微網中分布式電源變動對其諧波的影響分析

杜旭浩，張建軍，馬天祥，魏力強

（國網河北省電力公司電力科學研究院，河北 石家莊 050021）

微網中分布式電源變動對其諧波的影響分析

杜旭浩，張建軍，馬天祥，魏力強

（國網河北省電力公司電力科學研究院，河北 石家莊 050021）

為了掌握微網中諧波的變化規律，降低諧波危害，基于DIgSILENT／Power Factory仿真平臺，搭建了適合于諧波分析的微網模型。仿真分析了分布式電源在不同容量、不同接入位置微網系統的諧波變化，并通過風電和光伏兩種分布式電源進行驗證，發現了微網諧波變化的一定規律，給出了相關建議，對今后的微網諧波治理工作具有一定的參考價值。

微網；分布式電源；諧波；風力發電；光伏發電

隨著電力需求的不斷增長和全球性環境問題日益嚴重，以風力發電、光伏發電等為主的清潔能源發電越來越受到人們的關注［1］。微網是由額定功率為幾十kW的分布式電源（DG）、儲能裝置、負荷以及控制裝置組成的一個可控系統［2］。隨著微網應用范圍的擴大，微網帶來的電能質量問題也日益嚴重，而衡量電能質量的主要指標之一就是諧波［3］。微網內存在大量的電力電子設備和非線性負荷，如風機、光伏電池等分布式電源等，它們在工作中會引起電網電壓、電流波形畸變，導致電網的諧波污染［4－5］。微網中的諧波不可避免，找出它的變化規律尤為重要。

1 軟件建模

1.1 風機建模

在DigSILENT／Power Factory軟件中，建立了直驅式風力發電系統模型，并采用雙PWM背靠背變流器作為直驅式風力發電系統的全功率變流器進行建模。永磁直驅發電機的控制結構如圖1所示。原動機模型包括3個子模塊：風力機、槳距角控制模塊和軸系。對風力機采用變槳距調節策略，實現風電機組的變速恒頻控制［6］。

圖1 永磁直驅發電機控制結構

系統采用2個PWM變流器，即PWM整流器＋PWM逆變器拓撲結構，如圖2所示。電網側變流器穩定直流母線電壓以及控制網側功率因數，電機側變流器實現對發電機功率、轉速的控制。雙PWM系統控制靈活，可以有效地提高系統的運行特性［7］。

1.2 光伏建模

采用可控直流電流源串聯全功率PWM變流器的形式，對光伏發電系統進行建模，如圖2所示。考慮到本文主要是對微網中穩態條件下的諧波分布情況進行研究分析，故對光伏電源做了一定的簡化處理，采用恒流源代替實際的發電單元。

在DIgSILENT／Power Factory軟件中，PWM并網逆變器所選的恒功率控制策略，使光伏發電系統輸出的有功和無功保持在某一參考功率，即當光伏并網逆變器所連電網電壓和頻率在允許范圍內變動時，光伏發電系統輸出的無功和有功保持不變。

圖2 光伏并網系統結構

1.3 微網建模

搭建了典型的微網模型——西門子Benchmark 0.4 kV電網模型［8］，系統頻率為50 Hz，如圖3所示。微網中負荷采用恒功率模型，負荷參數如表1所示，微網中線路參數如表2所示。微網通過1臺升壓變壓器連接到中壓主電網。風力發電系統和光伏發電系統的具體接入情況見仿真分析。

表1 微網負荷數據

表2 所用型號導線各序阻抗參數Ω／km

2 仿真分析

基于DIgSILENT／Power Factory仿真平臺，仿真分析了風力發電系統和光伏發電系統分別以不同容量和不同接入位置并入微網時，微網各節點諧波的變化情況。

圖3 0.4 kV Benchmark低壓微網結構

2.1 風力發電系統接入微網

結合風機廠家提供的諧波電流技術參數，設定了風力發電系統對接入點注入的各次諧波電流參數，如表3所示。通過仿真分析得到微網各節點的諧波電壓畸變率（THDu，%），如表4所示。

從仿真結果可以發現，風力發電系統同一容量，在接入位置1，即風機安裝于微網饋線末端時，各節點的諧波電壓畸變率較大，末端節點越接近風電機組，其諧波電壓畸變率越大；同一接入位置，風電機組安裝容量越大，各節點的諧波電壓畸變率也越大。

表3 風力發電系統注入諧波電流參數

表4 各節點的諧波電壓畸變率%

2.2 光伏發電系統接入微網

結合光伏廠家提供的諧波電流技術參數，設定了光伏發電系統對接入點注入的各次諧波電流參數，如表5所示。通過仿真分析得到微網各節點的諧波電壓畸變率（THDu，%），如表6所示。

表5 光伏發電系統注入諧波電流參數

表6 各節點的諧波電壓畸變率%

從仿真結果可以看出，在接入位置1，即光伏發電系統并入于微網饋線末端時，各節點的諧波電壓畸變率較大，末端節點越接近光伏電源，其諧波電壓畸變率越大；同一接入位置，光伏發電系統容量越大，各節點的諧波電壓畸變率也越大。微網諧波變化規律與風力發電系統接入時相同。

3 結論

隨著對微網系統的不斷研究，掌握其內部的諧波分布規律尤為重要。通過仿真分析發現，當分布式電源并網位置越接近線路末端，饋線沿線各負荷節點的電壓畸變越嚴重；反之，越接近系統母線，對系統的諧波分布影響越小。從減小諧波畸變率的角度來看，分布式電源并不適宜在饋線末端接入系統，而應選擇線路接近系統母線處和饋線中間位置的組合。另外，分布式電源的容量越大，對微網各節點造成的諧波畸變也越大。因此，微網中應合理布局分布式電源的接入情況，努力降低對系統的諧波危害。

［1］殷 豪，陳春泉，彭顯剛，等.分布式電源接入對配電網穩定性的影響研究［J］.東北電力技術，2012，33（10）：6－10.

［2］程志江，李永東，謝永流，等.帶超級電容的光伏發電微網系統混合儲能控制策略［J］.電網技術，2015，39（10）：2 739－2 745.

［3］慕小斌，陳國良，孫麗兵，等.微網電能質量新特性及其治理方案綜述［J］.電源技術，2015，39（9）：2 041－2 044.

［4］蔡志遠，戈陽陽，馬少華.大規模風電接入電網諧波影響研究［J］.東北電力技術，2014，35（4）：31－33.

［5］周念成，樓曉軒，王強鋼，等.電網電壓不平衡下三相光伏發電系統的諧波電流抑制［J］.電工技術學報，2015，30（16）：246－254.

［6］任碧瑩，同向前，孫向東.具有限定功率運行的永磁直驅風力發電并網控制設計［J］.電力系統保護與控制，2014，42（2）：87－92.

［7］劉 波，金 昊.永磁直驅風電系統雙PWM變換器前饋補償控制［J］.電力系統保護與控制，2014，42（15）：52－57.

［8］王繼東，杜旭浩，楊 帆.基于三次樣條插值信號重構的微網諧波及間諧波分析算法［J］.電網技術，2012，36（11）：7－11.

Analysis on Influence of Distributed Power Change on Harmonic of Micro Grid

DU Xu?hao，ZHANG Jian?jun，MA Tian?xiang，WEI Li?qiang
（State Grid Electric Power Research Institute of Hebei Electric Power Co.，Ltd.，Shijiazhuang，Hebei 050021，China）

In order to grasp the variation law of the harmonic in micro grid and reduce the harm of harmonic based on DIgSILENT／Pow?er Factory simulation platform，this paper builds a micro grid model which is suitable for harmonic analysis，simulation and analysis of distributed power supply in different capacity，different access location，micro grid system of harmonic change.And through the wind power and photovoltaic of distributed power for verification，the micro grid harmonic change of a certain rule are discovered，the rele?vant recommendations are given.The results offer a reference for the future of micro network harmonic control work.

Micro grid；Distributed generator；Harmonic；Wind power generation；Photovoltaic power generation

TM76

A

1004－7913（2016）06－0038－03

杜旭浩（1986—），男，碩士，工程師，主要從事電力系統電能質量及微網工作。

2016－02－26）