基于准比例谐振的光伏微电网谐波控制方法

基于准比例谐振的光伏微电网谐波控制方法

马秋昕

湖北工业大学 湖北 武汉 430070

摘要：近年来，我国的各行各业建设的发展迅速，随着电力电子技术的发展，光伏微电网技术得到快速发展，但非线性负荷等引起谐波对电能质量的影响受到广泛关注。利用电力有源滤波原理，引入准比例谐振控制方法并进行优化，应用于ＬＣＬ滤波输出的光伏微电网。仿真结果表明：提出的方法能够有效抑制谐波，提高电能质量和稳定系统，可实现对系统电能输出需求的快速响应。

关键词：准比例谐振；光伏微电网；谐波控制方法

引言

随着科学技术的进步与时代趋势的发展，对电网运行稳定性的要求日渐提升，微电网应运而生。针对光伏微电网中储能系统平抑功率波动的控制策略研究，国内外学者做了大量工作。在储能系统平抑光伏微电网波动功率的过程中，因各部分储能单元充放电特性不同而引起的波动功率分配问题较为突出。

1光伏智能微电网简介

1.1智能微电网概念

智能微电网包含由分布式电源（风能、光能、水能等清洁能源发电）、储能装置、能量转换装置（含双向变流器等）、用电负荷、监控系统和保护装置等构成的一种小型集发配输用功能为一体的电力系统。智能微电网既和带有负荷的分布式发电系统的有本质性区别，主要表现为其可以高效利用智能电网内不同种类能源，减少供电系统整体投入，优化资源配置，同时可以实现并网与独立运行之间的无缝切换能力，还具相应的黑启动功能。在接入配电网运行中，因其自生具备发电能力、电能储能功能和众多负荷单元它既可以作为一个“虚拟”供电的电源又可以作为用电负荷。

1.2分布式光伏智能微电网

分布式光伏智能微电网是将光伏发电模块作为智能微电网中的分布式电源，在有充足太阳能的情况下，将阳光中蕴含的能量转化为电能，通过自身调控，在控制中心的调配下，将一部分电能直接供给用户侧负载使用，一部分电能以蓄电池作为介质进行存储，富余电量通过上网供给电网。在因无太阳能和太阳能资源不足或负载过大的情况下，光伏发电不足以提供充足电能的情况下，系统将优先从蓄电池输出电能供用户侧使用，或者从电网上输配送电。具备多元化运行模式和自我调节能力的智能微电网，以友好的并网运行策略在解决光伏分布式电源安全可靠并网的同时，还能通过自身功能有效地提高电网抗灾害打击能力，保证其系统内稳定安全的电能供给，实现电力供给高效整合和优质匹配，对内外电网相互间电能功率平衡分配进行优化。

2光伏微电网功率波动问题分析

2.1光伏发电系统的波动性

光伏微电网通过光伏阵列进行发电供能，具有分散性和间歇性的特点。虽然照射到地表的辐射能量大，但能量密度很低；受自然条件的限制和气候因素的影响，到达地表的辐射能量呈现出间歇性。光伏发电系统作为新兴的供能系统，具有独特的输电方式。输出电能时，功率波动幅度较大，导致电网管理设备频繁调节系统功率，降低了微电网系统安全稳定性，电能质量也会因功率的大幅度波动受到严重影响。分析功率波动特性，合理调度光伏源，使其发挥最大效率，降低光伏发电系统并网运行时的风险指数。

2.2负荷单元的波动性

负荷指某一时刻用户通过电力网向电力系统索取电功率的总和，不同类型负荷的工作特性不相同。居民用电负荷整体变化趋势较为稳定，呈现明显的季节特性；商业负荷在节假日用电量激增；工业负荷耗电量与用电方式密切相关，波动性与行业特点紧密相连，大型用电负荷的投切对电网运行稳定性有较大影响；农业负荷主要受季节和气候的影响，农耕灌溉时期，用电量较大，非农耕时间不用电。综上分析可知，用电负荷并非固定的、单一的，对季节、温度、气候等自然因素的影响较为敏感。在1个负荷周期内，用电负荷或增或减，受诸多因素的影响。分析负荷的波动性，精确预测用电负荷，可以更好地保证电力系统安全运行，增加系统的可靠性。

2.3储能系统的波动性

储能系统的种类及形式诸多，在光伏源输出过剩时，吸收过多的电能，充当负荷的角色，起到填充低谷负荷的作用；在光伏源供能不足时，将存储的电能及时释放，充当供给电能的角色，起到削除高峰负荷的作用，弥补光伏源输出的间歇性和波动性。储能系统的充放电过程，及光伏源和负荷的投切过程，将对微电网的功率平衡产生影响。合理配置储能系统，优化充放电的过渡过程，有益于降低微电网对光伏源的依赖性，维持母线电压稳定，减小了负荷的峰谷差。储能系统对光伏微电网输出功率的快速调节过程，是微电网系统中颇为重要的一个环节，尽可能降低储能系统的动作过程对光伏微电网功率平衡的影响。

3准比例谐振控制

处于内环的电流控制系统需要具有良好的无静差跟踪特性，同时还需要具有处理多频率信号的能力，而传统的比例积分控制因具有较大延迟特性而难以满足快速处理的要求。比例谐振控制在频域具有较好的控制稳定性，在逆变电源系统中不仅可以实现对交流输入的无静差控制，同时还能够精确实现电路跟踪和降低谐波失真。但是，理想的比例谐振控制稳定裕度小，因而在实际应用中多使用准ＰＲ控制算法，准谐振控制频率特性曲线在谐振频率处取得最大增益，积分系数越大，增益就越大，显示准比例谐振控制具有良好地滤波抑制和特定频率选择功能。也应注意到，在进行准比例谐振控制器设计时，通常谐振截止频率为一个固定值，忽略了系统本身阻尼特性和带宽选择对控制效果的影响。调节积分系数可以获得较大的增益，但对系统带宽影响极小，而改变截止频率可以得到不同的带宽，因而可以通过选择截止频率来提高系统的稳定性。由于在系统中引入电流比例负反馈，相当于在调制环节加入比例负反馈，间接增加了变流器电阻，从而可以有效提高系统的稳定性。智能微电网的建设规模和装机容量逐步从相对单一、小型化的体系构造向着多种能源相结合的大型化的方向进展。美国最先提出了智能微电网的概念，而在建设微电网示范工程上，日本却超前于世界其他国家，我国的智能微电网技术还在示范阶段发展。智能微网在不久的将来会成为一种市场化的面向用户测的末端电网，研究发展适用于西藏的光伏（或多种形式的新能源互补）智能微电网，将能源、电力、信息以互联网的形势紧密结合在一起。一是在继续推广分布式光伏智能微电网的示范应用的同时，开发研究其他类型的清洁能源（或多种能源互补）的分布式电源；二是加强培养西藏本地智能微电网运维方面的专业技术人才，能够做到及时了解微网运行情况并读懂参数设置，一旦发现微网故障迅速寻求解决的办法；三是相应的配套设中的微小配件备需备份一份，如变流器中的电路板、汇流箱里的断路器，一旦遇到这方面的故障问题，可以减少采购运输时间，有的配件甚至已因某些原因已绝版，及时修复微网系统；四是定期清洁光伏组件。

结语

效地减轻了蓄电池在负载突变时承担的压力，有利于延长蓄电池的寿命，同时在相应控制策略的控制下可以在负荷突变时有效地稳定直流母线电压，保证系统稳定。

参考文献

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