分布式发电技术课程论文(2)

补偿指令构造多功能并网逆变器[38]，以及开发无互联的、可自动追踪配网功率分配的逆变器控制器，将构成含分布式发电单元配电网电能质量主动管理的主要内容。逆变装置作为微网的主要构件，其在微网中的大量使用是谐波问题最主要的来源；各种类型间歇式、不稳定微源以及储能装置都需要借助逆变器输出利益群体要求的电能，进而带来更为复杂的谐波问题。依据所采用的电力电子技术不同，逆变器可能产生不同水平的谐波。随着微网渗透率的提高，配电系统的谐波水平也将会上升。另一方面，对于一个谐波水平已经比较高的配电系统，微网中的分布式电源也可能会成为谐波的汇点，导致分布发电设备的损毁。

微网内大量逆变器的使用也为电能质量治理提供了良好条件，考虑其有益作用，由于有源滤波器和基于逆变系统的微网系统具备相同的特征，使得构造供能+滤波系统成为可能。文献[39][40]提出根据并网逆变器和有源滤波器相同的主电路结构，在并网控制算法中加入滤波环节，使之同时具备发电和电力滤波器的功能。文献[41]提出一种光伏并网发电系统，将光伏并网与无功补偿协同设计，构成光伏并网发电功率调节系统，以提高供电品质和减少功率损耗；分析了系统工作模式及瞬时无功检测方法、最大光伏功率跟踪及并网功率的合成控制，并研制了工程样机。文献[42][43]提出一种三相四线制微网系统混合电能质量补偿器，提出的控制方法适用于配置两套逆变系统的微源。该混合电能质量调节器可补偿无功电流、零序电流，实现系统电能质量的改善。这也类似于国内研究较多的统一电能质量调节器，可以实现无功发生器，调相器以及电压调节器等的功能。

在提高逆变器输出电能质量方面，文献[44]介绍的分布式发电单元逆变器控制技术，可以在非线性负荷或是网络失真的情况下，得到低谐波、低失真的输出电压，改善电能质量。文献[36]提出基于同步发电机模型的逆变器控制策略，适用于所有使用逆变器的场合，并且尤其适合微网逆变器的控制。这只是对控制方法一个替换，并不带来额外的硬件开销。这种控制策略应用于微网逆变器控制，采用频率/电压下垂特性调节有功/无功输出，仿真得出此种控制策略具备积极的功率追踪性能。文献[45]对电压型逆变器进行控制，维持输出电压基本恒定，并严格保持其频率水平，提出一种包含电流内环、功率外环以及锁相环三个环节的逆变器控制策略，控制变量全部建立在同步旋转坐标系下，逆变器输出电流作为电流内环反馈量输入，公共连接点电流及电压作为功率外环反馈量输入。文献[46]

实现了逆变电源的并联同步运行，逆变电源之间的环流小。文献[47-48]对400Hz中频逆变器进行了研究，后者在提高频率的同时得到了较好的输出电压波形和较大的输出功率，取得了初步的实验成果，同时还实现了2台1.5kW 的实验样机的并联控制运行。

（3）电能质量控制装备在含分布式发电配电网中的应用研究现状 在被动治理控制方法和装备方面，传统电网中的电能质量治理装备同样可移植到微网中使用。例如配电网电压等级的APF、Dstatcom等同样可应用于微网，在高压等级，高压SVC、混合型有源滤波器HAPF，以及级联多电平技术电能质量调节装置，也可应用于大规模的风电和光伏电站中作为无功补偿和谐波治理的重要装备。值得一提的是，微网本身也可担当一定的电能质量调节任务，与电能质量调节装置配合可起到扬长（功率响应积极，有功无功分别可调）避短（间歇、不稳定）的作用，同时可降低配电网中配置的用户电力装置容量。

（4）分布式发电单元模型及电能质量问题机理研究现状

分布式电源不同于传统电网电源，传统电网可视为无穷大稳定电源，其频率和电压可维持恒定，独立设计的分布式电源和微网由于其较小的规模和多种形式的电源介入，受外界条件影响较大，研究分布式发电模型如风力发电模型、光伏发电模型、微型燃气轮机模型、并网电力电子辅助单元模型等，归纳出各种微源的有功功率变化特性、无功电压特性、频率响应特性、功角稳定特性、故障响应特性，这有助于从根源研究微网电能质量问题的诱因。文献[49]、[48]分析了微型燃汽轮机、风力发电、燃料电池、光伏电池各种分布式电源的特性，建立了相应的动态模型，分布式电源供电分析往往还需考虑不同运行情况下的不确定性。风力、光伏等微源由于受自然条件影响较大，不可避免的带来输出功率不稳定的问题，这是导致微网及含微网配电系统电压波动与闪变的主要因素[49-58]。

此外，在电力系统正常运行方式下，传统供电环节所涉及的三相元件主要有发电机、变压器等，这些设备通常具有良好的对称性，传统电网的相不平衡问题的改善措施也比较成熟，微网包含许多新式能源多为单相电源，也带来整个系统三相不平衡的问题。另外，例如直流注入、电压调整等问题国内外还鲜有研究实例。

（5）运行模式对电能质量问题的影响研究现状

分布式发电系统与微网存在两种运行模式：以微网为例，正常情况下微网与传统配电网并网运行，称为联网模式；当检测到电网故障或电能质量不满足要求时，微网将与配电网断开而独立运行，称为孤岛模式[59]。联网模式下，微网服从配网系统调度，用户可同时利用微网内微源发电和从大电网吸取电能，并能在自身电力充足的时向大电网输送多余电能。文献[29]建立了一个小型实验室微网系统，系统中的分布式电源通过逆变器并入微网。系统以蓄电池为储能装置，并通过双向逆变器并入微网，用以维持微网的暂态功率平衡。当微网联网运行时，以外电网电压和频率为参考，蓄电池双向逆变器、光伏并网逆变器和风机并网逆变器采用恒功率控制；孤岛运行时，双向逆变器的控制策略切换为恒电压、恒频率控制，用以提供微网电压和频率参考，实验结果表明，该系统可以稳定地工作在联网模式和孤岛模式，并可实现二者之间的平滑切换，提高了能量供给的可靠性。文献[30]提出的蓄电池并网逆变器采用功率下垂控制有利于实现微网从并网运行模式向独立运行模式切换时的快速功率平衡，提高了微网的动态响应速度，抑制了由于微型燃气轮机动态响应速度慢引起的电压和频率偏差，这种控制方式是在微型燃气轮机作为频率支撑的微网的有效控制手段。

微网高性能并网逆变器及具备强鲁棒性的控制策略是微网实现平滑模式切换主要手段，研究其控动态响应特性是研究微网并退网电能质量问题的主要着手点。储能装置及必要的用户电力装置是维持微网无功和电压平衡、实现模式平滑切换、降低并退冲击的重要措施。

（6）配网与分布式发电系统交互影响研究现状

在传统配电网中，有功、无功负荷随时间的变化会引起电压波动，线路末端波动较大，如果负荷集中在系统末端附近，电压的波动会更大，传统配电网一般呈辐射状，稳定运行状况下，沿馈线潮流方向，电压逐渐降低，分布式发电系统接入传统电网末端后，由于馈线上的传输功率减小以及微源输出的无功的支持，使得沿馈线的各负荷节点处的电压被抬高[60-64]，分布式发电影响接入点的电压分两种形式：（1）分布式电源与当地的负荷协调运行，即当该负荷变动时微源输出跟随调度做相应调整，此时的分布式发电单元将抑制电压波动；（2）当分布式发电单元与当地负荷不协调运行时，如利用风力、光伏系统等自然资源发电的微网，由于其本身波动较大，较难控制，分布式发电单元接入电网后将不利于当地

电压的稳定。

从配电网角度考虑，大电网对分布式发电单元的主要不利影响是不平衡电压和电压骤降这两个电压质量问题。当大电网失衡严重时，连接微网和大电网的隔离设备会断开，使微网处于孤岛运行状态，避免受到影响。当大电网失衡不严重时，隔离设备不会动作，微网在公共耦合点维持不平衡的电压，如果没有补偿措施，失衡电压可能导致失去电机负荷和敏感装置的不正常运行，将带来微网运行不稳，针对这种现象，文献[65]对含有大量燃料电池和微气轮机的配电网进行了时域仿真，指出可加大阻尼、减小机组间的功角差有助于提高系统稳定性，但文中只考虑了静态的各种组合，未计及市场条件下的动态调度。

（7）分布式发电单元群控技术研究现状

对单个分布式发电单元来讲，现有的风力发电和光伏发电等微源控制策略集中在从这些电源中获取最大功率，即最大功率跟踪控制，这种控制方法只有在分布式发电单元与大电网功率相对而言可以忽略时，才是较好的方法。实际上，任何并网的分布式发电单元带来的功率波动都可以通过大电网发电机的功率控制来得到补偿，特别是当分布式发电单元组成微网后，由于孤岛模式下，主要功率由微源来提供，由于这些分布式发电单元都是“不负责任”的发电端，无法起到大电网发电机功率调节的功能，整个微网体系需要配置较多的储能节点来平衡功率波动，这是很不经济的。如果能将微网逆变电源看做同步机运行将是一个终极的电能质量解决方案。目前来讲，根据CERTS提供的微网控制主要集中在PQ控制和V/f下垂控制，将这些传统的控制策略与新式控制方式进行电能质量对比研究将有极大空间。

对文献[66]提出一种分散式多微网逆变器协同控制系统。指出目前微网技术的挑战是协调多微源逆变系统，使它们提供高电能质量水平的电能，并在非线性负载和不平衡负载工况下控制微网的谐波，短时扰动和不平衡。提出一种分频控制方法，将电压、功率的控制任务通过通信光纤分发发到各逆变器控制单元。

文献[67]描述了一种面向分布式发电单元的能量管理系统，并对其在经济研究领域中作为规划工具的具体应用作了介绍。为实现电力市场环境下分布式发电单元的智能化分布式控制，文献[68-70]介绍了多代理系统技术在分布式发电单元控制中的积极作用。基于C/S架构的多代理分布式发电管理软件，使用客户端在

DG 机组、负荷、能量管理器实现了智能化分布控制，达到微网内DG之间负荷分配最优化和微网同主电网间能量交换的最优化。 3系统结构

光伏系统等微源由于受天气影响，具有天然的波动性，加上最大功率跟踪(MPPT)的需要，其并网逆变器的容量一般都选择的很大。使分布式电源承担更多责任，在有效提供有功功率的同时能发挥其辅助的电能质量功能可充分利用并网逆变器的容量。典型的微网微源并网方式如图2.1所示。

有源滤波器被广泛用于动态抑制谐波和补偿无功，其基本原理是检测负荷电流中的谐波和无功分量，通过逆变器发出与之幅值相等，方向相反的补偿电流用以抵消谐波，达到抬升电网电能质量的目的。图2.1展示了将APF应用于微网中补偿谐波的一个例子。由于光伏逆变系统与有源滤波器有相同的主电路结构[8-12]，本文提出一种有滤波功能的光伏发电系统的拓扑结构如图2.2所示。

光伏发电系统逆变器1微源+-CDLDID?????????STS???IA逆变器2+LO??IL配电网L1??非线性负载-PWMCOAPF

图2.1 微网连接APF示意图

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