電力電子變換器拓?fù)浼夹g(shù)在新能源發(fā)電組網(wǎng)中的應(yīng)用

楊海華

（南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京 211106）

引言

隨著光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電以及潮汐發(fā)電等新能源電力發(fā)電技術(shù)的推進和發(fā)展，新能源發(fā)電組網(wǎng)控制受到人們的關(guān)注，在新能源發(fā)電組網(wǎng)設(shè)計中，由于電網(wǎng)的諧波特性，導(dǎo)致新能源發(fā)電組網(wǎng)輸出的諧波因素較大，新能源發(fā)電組網(wǎng)輸出的抗干擾能力和抗諧波性能不好，需要構(gòu)建優(yōu)化的新能源發(fā)電組網(wǎng)控制模型[1]，結(jié)合電力電子變換器以及大量電力電子元件的耦合關(guān)聯(lián)控制技術(shù)，進行新能源發(fā)電組網(wǎng)和拓?fù)湓O(shè)計，提高新能源發(fā)電組網(wǎng)輸出的穩(wěn)定性和抗干擾能力。研究新能源發(fā)電組網(wǎng)控制方法，在提高新能源發(fā)電的輸出增益和可靠性方面同樣具有重要意義，相關(guān)的新能源發(fā)電組網(wǎng)方法研究受到人們的極大關(guān)注。

1 新能源發(fā)電組網(wǎng)的數(shù)學(xué)模型

為了實現(xiàn)電力電子變換器拓?fù)浼夹g(shù)在新能源發(fā)電組網(wǎng)中的應(yīng)用及開發(fā)研究，結(jié)合新能源發(fā)電組網(wǎng)的并網(wǎng)控制模型參數(shù)分析，通過光伏陣列及逆變器控制方案，構(gòu)建新能源發(fā)電組網(wǎng)的外環(huán)電壓及內(nèi)環(huán)電流比例積分控制模型，建立交流側(cè)濾波器傳遞[2]，得到電力電子變換器拓?fù)渚€性組合下的交流側(cè)濾波器傳遞函數(shù)：

式中：Lq表示內(nèi)環(huán)電流d軸分量；UJ表示電壓指令值；UE是光伏逆變器控制的微分時間，電壓和光伏并網(wǎng)的增益表示為：

式中：Lq表示有功功率的穩(wěn)態(tài)值是積分參數(shù)是有功功率基頻分量，表示為一個微分參數(shù)；f（l）表示逆變器直流側(cè)功率函數(shù)。

采用相應(yīng)基頻波動組合控制，得到新能源發(fā)電組網(wǎng)控制輸出的梯度變化率f，直流母線電壓基頻分量如公式（3）所示：

式中：RQ1和RQ2分別表示直流母線電壓基頻波動的幅值和相位；UBE為高次諧波，直流母線電壓偏差為Ic=200 A。根據(jù)上述分析，以變壓器、發(fā)電機及輸電線路等元件作為差動諧波控制模型，得到新能源發(fā)電組網(wǎng)的數(shù)學(xué)模型。

2 新能源發(fā)電組網(wǎng)拓?fù)鋬?yōu)化

采用多級聚合和等效辨識分析的方法，結(jié)合智能量測和精準(zhǔn)通信的方法，在差動電流中通過電力電子變換器的拓?fù)湓O(shè)計的方法，進行單機等值模型構(gòu)造[3]，得到電力電子變換器的拓?fù)浞植际秸髡{(diào)制參數(shù)為：

式中：U1為逆變器側(cè)的比例參數(shù)；Un為電壓環(huán)參數(shù)；M1、M2分別為一階和二階調(diào)節(jié)器參數(shù)，引入濾波電容的電壓和電流參數(shù)，將i，K，M1，M2值代入上式，得到換流器的等效增益：

計算換流器等效阻抗參數(shù)，以變壓器、發(fā)電機及輸電線路等元件作為差動諧波控制模型，結(jié)合繼電保護和二次諧波參數(shù)融合，實現(xiàn)換流器的等效增益控制[4]。

構(gòu)建閉環(huán)傳遞參數(shù)控制模型，得到全局優(yōu)化參數(shù)模型，電力電子變換器的拓?fù)淠Ｐ蜑閙in{f（x）}[5]，電力電子變換器的拓?fù)涞目刂颇Ｐ兔枋鰹椋?/p>

式中：ω為角頻率參數(shù)，vtid為時間響應(yīng)的衰減參數(shù)。綜上分析，構(gòu)建了新能源發(fā)電組網(wǎng)拓?fù)鋬?yōu)化模型，結(jié)合繼電保護和二次諧波參數(shù)融合，在差動電流中通過電力電子變換器的拓?fù)湓O(shè)計，通過短暫的閉鎖差動保護方法，建立單位功率因數(shù)下的新能源發(fā)電組網(wǎng)控制和光伏輸出電流穩(wěn)態(tài)控制模型。

3 應(yīng)用成功案例

電力電子技術(shù)、智能控制技術(shù)和信息通信技術(shù)的不斷發(fā)展，帶動了許多電力新技術(shù)、新設(shè)備的不斷出現(xiàn)，近年來隨著城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造的進行，智能無功補償技術(shù)在各地低壓配電網(wǎng)的公用配變被廣泛應(yīng)用，它集低壓無功補償、綜合配電監(jiān)測、配電臺區(qū)的線損計量、電壓合格率的考核、諧波監(jiān)測等多種功能于一身；同時還充分考慮了與配電自動化系統(tǒng)的結(jié)合。

傳統(tǒng)的低壓無功補償技術(shù)采集單一信號，采用三相電容器，三相共補這種補償方式適用于負(fù)荷主要是三相負(fù)載（電動機）的場合，但假如當(dāng)前的負(fù)載主要為居民用戶，三相負(fù)荷很可能不平衡。那么各相無功需量也不同，采用這種補償方式會在不同程度上出現(xiàn)過補或欠補。投切開關(guān)多采用交流接觸器其缺點是響應(yīng)速度較慢，在投切過程中會對電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊涌流，使用壽命短。無功控制策略控制物理量多為電壓、功率因數(shù)、無功電流，投切方式為：循環(huán)投切、編碼投切。

4 實驗測試及數(shù)據(jù)分析

通過仿真測試驗證本文方法在實現(xiàn)電力電子變換器拓?fù)浼夹g(shù)在新能源發(fā)電組網(wǎng)應(yīng)用中的性能，實驗中設(shè)定電力電子變換器的時間響應(yīng)衰減參數(shù)為0.234，等效阻抗為12 mH，V/F控制的比例系數(shù)為0.103，參數(shù)設(shè)定如表1所示。

表1 參數(shù)設(shè)定

根據(jù)表1的參數(shù)設(shè)定，進行電力電子變換器拓?fù)淇刂圃O(shè)計，得到輸出功率增益如圖1所示。

圖1 輸出功率增益測試

根據(jù)圖1的輸出功率增益測試，進行電力電子變換器拓?fù)淇刂疲玫娇刂凭葘Ρ冉Y(jié)果如表2所示，分析表2得知，本文方法進行電力電子變換器拓?fù)淇刂频木容^高。

表2 數(shù)據(jù)樣本

分析表2得知，本文方法進行電力電子變換器拓?fù)淇刂频木容^高，輸出穩(wěn)定性較好，二次諧波含量降低。

4 結(jié)語

構(gòu)建優(yōu)化的新能源發(fā)電組網(wǎng)控制模型，結(jié)合電力電子變換器以及大量電力電子元件的耦合關(guān)聯(lián)控制技術(shù)，進行新能源發(fā)電組網(wǎng)和拓?fù)湓O(shè)計，提高新能源發(fā)電組網(wǎng)輸出的穩(wěn)定性和抗干擾能力。本文提出基于軟并網(wǎng)和硬并網(wǎng)聯(lián)合設(shè)計的新能源發(fā)電組網(wǎng)方案，以變壓器、發(fā)電機及輸電線路等元件作為差動諧波控制模型，結(jié)合繼電保護和二次諧波參數(shù)融合，實現(xiàn)電力電子變換器拓?fù)淇刂啤y試得知：本文方法進行電力電子變換器拓?fù)淇刂频木容^高。