一種改進的APF在分布式發電中的應用

劉學琴+劉曉芹+徐超+王新娜

摘 要 為了解決分布式電源并網產生的諧波問題，提出采用瞬時無功功率理論檢測法和改進三角波調制電流控制方法對有源電力濾波器的濾波性能進行優化，并將此方法應用于分布式電源網絡進行仿真，仿真結果證明采用這種方法能有效地濾除網絡中大部分諧波，并使電源電流的畸變率明顯降低。

關鍵詞 有源電力濾波器；電氣結構；諧波電流檢測；補償電流；分布式電源

中圖分類號：TM61 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）07-0052-02

近些年，分布式發電（Distributed Generation，DG）獲得了較為廣泛的應用和發展。但目前DG并網運行大多都采用了電力電子變換器裝置，會導致諧波產生，對電網構成諧波污染。隨著分布式電源的快速發展諧波問題變得更為突出，嚴重影響了電能質量。因此，在分布式電源系統設計中，要采取有效措施抑制DG并網運行時變換器中注入的諧波電流，以達到改善電能質量的目的。

有源電力濾波器（Active Power Filter，APF）用于動態抑制諧波和補償負載無功，具有良好的動態補償性能，在補償抑制諧波的同時，還可補償負載的無功功率，提高功率因數。目前國內外對分布式發電與有源電力濾波器的統一控制已開展了一定的研究，但由于控制中涉及的相關參數較多，互相影響也較大，效果不是很理想。

針對這種情況，本文提出了一種改進的有源濾波器，將其應用于分布式電源并網中，仿真結果表明能有效抑制諧波。

1 APF原理及實現方案

1）DG的電氣結構。分布式電源電氣結構包括同步發電機、異步發電機、雙饋發電機、變換器四種類型，其中光伏發電、燃料電池發電、風力發電、太陽能熱發電、微型燃氣輪機等通過變換器并網運行，是DG諧波注入的主要形式。

2）APF拓撲結構。

①APF工作原理。APF工作原理如圖1所示，它由兩大部分組成：諧波電流檢測電路及補償電流發生電路。APF產生一個與負載諧波幅值相等、相位相反的諧波注入諧波源，即可將諧波抵消掉，使之不會流入系統電源。有源電力濾波器APF分為并聯型和串聯型兩種，圖1所示為并聯型APF。

圖1 APF原理示意圖

②APF拓撲結構。并聯型APF在進行含分布式電源系統的諧波治理時，其拓撲結構主要有三種形式：一是將DG直接或經過升壓接到APF的直流側，這種拓撲結構實際上是將DG并網和APF進行統一控制[1，2]；二是將DG本身的啟動或其他控制環節加工成APF[3，4]；三是將DG視為公共配網的諧波源負載，利用APF進行諧波治理和無功補償。本文采取第三種拓撲結構，其接入方式如圖1。

3）APF實現方案。

①諧波電流的檢測方法。APF諧波檢測法多采用基于瞬時無功功率理論的檢測法。設三相電路各相電流的瞬時值分別為、和，把它們分別變換到兩相正交的α-β坐標系：

= （1）

式中。

矢量、合成（旋轉）電流矢量為：

（2）

三相電路瞬時有功電流、無功電流為矢量在電壓矢量上的投影：

（3）

式中。

②補償電流的控制方法。補償電流的控制方法是實現APF功能的核心，傳統的三角波調制電流控制方法跟蹤補償量響應速度較慢，本文采用改進三角波調制電流控制法。改進三角波調制電流控制與傳統三角波調制電流控制方法相比，在輸出指令電壓中增加一個與電源電壓瞬時值正比的量，以此來消除電源電壓的干擾，減小電流誤差的范圍，使APF實際輸出電流能精確跟蹤指令電流的變化，提高輸出電壓的準確性。

2 仿真及結論

圖2 補償前三相電流波形圖

為了驗證文中APF實現方案的正確性，采用MATLAB7.0對DG并網運行的APF進行了仿真研究，補償前后的三相電流波形如圖2和圖3。

圖3 補償后三相電流波形圖

仿真表明：

1）當采用瞬時無功檢測法，并結合上述補償電流控制方法的APF，能有效地濾除DG并網的絕大部分諧波，并使電源電流的畸變率大大降低。

2）如何建立一個符合DG并網的諧波變化規律的分析模型還有待研究。本文探討的諧波源是一個簡化了的系統，與實際情況差別可能較大。

3）文中采用的諧波電流檢測方法和控制方式都只停留在理論和仿真層面，還有待進行硬件設計，進一步驗證各方法的有效性。

參考文獻

[1]楊琳霞.分布式電源和有源電力濾波器的優化組合研究[J].電氣自動化，2011，33（1）.

[2]張鐵良.有源電力濾波器與光伏發電的統一控制研究[D].合肥：合肥工業大學，2007.

[3]劉宣宣.分布式電源對配電系統電能質量的作用機理研究[D].河北：華北電力大學，2007.

[4]姜春霞，賈文超，宗嗚.有源電力濾波器在分布式發電系統中的應用[J].電力系統保護與控制，2008，36（22）.

[5]王兆安，等.諧波抑制和無功功率補償[M].北京：機械工業出版社，2006.

作者簡介

劉學琴（1973-），女，碩士，講師，主要從事電力系統自動化教學與研究工作。endprint