含主动控制策略的微网电能质量治理研究

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随着世界经济的高速发展,人类社会面临着日益严重的能源危机与污染问题。分布式新能源由于其清洁性与可再生性,在能源革命中拥有着不可替代的分量。微电网是分布式能源利用的主要形式,目前世界各国纷纷围绕新能源开展了微网系统工程的研究。微网相比于公共电网,更加容易受到外部环境等因素的干扰,同时其内部存在的电力电子设备与非线性负荷,都会导致电能质量的劣化。因此,本文基于微电网接口逆变器的控制策略,对含主动控制策略的电能质量治理方法进行了探讨。首先,为了选取合适的滤波器,本文对常用的三种滤波器建模,分析了其传递函数的幅频特性,从各个频段滤波性能方面选定LCL滤波器作为微电网的滤波设备。针对LCL型接口逆变器的控制问题,建立了其在三相静止abc坐标系、两相静止αβ坐标系和两相旋转dq坐标系中的数学模型,得出了接口逆变器的状态方程。在状态方程中引入新的电流控制输出量进行解耦,完成了电流的分开控制,并采用电流内环功率外环实现了接口逆变器恒功率控制,采用电流内环电压外环实现了接口逆变器恒压恒频控制。其次,考虑到参数对于性能指标产生的影响,给出了LCL滤波器的参数整定原则,针对实例设计并校验了LCL滤波器的基本参数。为了削弱LCL滤波器中频段部分产生的谐振峰问题,通过四种被动阻尼策略与主动阻尼策略增加了系统阻尼,同时实现了谐振峰的抑制与高性能的滤波效果。考虑到主动阻尼策略的优越性,提出了结合主动阻尼优化的恒功率电流双内环控制方法,将LCL滤波器的旁路电容电流作为反馈量加入到控制环中,在保证接口逆变器输出恒定功率的同时实现了LCL滤波器的主动阻尼优化控制。接着,作为接口逆变器实现主动治理的研究基础,本文简要介绍了APF的分类与电路拓扑结构,并采用并联型APF作为研究对象。结合APF的各个功能模块,阐述了APF的基本工作原理。针对APF的关键技术谐波提取与电流追踪,分别提出了i_p-i_q提取法和结合重复控制方法的PI调节电流追踪环,实现了快速、精准、稳定地跟踪指令谐波电流分量。考虑到微电网接口逆变器的闲置容量,设计出一种含主动控制策略的微网电能质量治理方法,将负荷电流检测出的谐波分量添加入到接口逆变器输出电流指令控制环中,使接口逆变器充当功率交换装置的同时,对系统中的谐波电能质量问题进行主动补偿。最后,为了对本文提出的治理方法进行检验,利用Matlab/Simulink平台搭建了微电网的仿真模型。对结合主动阻尼优化LCL滤波的微电网控制策略进行仿真,验证了并网状态下主动阻尼优化的LCL滤波器滤波效果优于L滤波器,PI+重复控制跟踪效果优于传统PI控制,离网状态下恒压恒频控制具有良好的内部稳定电压、频率作用。搭建了APF的仿真模型,验证了其检测系统中负荷电流谐波成分,并产生大小相等方向相反的跟踪电流的作用。对含主动控制策略的微网电能质量治理方法进行仿真,验证了接口逆变器对系统中的谐波电能质量问题主动补偿的有效性。
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