改進分布式發(fā)電系統(tǒng)電能質量的控制策略

解鵬雁

摘 要：在并網模式中，幾乎所有分布式發(fā)電系統(tǒng)的單相逆變器都只向電網注入有功功率。本文對單相逆變器的電能質量特性，即含有電流諧波分量的有功和無功功率特性進行了研究，通過在控制策略中并聯(lián)有源電力濾波器（APF），并采用電流參考發(fā)生器和重復電流控制器來實現(xiàn)相關的研究。本文采用單相系統(tǒng)的兩相變換法提取諧波分量，并提供負載所需的無功功率。

關鍵詞：分布式發(fā)電；電能質量；瞬時無功功率

電力電子是將分布式發(fā)電單元結合在一起的重要組成部分，從而實現(xiàn)電力系統(tǒng)的高效率和高性能。由于原有的控制策略是針對三相有源濾波器研究的，因此在單相逆變電路中采用有源濾波器時，一定要特別注意有源濾波器的性能需要符合單相電力系統(tǒng)[1]。所有分布式發(fā)電系統(tǒng)的單相逆變器都只向電網注入有功功率，即通過需要產生的參考有功功率計算參考電流。

本文對應用在分布式發(fā)電系統(tǒng)的單相逆變器提出了一種改進的電能質量控制策略，分布式發(fā)電單元和有源電力濾波器結合起來，可以控制逆變器的有功功率從電源流到電網，并對無功功率和非線性負載電流諧波進行補償，使電網電流保持接近正弦。

1 諧波參考電流

本文采用了一種基于重復控制器的專用逆變器電流控制方案，該控制策略可以使FIR濾波器抽頭數(shù)減半，從計算的角度更加容易實現(xiàn)。

參考電流的計算可以使用正弦信號積分器（SSI）和瞬時無功功率（IRP）理論來完成[2]。這種方法無延遲的得到應用于IRP理論或其他技術（最初用于三相系統(tǒng)）所需的虛擬變量。

改進電能質量的單相逆變器控制策略流程如下圖所示。逆變器參考電流iF由參考電流發(fā)生器產生，電流控制基于重復控制器。

2 基波參考電流

在穩(wěn)態(tài)運行中，傳遞函數(shù)（1）和（2）在頻域中的相位關系是∠H1jw=∠H2jw+π2 （3）

根據(jù)伯德圖發(fā)現(xiàn)當ka變小時，濾波器變得更有選擇性。然而，在這種情況下，相位在基波頻率ω0周圍的延遲也越來越高。

這種特性可以用于獲取正交基波分量，該基波分量被用于補償局部負載無功功率。SSI產生的信號IL1β僅用于計算基本無功參考q*，采用IRP理論中的無功功率定義如下：

由于系統(tǒng)是單相的，因此忽略電流i*1β，在諧波參考電流i*hα中加入i*1α以獲得逆變器參考電流，用于提取非線性負載電流基波分量的SSI濾波器性能靈活，可以調整其增益ka提高參考發(fā)生器的選擇性或改善其瞬時響應。需要強調的是本文創(chuàng)建虛擬變量的方法與現(xiàn)有的另一種計算虛擬變量方法存在不同之處。在本文中，由SSI濾波器得到的用于產生電流參考的正交基波分量是正弦信號，相位偏移90°。在現(xiàn)有的方法中，獲得的虛擬變量是由負載電流所有頻率的相位旋轉90°產生的，而且含有高次諧波的信號，在這種情況下，需要在虛擬變量和逆變器基準電流中引入相位延遲。

3 電流控制方案

對產生有功功率和補償無功功率的逆變器來說，基準電流在基頻是正弦信號，如果帶寬足夠高，就可以采用常規(guī)PI控制器。如果逆變器還必須補償電流諧波，則參考電流的正弦信號將會畸變[3]。在這種情況下，PI控制器將無法實現(xiàn)零穩(wěn)態(tài)誤差。

因此，本文采用的電流控制策略是基于傳統(tǒng)PI算法的重復控制器，當參考電流存在高次諧波時，可以實現(xiàn)零穩(wěn)態(tài)誤差。在該方案中，關鍵問題在于如何實現(xiàn)重復控制，重復控制器僅僅是n路濾波器，因此可以通過采用離散傅里葉變換（DFT）來設計濾波器，從而實現(xiàn)單相諧波補償?shù)膯挝辉鲆妗?/p>

4 結論

本文研究了一種用于分布式發(fā)電系統(tǒng)的單相逆變器，獲得了并網運行中的諧波和無功功率補償?shù)入娔苜|量特性，提出了基于SSI和IRP理論的電流參考發(fā)生器控制方案，并配以專用的重復電流控制器，使逆變器控制具有較好的暫態(tài)性能，并將有功功率和無功功率輸出到負載中。具有較好的電能質量和低諧波畸變。

參考文獻：

[1]張逸，林焱，吳丹岳.電能質量監(jiān)測系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2015，2（5）：44.

[2]王慧敏.含分布式電源的配電網電能質量分析[D].太原理工大學，2016.

[3]趙憲，周力行，鄧維.改進的層次分析法在含分布式電源系統(tǒng)電能質量綜合評估中的應用[J].中國電力，2014，12（18）：213-222.