电网分离）模式2。在这种系统中，每个DG单位(DGU)的应该能够独立工作，而不会由于通信链路的问题受到影响，比如DGU有限的带宽和可靠性之间的问题3。为了达到良好的电源共享，控制器在变频器输出电压的频率和振幅上做出调整。这种控制技术被称为下垂方法，是基于仿真大型发电机组的性能，当功率增加时减小其频率1。在此方法中，接口转换器通过有功功频(P-F)下垂和无功功率与电压(Q-V)下垂来共用有功和无功功率，来实现在各单位之间的分布式操作。采用传统的下垂方法时，线路阻抗为主要电感。但是，这种说法并不总是正确的，例如在微电网中，低电压网络的线路阻抗则是主要电阻1。同时它还表明5，微电网电压取决于DGS和负载之间的有功功率平衡，然而无功功率平衡主要取决于频率。另一方面，提出了一些提高微电网电能质量的技术(如46-7)。在一个谐波4补偿算法中，提出利用P-F，Q-V和G-H(谐波电导VAR)下垂。正如前面提到，P-F和Q-V下垂方法并不适用与微型电网。因此，在本文中，提出了P-V下垂和Q-F（无功功率频率）提高的特点，具体的方法是修改他们在其中的应用4。2 接口转换器控制设计2.1 有功和无功功率控制每个DGU输入总线的有功和无功功率可表示为1：=EVZcos-V2Zcos+EVZsinsin (2.1)Q=EVZcos-V2Zsin-EVZsincos (2.2)其中，E是逆变器输出电压的幅值，V是总线电压，是功率角，Z和分别是阻抗的的大小和相位。假设电阻的阻抗（Z=R和=0时），则有功和无功的功率分别为：=EVRcos-V2Z (2.3)Q=-EVRsin (2.4)在实际应用中，功率角一般较小，因此P/Q去耦近似为(cos1,sinB)为了简化控制设计可以考虑为：PVR（E-V） (2.5)Q=-EVR (2.6)可以看出，通过增加输出电压的幅值，实际功率就越来越高，同时增加功率角降低了无功功率。这是与传统下垂法相反的方法。因此，需要P-V下垂和Q-W提高的作用，以获得合理的P/Q的共用。因此，工作频率控制和基波电压的幅度DGU数x命令e可以计算如下：x*=0+mx(Q0x-Qx) (2.7)x*=0-nx(P0x-Px) (2.8)其中，mx为频率提升系数，nx为电压降落系数，0为额定频率，0为额定相电压幅值，Q0x为无功功率的额定容量，P0x为实际功率额定容量。2.2 谐波补偿方法根据瞬时无功功率理论，有功和无功功率可以计算如下8:pq=P+pQ+q=EE-EEii (2.9)其中，p和q是实际的瞬时功率和瞬时无功功率，直流分量P和Q分别表示在基波和谐波频率下的有功功率和无功功率，i、i、和分别为在坐标系中的输出电流及电压。需要注意的是，相比那些固有频率在某些谐波频率（如五次或七次）的有功和无功功率可以忽略不计。元件p和p是由谐波VAR为主的基波电压和谐波电流产生。总谐波无功可以用下式来计算4：H=(prms)2+(qrms)2 (2.10)其中，prms和qrms分别表示p和p的有效值。谐波电导命令G定义是，DGU控制增益产生谐波电流从而抑制了电压谐波。这意味着，DGU在谐波频率下产生了电阻。为了达到这个目的，GH衰减下垂特性可以由下式表达：Gx*=G0-bx(H0x-Hx) (2.11)其中，bx为谐波衰减系数，G0为额定电导，H0x为谐波无功额定容量。最后，接口转换器控制系统的框图如图1所示。如图中所示，同样的参考系中三相电压测量制xabc转换为exqd。基准电压exqd可由低通滤波器(LPF)中得到，谐波电压exqd可由exqd减去exqd得到。谐波电导Gx*乘以逆变器产生的谐波电流ie*xqd可以得到谐波电压exqd。基准电流ie*xqd可由基准参考电压exqd与基准电压exqd之间的闭环比例积分控制环节(PI)产生。总电流ie*xqd包含ie*xqd和ie*xqd。ie*xqd被转化成相电流i*xqd。根据i*xqd和测量电流iabc，磁滞电流调节器将产生栅极信号。3 仿真结果接口转换器控制系统图如图3.1所示，为了验证所提出的控制方法，在Matlab/Sim-ulink中仿真孤岛微网效应如图3.2所示。这种微型电网的额定电压与额定频率分别为380V和50Hz。在这个网络中安装了两个直流输出电压为780的DGUs，接口逆变器的载波频率为5kHz，在微电网的中需要考虑非线性负载RL和非线性二极管整流器不同的等级。如图3.2所示，微电网中主要是电阻。因此，建议所给出的P-V下垂以及Q-W升压特性对P/Q的共用来说是正确的。在图3.2中需要指出的是，为了使图更加简洁，省略了测量设备和信号控制模块。因此，在图3.2中被命名为“门信号”的模块只有原理图和控制模块的实现复杂些。所有DGUs下垂和升压特性的参数都是相同的，这些参数在表一中列出。图3.1 接口转换器控制系统图图3.2 微型电网的孤岛效应在Simulink中的仿真图3.1 例1在本例中，P-V下垂、Q-W提高和GH下垂特性是无效的。开始时只连接非线性负载，非线性负载在t=0.3秒时连接到系统。在本例中负载共用的结果如图3.3所示。可以看出，DGUs的P和Q是不相同的。事实上，负载的分担在这种情况是根据本地加载的DGUs而并不受控制。微网中总线A到C的相电压波形分别如图3.4 (a)和3.4 (c)所示。可以看出，电压谐波总失真(THD)值是很明显的。此外，微网总线的电流波形如图3.5所示。3.2 例2在本例中，P-V下垂、Q-W提高特性在控制系统中是有效的，G-H下垂是无效的。DGU控制器参数如表3.1所示。正如前所述，激活P和Q的控制特性导致了在DGUs之间约等于P/Q的共用，DGUs之间的P、Q和H分布如图3.6所示。表3.1 DGU控制器参数mnbP0Q0H0G0-0.00015-0.0015-0.0130kW0kvar15kvar03.3 例3在本例中，P-V下垂、Q-W提高以及GH下垂的特点都是有效的。DGUs之间的P，Q和H分布如图3.7所示，DGUs的P和Q的值与例2基本相同。此外，DGUs的H值由于控制器补偿电压谐波有所增加。因此，微网总线电压的THD值下降，相电压波形如图3.8所示。但是，电压波形质量的提高是在牺牲了电流波形失真的增加基础之上，相电流波形如图3.9所示。它是由控制器的动作值ie*xqd减去ie*xqd所得到的，如图3.1所示。(a)(b)(c)图3.3 在例1中DGUs之间的P、Q和H分布（实线：DGU1，虚线：DGU2）(a)(b)(c)图3.4 相电压波形：(a)总线A，(b)总线，B(C)，总线C（例1）(a)(b)(c)图3.5 相电流波形：(a)总线A，(b)总线B，(C)总线C（例1）(a)(b)(c)图3.6 在例2中DGUs之间的P、Q和H分布（实线：DGU1，虚线：DGU2）(a)(b)(c)图3.7 在例3中DGUs之间的P，Q和H分布（实线：DGU1，虚线：DGU2）(a)(b)(c)图3.8 相电压波形：(a)总线A，(b)总线B，(C)总线C（案例3）(a)(b)(c)图3.9 相电流波形：(a)总线A，(b)总线B，(C)总线C（案例3）结 论提出了一种分布式电源接口转换器微电网电压谐波补偿的控制方法。首