多功能并網(wǎng)逆變器及其微電網(wǎng)應(yīng)用.pdf

1、全球能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題的不斷加劇，激勵(lì)了風(fēng)光等可再生能源并網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展。作為傳統(tǒng)大規(guī)模集中式風(fēng)光電站的重要補(bǔ)充，可再生能源的分布式發(fā)電技術(shù)引起了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。微電網(wǎng)作為一種特殊的分布式發(fā)電系統(tǒng)，是連系電網(wǎng)和可再生能源的重要橋梁和紐帶，可以有效降低可再生能源并網(wǎng)單元對(duì)電網(wǎng)的沖擊，提高供電可靠性和電能質(zhì)量，受到了普遍的青睞。然而，微電網(wǎng)中的并網(wǎng)逆變器大多只能剛性地向電網(wǎng)注入純正弦的基波有功電流，暴露出了諸多技術(shù)局限，難以滿足眾多的新

2、興技術(shù)需求。其中，電能質(zhì)量治理、獨(dú)立自治運(yùn)行、諧波諧振抑制等并網(wǎng)逆變器的輔助服務(wù)需求最受矚目。功能更加多樣、控制更加靈活的多功能并網(wǎng)逆變器成為微電網(wǎng)領(lǐng)域極具創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)性的研究方向之一。
　　本文以微電網(wǎng)中多功能并網(wǎng)逆變器的技術(shù)需求為契機(jī)，系統(tǒng)深入地研究了多功能并網(wǎng)逆變器向微電網(wǎng)提供輔助服務(wù)功能的若干關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，獲得了一些創(chuàng)新性研究成果。
　　1、針對(duì)微電網(wǎng)電能質(zhì)量的主動(dòng)治理，詳細(xì)研究了多功能并網(wǎng)逆變器的“并網(wǎng)發(fā)電與電能質(zhì)

3、量統(tǒng)一控制”技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)微電網(wǎng)內(nèi)無(wú)功、負(fù)序和諧波負(fù)荷電流的補(bǔ)償。
　　一方面，對(duì)于單臺(tái)多功能并網(wǎng)逆變器的電能質(zhì)量?jī)?yōu)化補(bǔ)償控制，提出了微電網(wǎng)電能質(zhì)量綜合評(píng)估的概念，并在此基礎(chǔ)上提出了相應(yīng)的控制策略，利用多功能并網(wǎng)逆變器的功率裕量實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)電能質(zhì)量的定制。針對(duì)三相組式和三相兩電平兩大類多功能并網(wǎng)逆變器，進(jìn)行了詳實(shí)的仿真和實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證了多功能并網(wǎng)逆變器在優(yōu)化地提供電能質(zhì)量治理輔助服務(wù)，以及有目標(biāo)地定制微電網(wǎng)電能質(zhì)量方面的可行性和有效性

4、。
　　另一方面，對(duì)于多臺(tái)多功能并網(wǎng)逆變器之間的電能質(zhì)量協(xié)調(diào)控制，基于電導(dǎo)電納限幅控制和下垂控制，分別提出了兩種微電網(wǎng)諧波和無(wú)功電流的無(wú)互聯(lián)線分?jǐn)偪刂撇呗?，以有效地組織和協(xié)調(diào)微電網(wǎng)內(nèi)相對(duì)分散的多臺(tái)多功能并網(wǎng)逆變器，獨(dú)立自治地參與微電網(wǎng)電能質(zhì)量的治理。嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所提的兩種控制方案在協(xié)調(diào)微電網(wǎng)內(nèi)多臺(tái)多功能并網(wǎng)逆變器，主動(dòng)參與微電網(wǎng)電能質(zhì)量治理方面的正確性和有效性，以及其適應(yīng)微電網(wǎng)“即插即用”、“在線熱插拔”等功能需求的能力。

5、
　　2、針對(duì)微電網(wǎng)并網(wǎng)逆變器的獨(dú)立自治運(yùn)行，重點(diǎn)研究了多功能并網(wǎng)逆變器的“虛擬同步發(fā)電機(jī)”控制技術(shù)，利用多功能并網(wǎng)逆變器模擬傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的同步機(jī)制和搖擺方程，虛擬慣性和阻尼，實(shí)現(xiàn)其對(duì)1Hz級(jí)的搖擺方程等機(jī)電暫態(tài)過(guò)程的控制能力。同時(shí)，還可以模擬同步發(fā)電機(jī)的調(diào)壓和調(diào)頻特性，向電網(wǎng)提供電壓和頻率支撐的輔助服務(wù)。系統(tǒng)地研究了虛擬同步發(fā)電機(jī)控制技術(shù)的數(shù)學(xué)模型，并深入討論了控制器參數(shù)對(duì)虛擬同步發(fā)電機(jī)性能的影響，以及虛擬慣性和阻尼參數(shù)的整定

6、策略。此外，還詳細(xì)闡釋了虛擬同步發(fā)電機(jī)儲(chǔ)能單元的優(yōu)化配置方法。通過(guò)所研究的虛擬同步發(fā)電機(jī)控制策略，可以使得多功能并網(wǎng)逆變器具有更多的柔性，對(duì)電網(wǎng)更加友好。利用仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所提模型和控制方法的正確性和有效性。
　　3、針對(duì)含多臺(tái)并網(wǎng)逆變器的微電網(wǎng)的諧波諧振及抑制，重點(diǎn)研究了多功能并網(wǎng)逆變器的“輸出阻抗重塑”技術(shù)，通過(guò)重塑多功能并網(wǎng)逆變器的輸出阻抗，可以對(duì)微電網(wǎng)幾kHz處的諧波諧振頻率分量加以有效的阻尼。從開(kāi)環(huán)等效電路和閉環(huán)等

7、效電路兩個(gè)角度，詳細(xì)闡釋了微電網(wǎng)中多臺(tái)并網(wǎng)逆變器諧波諧振的機(jī)理，并在此基礎(chǔ)上提出了多功能并網(wǎng)逆變器輸出阻抗重塑的概念，通過(guò)控制多功能并網(wǎng)逆變器輸出阻抗，向微電網(wǎng)注入更多的虛擬電阻分量，從而有效地抑制微電網(wǎng)內(nèi)的諧波諧振。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所提輸出阻抗重塑技術(shù)的可行性和有效性。
　　本文針對(duì)微電網(wǎng)中并網(wǎng)逆變器的電能質(zhì)量治理、獨(dú)立自治運(yùn)行和諧波諧振抑制三大關(guān)鍵技術(shù)需求，分別從針對(duì)諧波負(fù)荷電流的“并網(wǎng)發(fā)電與電能質(zhì)量統(tǒng)一控制”技術(shù)、針對(duì)幾