三沙基于并网逆变器的弱电网谐波补偿控制策略研究

　　（1.山东大学电网智能化调度与控制教育部重点。该系统包括产生谐波电流的非线性负载和具有谐波补偿功能的分布式电源，两者在PCC处与电网相连。

　　2.1PCC电压计算所示为分布式发电系统和交流电网的单线结构图。图中，厶为分布式发电系统到PCC处线路阻抗，Ze为交流电网等效阻抗。在弱电网中线路阻抗不能忽略，因此，随着PCC处非线性负载产生的谐波电流的传输，将使PCC处的电压产生畸变，造成供电电能质量下降，从而对电力用户用电设备和电网正常运行产生不利影响。为了抑制PCC处电压畸变，分布式发电系统需要PCC处电压信息作为重要参数实现谐波补偿。相对于在PCC处额外安装测量装置来获得控制信号的传统控制方法，本控制策略利用分布式发电系统的输出端检测到的电压和电流数据，结合电网网络方程，提出了间接计算PCC电压畸变并实现PCC电压谐波和电网电流谐波补偿的控制策略。结合，PCC处电压可由公式（1）间接计算获得-逆变器输出电压，Vl-线路阻抗上的电压。

　　其中，Vl可以根据线路阻抗Zl和逆变器输出电流圮计算得到。

　　逆变器输出电压和逆变器输出电流即包含基波分量也包含谐波分量。因此，公式（1）作可进一步表示为通过公式（2）可以利用本地信息间接计算PCC处电压并提供给DG进行实时谐波控制，并且避免了在PCC处额外安装测量装置。

　　2.2锁相环由于本文所提控制策略是在d-q坐标系下实现的，因此对于交流电压幅值和相角的能否准确获取将直接影响控制效果。为了准确获得以上控制参数，本文采用基于同步坐标系的锁相环（synchronous通过派克变换，将瞬时三相电压转换为d-q坐标系下的v，和心分量。对于v，分量，采用低通滤波器将谐波滤除得到直流分量。该d-q坐标下的直流分量为基波电压幅值Vpcc.对于V分量，将相位作为反馈，通过控制将V，分量控制为0.SRF-PLL是将电网额定角频率作为前馈量加入到控制回路中，因此需经过积分以获得派克变换踪，其控制逻辑如所示。其中，d轴分量的值为锁相环所得基波电压幅值；考虑到并网功率因数的因素，q轴分量值可以设为0，因此谐波电压可表示为分量；Vpcc」、Vpcc」分别是PCC处电压d轴和q轴分量；vpcc是PCC电压基波电压幅值。

　　电压外环利用比例和并联谐振控制（Proportional+Resonant，PR）实现对PCC谐波电压的快速跟踪，其传递函数可表示为灸-选择的dq坐标系下更高补偿谐波次数，-电压环谐振系数，-额定角频率。

　　分布式发电系统注入电网的三相瞬时电流也需通过派克变换转换为d-q坐标系下的d轴和q轴分量。分布式发电系统注入电网有功电流的指令通过更大功率跟踪和电网能量管理中心获得。结合电压控制环的输出，电流控制环的电流可表示为结合公式（3）、（4）和（5），s域电流环电流可进一步推导为电流控制环采用比例积分（Proportional-Int-egral，PI）控制和并联谐振控制（Resonant，R）相结合的控制方法。其中，PI控制主要用来调节直流分量，并联R控制器主要用来调节补偿谐波分量，其传递函数为需要的电压相角0 2.2基于PCC电压计算的控制策略结合SRF-PLL提供的相角信息，利用派克变换Tis n=1将计算所得的三相PCC瞬时电压转换为d-q坐标系下的d轴和q轴分量。电压控制环分别对d轴和q轴分量进行控制实现对要补偿谐波电压的有效跟T-积分时间常数，-电流环谐振系数，额定角频率。

　　由于在弱电网中线路阻抗不能忽略，LC滤波器和线路中的电感形成了LCL滤波器，在特定的频率上容易引起谐振，造成系统不稳定。为了抑制谐振，在电容支路中串联阻尼阻抗Ad，如所示。为了更好的体现系统的稳定性，将系统中起到阻尼作用的电感和线路的等效电阻忽略，其传递函数框图如所示。图中，三相桥式逆变电路由F/2的系数代替，则传递函数可表示为按照表1所列参数，公式（8）波特图如所示。由可以看出，系统具有足够的裕度满足系分类参数数值电网相电压Vg110V交流电网电网频率/g50Hz电网等效电阻Rg0.02Q电网等效电感Lg2mH开关频率/s12.5kHzDG逆变器死区时间1s直流链电压400V滤波电感Lf5mHLC滤波器滤波电容Cf1F阻尼阻抗Rd30QDG线路阻抗等效电阻Rl0.0m等效电感Ll1mH三相整流桥——非线性负载网侧滤波电感L/2mH负载电容C/550F负载电阻R/50Q控制逻辑框图为验证上述控制策略的有效性和适用性，在Matlab环境下建立了如所示的弱电网模型。如所示，仿真系统包括交流电网、分布式发电系统和非线性负载。其中，分布式发电系统经LC滤波器后通过线路与非线性负载连接到交流电网PCC处。仿真系统的具体参数列于表1.仿真系统中，DG注入电网有功电流值设置为2A.当DG运行在仅向电网注入有功功率不进（c）0么-5二时间/s谐波补偿前波形谐波补偿后波形PCC电压谐波分析谐波次数电网电流谐波分析行谐波补偿模式时，PCC电压和电网电流波形图如所示。由图可以看出，PCC电压和电网电流都出现了畸变，其中THDDTHDZ分别为4.87%和53.63%.当DG运行在同时进行有功功率注入和谐波补偿模式时，PCC电压和电网电流谐波得到补偿，如所示。为进一步分析补偿情况，对两种模式下PCC电压和电网电流进行谐波分析，如和所示。由图可以看出，THDDTHD，分别为下降到2.12%和3.48%，PCC电压和电网电流畸变都得到了有效抑制。

　　4结论本文提出一种基于分布式发电系统并网逆变器的谐波补偿控制策略，通过控制分布式发电系统可以实现既向电网注入有功功率又能补偿弱电网谐波的双重功能。本控制策略利用分布式发电系统逆变器出口电压和电流信息间接计算PCC处电压畸变，并采用电压外环和电流内环双闭环控制实现对PCC处电压和电网电流的谐波补偿，同时节省了在PCC处安装额外电压或电流测量装置的设备投资。基于Matlab的仿真结果验证了所提控制策略的有效性。