并、串聯(lián)補(bǔ)償在分布式發(fā)電系統(tǒng)中的運(yùn)用

摘 ?要：隨著分布式發(fā)電在電力系統(tǒng)中的占比不斷增大，分布式發(fā)電在生產(chǎn)生活中的作用也愈發(fā)重要。由于分布式發(fā)電發(fā)展快、并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)不一，為此存在電壓不穩(wěn)定、諧波量較大、穿越能力不強(qiáng)等不利因素，這些因素會(huì)影響電力系統(tǒng)供電質(zhì)量及分布式發(fā)電的使用效率。串聯(lián)補(bǔ)償對(duì)電壓穩(wěn)定性有明顯效果，并聯(lián)補(bǔ)償則對(duì)系統(tǒng)的電流、諧波及負(fù)載適應(yīng)性有積極作用。文章對(duì)并、串聯(lián)補(bǔ)償在分布式發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用及仿真進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。

關(guān)鍵詞：串聯(lián)補(bǔ)償;并聯(lián)補(bǔ)償;分布式發(fā)電

中圖分類(lèi)號(hào)：TN713+.8 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2096-4706（2021）24-0035-06

Abstract： With the increasing proportion of distributed power generation in power system， the role of distributed power generation in production and life is becoming more and more important. Due to the rapid development of distributed power generation and different grid connection standards， there are adverse factors such as unstable voltage， large amount of harmonic wave and weak ride through capacity， which will affect the power supply quality of power system and the use efficiency of distributed power generation. Series compensation has obvious effect on voltage stability， while parallel compensation plays a positive role in current， harmonic wave and load adaptability of the system. This paper introduces the application and simulation of parallel and series compensation in distributed power generation system in detail.

Keywords： series compensation; parallel compensation; distributed power generation

0 ?引 ?言

隨著分布式發(fā)電的迅速發(fā)展，其已在全世界范圍內(nèi)普及，成為家喻戶(hù)曉一種發(fā)電形式。也正是由于推廣速度之快捷，使得其固有的一些問(wèn)題還處于重要的研究和改善階段，如電網(wǎng)中運(yùn)用并、串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)電壓穩(wěn)定、電流平衡、諧波治理等多方面改善優(yōu)化研究[1-3]，以及并、串聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的使用研究[4，5]，都取得了不錯(cuò)的成效。但對(duì)于并、串聯(lián)聯(lián)合使用的研究還存在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)煩瑣、模塊分立、轉(zhuǎn)換效率低等方面的問(wèn)題，本文將對(duì)并、串聯(lián)補(bǔ)償在分布式發(fā)電中的應(yīng)用和模型仿真做詳細(xì)闡述。

1 ?串聯(lián)補(bǔ)償在分布式發(fā)電中的應(yīng)用及仿真

由于本文研究的是以分布式發(fā)電為基礎(chǔ)的補(bǔ)償系統(tǒng)，這里以變耦式串補(bǔ)為例進(jìn)行分析。對(duì)于三相系統(tǒng)而言，主要由兩個(gè)串聯(lián)互感器BT1和BT2組成，其中BT1的主要作用是實(shí)現(xiàn)對(duì)被補(bǔ)償電壓數(shù)據(jù)的采集和變換，BT2則是實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓的補(bǔ)償，而隨著電壓變化則可以通過(guò)分布式發(fā)電能源的分配來(lái)實(shí)現(xiàn)，其原理結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

由結(jié)構(gòu)原理圖進(jìn)行等效代換可以得出其等效原理圖，設(shè)定互感器BT1和BT2的互感系數(shù)分別為k1和k2，則中間互感器系數(shù)可以表示為，由三相電路的平衡性可知，單相變化規(guī)律滿(mǎn)足三相變化情況，只是相角之間相差120°，因此可以得出單相等值電路等效圖，如圖2所示，下面對(duì)等值電路進(jìn)行分析。

2 ?有源串聯(lián)補(bǔ)償模型及分析

2.1 ?有源串聯(lián)補(bǔ)償

目前有源串聯(lián)補(bǔ)償?shù)姆绞酵ǔＳ袃煞N：（1）基于諧波電流檢測(cè)的電壓補(bǔ)償模式。（2）基于諧波電壓檢測(cè)的電壓補(bǔ)償模式。兩種方式本質(zhì)上是通過(guò)電容本身的容抗特性與線(xiàn)路中的感抗相互作用，來(lái)抑制諧波，這樣既可以使線(xiàn)路的總電抗降低（使得線(xiàn)路的總體電壓損耗減?。部梢宰柚闺娋W(wǎng)與電阻之間產(chǎn)生諧振，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。有源串聯(lián)補(bǔ)償在對(duì)系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償、防止電壓瞬變以及三相不平衡方面有著良好的效果[6]。有源串聯(lián)補(bǔ)償拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

2.2 ?分布式有源串聯(lián)補(bǔ)償模型

該系統(tǒng)以電網(wǎng)及分布式發(fā)電系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過(guò)電源調(diào)節(jié)器對(duì)分布式發(fā)電電源進(jìn)行分配，實(shí)現(xiàn)電壓大小及相位的調(diào)節(jié)，減小線(xiàn)路總阻抗，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的無(wú)功功率補(bǔ)償，這樣既可以實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)功功率的瞬時(shí)補(bǔ)償，同時(shí)多余的電量也可以輸入電網(wǎng)，既提高了電能質(zhì)量，也提高了分布式發(fā)電的使用率，圖4為分布式有源串聯(lián)補(bǔ)償模型示意圖。

2.3 ?有源串聯(lián)補(bǔ)償仿真

為真實(shí)反映日常生產(chǎn)生活情況，本系統(tǒng)以配電網(wǎng)為例，設(shè)系統(tǒng)初始狀態(tài)為三相不平衡過(guò)電壓狀態(tài)，且三相電源波動(dòng)范圍在1.1～1.3 pu之間，分布式發(fā)電通過(guò)能源管理器對(duì)系統(tǒng)供電的同時(shí)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行電壓補(bǔ)償。根據(jù)圖4分布式有源串聯(lián)補(bǔ)償模型及電力系統(tǒng)和分布式發(fā)電特性，在MATLAB中，simulink系統(tǒng)可以構(gòu)建出有源串聯(lián)補(bǔ)償仿真模型，如圖5所示。

系統(tǒng)以電源三相不平衡調(diào)節(jié)為基礎(chǔ)，且三相過(guò)電壓情況不同，變化范圍在1.1～1.3 pu之間，通過(guò)仿真可以發(fā)現(xiàn)，即使系統(tǒng)初始狀態(tài)三相電壓變化各異，但通過(guò)串聯(lián)補(bǔ)償后系統(tǒng)電壓都呈穩(wěn)態(tài)變化，且三相電壓相等，均為311 V。補(bǔ)償過(guò)程系統(tǒng)電壓變化情況如圖6所示。

串聯(lián)補(bǔ)償后，負(fù)載電壓變化平穩(wěn)，符合電壓變化規(guī)律，且幅值基本無(wú)誤差，系統(tǒng)負(fù)載電壓變化情況如圖7所示。

串聯(lián)補(bǔ)償后負(fù)載電流存在諧波影響，呈波動(dòng)變化，負(fù)載電流變化情況如圖8所示。

圖6為電網(wǎng)電壓變化過(guò)程，在開(kāi)始的0.1秒內(nèi)，三相電壓呈不平衡過(guò)電壓變化，而進(jìn)行補(bǔ)償后，如圖7所示，電壓呈穩(wěn)態(tài)變化，且峰值保持311 V不變，說(shuō)明該系統(tǒng)在串聯(lián)補(bǔ)償過(guò)程中對(duì)電壓的補(bǔ)償效果良好。但從圖8負(fù)載電流情況來(lái)看，依然存在諧波影響，對(duì)電流補(bǔ)償效果欠佳。

3 ?并聯(lián)有源補(bǔ)償分析及仿真

3.1 ?并聯(lián)有源濾波基本原理

并聯(lián)有源濾波過(guò)程原理主要是通過(guò)電流信號(hào)檢測(cè)及調(diào)制，產(chǎn)生一個(gè)與負(fù)載諧波大小相等、方向相反的補(bǔ)償電流，并與電源側(cè)電流疊加，最終形成穩(wěn)定的正弦波電流。其原理圖如圖9所示。

而要實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的補(bǔ)償，首先要采集諧波電流，然后對(duì)諧波電流進(jìn)行分析，再擬定補(bǔ)償策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)電流及無(wú)功的補(bǔ)償。

3.2 ?并聯(lián)有源補(bǔ)償模型分析

以三相并聯(lián)有源補(bǔ)償系統(tǒng)為例，參見(jiàn)如圖10所示的系統(tǒng)原理圖，其中e為電源;R為電源側(cè)等效電阻;L為有源濾波交流電感;C為有源濾波電容;is、il、ic分別為電源電流、負(fù)載電流及補(bǔ)償電流;Vdc為有源濾波直流電壓;C0為高頻濾波電容，其值一般較小，主要起高頻信號(hào)過(guò)濾作用，對(duì)補(bǔ)償系統(tǒng)影響不大。因此，對(duì)于三相對(duì)稱(chēng)系統(tǒng)則有：

3.3 ?ip-iq控制策略

三相電路各相電壓和電流的瞬時(shí)值分別為Va、Vb、Vc和ia、ib、ic，將其通過(guò)坐標(biāo)變換變換到α-β兩相正交的坐標(biāo)系，得到兩相瞬時(shí)電壓Vα、Vβ和lα、lβ，具體變換情況為[6]：

3.4 ?并聯(lián)有源濾波仿真及分析

以分布式發(fā)電并聯(lián)有源補(bǔ)償為例，如圖12所示?；具^(guò)程為：首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集的數(shù)據(jù)經(jīng)ip-iq轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)反饋給能源管理器，能量管理器根據(jù)需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償，其余的電流電壓以電能的形式輸入電網(wǎng)。根據(jù)分布式發(fā)電并聯(lián)有源補(bǔ)償模型，再結(jié)合電力系統(tǒng)及分布式發(fā)電特性，在MATLAB simulink中確立并聯(lián)有源濾波仿真模型，如圖13所示。

由仿真過(guò)程信號(hào)跟蹤情況可知，整個(gè)過(guò)程除突變瞬間出現(xiàn)信號(hào)跟蹤失真外，其他時(shí)間段的信號(hào)情況都很好，如圖14所示。

由圖14、圖15、圖16可知，除系統(tǒng)電壓發(fā)生突變瞬間系統(tǒng)信號(hào)突變外，其余時(shí)間信號(hào)正常，通過(guò)對(duì)電流前后變化對(duì)比可以得出，并聯(lián)有源濾波后，系統(tǒng)的電流呈正弦變化，且諧波分量小，但電壓存在突變現(xiàn)象。

電壓諧波量，其變化情況整體上比較平穩(wěn)，如圖15所示。

圖16顯示了濾波后電流電壓變化情況，電壓在突變瞬間，呈現(xiàn)明顯增值;濾波后電流呈正弦波形變化。

4 ?結(jié) ?論

以分布式電源并、串聯(lián)補(bǔ)償為例，充分分析了并、串聯(lián)過(guò)程中串聯(lián)補(bǔ)償電壓、并聯(lián)補(bǔ)償電流原理及其仿真效果，可以得出串聯(lián)補(bǔ)償對(duì)電壓補(bǔ)償效果良好，仿真可以達(dá)到無(wú)誤差程度。并聯(lián)有源濾波對(duì)電流的補(bǔ)償效果較好，但依然存在諧波量，主要反映出兩方面問(wèn)題：一是參數(shù)配置方面還存在優(yōu)化的可能;二是可以通過(guò)組建環(huán)網(wǎng)的形式加以修正。因此，對(duì)于分布式電源接入系統(tǒng)，通過(guò)自身電流電壓對(duì)系統(tǒng)的補(bǔ)償而言是可行的，同時(shí)也大大提高了系統(tǒng)的電能質(zhì)量及分布式電源的穿越能力。

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作者簡(jiǎn)介：吳坤華（1982—），男，漢族，江西上饒人，講師，碩士研究生，研究方向：電力工程、新能源發(fā)電。