一種微電網(wǎng)背景下的新型電能質(zhì)量調節器

摘要：針對微電網(wǎng)中的電能質(zhì)量治理問(wèn)題，提出一種用于改善電能質(zhì)量的補償裝置設計方案。它在原有混合型有源電力濾波器(HAPF)基礎上增加了分布式電源及儲能元件，采用一種改進(jìn)型id-iq復合指令電流檢測及合成實(shí)現方法，較好地實(shí)現了一機多能的要求。該裝置在有效解決微電網(wǎng)諧波和無(wú)功電流補償的同時(shí)，也能較好地實(shí)現分布式電源并網(wǎng)發(fā)電功能，最大程度節約了治理成本。仿真與實(shí)驗運行數據表明，該設計方案有效、可靠。
關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)；調節器；電能質(zhì)量；有源電力濾波器

1 引言
隨著(zhù)微電網(wǎng)在電網(wǎng)系統滲透率的不斷提高，電網(wǎng)將面臨由分布式電源及非線(xiàn)性負載所引起的電能質(zhì)量問(wèn)題。改善電能質(zhì)量的工程應用中，并聯(lián)HAPF有著(zhù)廣泛應用。由于非線(xiàn)性負載的時(shí)變特性，HAPF常處于低功率工作狀態(tài)。另外微電網(wǎng)中分布式電源具有極強的間歇性和隨機性，導致逆變器輸出容量浪費。近年來(lái)，開(kāi)發(fā)微電源并網(wǎng)逆變器的剩余容量來(lái)改善電網(wǎng)電能質(zhì)量的問(wèn)題開(kāi)始得到關(guān)注。在此提出一種微電網(wǎng)電能質(zhì)量調節器的設計方案，實(shí)現了多功能化。采用一種改進(jìn)型id-iq復合指令電流檢測及合成實(shí)現方法，實(shí)驗運行數據表明，提出的設計思路與方案可行。

2 新型電能質(zhì)量調節器設計與原理
2．1 微電網(wǎng)新型電能質(zhì)量調節器拓撲結構
在HAPF系統中，當直流側電壓超出給定值時(shí)，APF將通過(guò)并網(wǎng)逆變器向電網(wǎng)注入有功電能來(lái)降低直流側的電壓，意即可通過(guò)提高APF直流側的電壓，來(lái)實(shí)現把直流側電能以有功電能形式注入電網(wǎng)的目標．這也是在微電網(wǎng)HAPF系統上實(shí)現分布式電源并網(wǎng)發(fā)電的理論基礎。微電網(wǎng)新型電能質(zhì)量調節器HAPF的拓撲結構如圖1所示。

該拓撲由并網(wǎng)逆變器及其控制單元、無(wú)源濾波器(PPF)組、微電網(wǎng)分布式電源及儲能單元組成。并網(wǎng)逆變器直流側與儲能單元及分布式電源相連，交流側通過(guò)電抗和電力電容器與電網(wǎng)相連，電抗和電力電容器將調諧至某固定次諧波，構成單調諧無(wú)源LC濾波器，其中，原有APF逆變器交流側輸出濾波電感被包含在單調諧無(wú)源LC濾波器電感中。與常規并聯(lián)APF比較可見(jiàn)，僅增加了一個(gè)調諧電容器，既保持了最簡(jiǎn)單的結構，又具有混合補償裝置的諸多優(yōu)點(diǎn)。并且，當并網(wǎng)逆變器因故障而不得已旁路后，由于單調諧無(wú)源LC濾波器的存在，裝置仍可起到一定的濾波作用。
當裝置工作時(shí)，電網(wǎng)基波電壓均施加在并網(wǎng)逆變器交流側電力電容器上，最大限度地降低APF逆變器的容量，同時(shí)PPF組裝設在負載側實(shí)現就地補償，APF中直流側電壓遠低于電網(wǎng)基波電壓，分布式電源可與并網(wǎng)逆變器直接相連而不再需要升壓變換電路，提高了分布式電源并網(wǎng)發(fā)電的效率，降低了成本。
2．2 微電網(wǎng)新型HAPF工作原理
圖2示出微電網(wǎng)新型HAPF單相等效電路。其中直流側帶微電網(wǎng)分布式電源和儲能單元的并網(wǎng)逆變器被等效為一個(gè)理想的受控電壓源uDG，電網(wǎng)中非線(xiàn)性負載可被等效為一個(gè)理想的電流源。