【正文】 效阻抗上負載電流產(chǎn)生的壓降，由由和組成。與正交，與的相位一致。 沒有無功補償時的矢量圖從沒有無功補償?shù)氖噶繄D可以看出，負載電流與公共連接點電壓相關。當、之間的相角差比較小時，很小，可以忽略，因此有 （）考慮實際情況下，有： （） 有無功補償時的矢量圖，從圖上可知，可以控制無功補償裝置的輸出電流，使在幅值上與相等，即。這樣便可以調(diào)節(jié)公共連接點上的電壓。一般只要接入點的電壓可以維持在一個額定值，并不一定要與電源電壓相等，即，此時補償器所吸收無功功率 （）即一臺無功容量為的無功補償器，可以調(diào)節(jié)的系統(tǒng)電壓范圍為 （）綜上所述，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中加裝無功補償裝置，通過調(diào)節(jié)無功容量，就可以調(diào)節(jié)公共連接點的電壓，使其維持在一個額定值。由此可見，配置電能質(zhì)量裝置可以保持無功平衡，維持電壓穩(wěn)定。 光伏發(fā)電系統(tǒng)與SVC的優(yōu)化配置及其交互影響近年來，靜止無功補償裝置SVC廣泛應用于大容量集中式光伏電站進行電壓調(diào)整和無功補償，并且取得了較好的效果[31]。如赤峰龍源孫家營風電場、華電山西魯風電場等?？紤]到光伏發(fā)電的功率輸出波動大，將SVC應用于高滲透率光伏發(fā)電系統(tǒng)，需要提高SVC的控制精度和速度。又因為本地非線性負載會產(chǎn)生諧波污染，晶閘管控制電抗器TCR也會產(chǎn)生可觀的諧波，只依靠SVC來控制諧波難以達到理想效果。 配置SVC的高品質(zhì)光伏發(fā)電裝置的基本結(jié)構(gòu) 單相等效電路逆變型光伏電源和FC+TCR型SVC組成了配置SVC的高品質(zhì)光伏發(fā)電裝置。從圖中可以看出，SVC中的單調(diào)諧的無源濾波器PPF靠近電網(wǎng)，TCR靠近負載，可降低PPF與電網(wǎng)阻抗的諧振點對帶濾波功能的并網(wǎng)逆變器控制穩(wěn)定性的影響[32]。單調(diào)諧的無源濾波器是在SVC電容器上串聯(lián)電抗器構(gòu)成，提供有級差的無功功率。光伏發(fā)電系統(tǒng)中，功率輸出變化快，SVC傳統(tǒng)的PI控制器難以適應，為了提高SVC在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的控制精度和速度，將遞推積分算法應用于SVC中以提高其電壓跟蹤能力。光伏并網(wǎng)逆變器具有和APF相同的拓撲結(jié)構(gòu)[33]，本文選擇功率控制即PQ控制作為分布式光伏發(fā)電的控制方式。在并網(wǎng)模式下，可以在并網(wǎng)逆變器添加濾波設計，使其同時具有補償諧波的功能[34]。由于PQ控制有電流內(nèi)環(huán)設計，電流內(nèi)環(huán)控制器的輸入信號有檢測到的SVC接入點的諧波信號和本地負載的信號疊加而成，并使逆變器按照PQ設定的指令供電的同時發(fā)出諧波補償電流，消除SVC和本地負載產(chǎn)生的諧波，彌補SVC的不足。由此可見，添加濾波功能的并網(wǎng)逆變器和SVC聯(lián)合運行，不僅可以補償TCR及負載產(chǎn)生的諧波，還可以抑制接入點處的電壓波動，光伏發(fā)電并網(wǎng)的電能質(zhì)量能有效得到提到，從而達到高品質(zhì)供能的目的。 SVC遞推積分PI控制器 在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，受到光伏電源功率波動、負載變動、SVC電容器投切等影響，電網(wǎng)電壓是波動的。由于SVC的TCR具有較強的非線性，使得調(diào)節(jié)過程產(chǎn)生較大的波動，然而，使用傳統(tǒng)PI控制器是，其比例、積分參數(shù)在整個調(diào)節(jié)過程中維持設定值，不能實時變化。影響了SVC的跟蹤速度，控制器就很難滿足快速跟蹤和抑制擾動的需要。將遞推積分的PI算法應用于靜止的無功補償器中[35]，對控制器參數(shù)Kp、Ki進行實時的整定，可提高SVC動態(tài)響應的速度，保持光伏發(fā)電系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定。 遞推積分PI控制器，電壓設定值與SVC的補償電壓VSL和電網(wǎng)電壓Vrms的差值Ve作為遞推積分PI控制器的輸入量，電網(wǎng)電壓Vrms作為控制的反饋量。對誤差Ve進行最優(yōu)遞推積分PI控制算法，通過計算得到晶閘管控制相應的觸發(fā)脈沖，通過觸發(fā)電路控制TCR的運行狀態(tài)，保持光伏發(fā)電系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定[36,37]。傳統(tǒng)PI算法對每個采樣點進行積分，定義控制器的輸出為V，控制器的輸入為Ve， Ki為積分常數(shù)，Kp為比例增益。式()為傳統(tǒng)PI算法，一個周期的采樣數(shù)為N，采樣時刻為K： ()根據(jù)電壓具有周期量的特點，本文提出對K、KN、K2N、…、KCN時刻的電壓值進行積分的遞推積分PI算法，如式 ()所示： ()式中，為簡化計算式()可以改寫為 ()式()減式()即可得： ()式()就是遞推積分PI算法的數(shù)學表達。式()為保證SVC電壓調(diào)節(jié)器的輸入Ve瞬態(tài)響應超調(diào)較小的目標函數(shù)。 ()設定為給定的正的誤差值，尋優(yōu)的最大值點，尋優(yōu)的最小值點，式()為其收斂準則。通過該準則可以得到維持電壓穩(wěn)定的最優(yōu)的比例、積分參數(shù)值。 () 仿真驗證使用PSIM軟件對配置SVC和帶濾波功能的并網(wǎng)逆變器的光伏發(fā)電系統(tǒng)進行仿真研究。 仿真參數(shù)系統(tǒng)參數(shù)R/WL/mHC/mF電網(wǎng)等效阻抗負載Ra=Rb=Rc=La=Lb=Lc=SVC(TCR)SVC(FC)R2=R5=R7=RH=L2=L5=L7=LH=C2=C5=C7=25CH=19輸出濾波器R0=L0=2(a)采用傳統(tǒng)的PI控制算法，并網(wǎng)逆變器不具備諧波補償功能。從仿真結(jié)果可以看出，SVC可較快的抑制網(wǎng)側(cè)電壓的波動，但是TCR在調(diào)節(jié)過程中產(chǎn)生諧波污染，使得電壓波形仍然不令人滿意。(b)中，為了使電壓波形的畸變更加嚴重，增加了非線性負載。SVC采用優(yōu)化遞推積分控制，并且并網(wǎng)逆變器采用濾波設計。從仿真結(jié)果可以看出，配置SVC的光伏發(fā)電系統(tǒng)能快速抑制電壓波動，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)PI控制下的效果。同時TCR和非線性負載產(chǎn)生的諧波被具有濾波功能的逆變器濾除，網(wǎng)側(cè)電壓波形平滑。（a）傳統(tǒng)PI控制下SVC補償效果（b）優(yōu)化遞推積分PI控制SVC和濾波設計并網(wǎng)逆變器聯(lián)合控制下補償效果 仿真結(jié)果由此可見，在優(yōu)化遞推積分PI控制SVC和具有濾波功能的并網(wǎng)逆變器聯(lián)合控制下，系統(tǒng)具有更優(yōu)良的穩(wěn)定電壓能力和無功補償能力。 DSTATCOM 與光伏發(fā)電的聯(lián)合控制系統(tǒng)光伏發(fā)電并網(wǎng)運行時，考慮到光伏微源有一定的無功儲備，通過控制可以進行無功補償[38,39]。但由于其逆變電路和控制電路的鉗制作用，當電網(wǎng)發(fā)生擾動時，光伏電源不能提供瞬間的電壓支撐[40]。DSTATCOM能快速連續(xù)的進行無功調(diào)節(jié)，但其成本高，難以做到大容量運用[41]。針對兩者的優(yōu)缺點，本文提出一種DSTATCOM與光伏發(fā)電的聯(lián)合控制系統(tǒng)，由光伏微源提供大容量分級的無功調(diào)節(jié)，DSTATCOM進行小容量連續(xù)的無功調(diào)節(jié)，從而使得光伏微源承擔更多的責任，并進一步提高供電質(zhì)量。 系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)及無功補償原理。 聯(lián)合系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)給光伏設定提供的無功功率是分級的，在不超過其額定輸出的前提下，可通過控制給系統(tǒng)提供較大容量的無功功率，因此稱為系統(tǒng)的離散子系統(tǒng)。掛接在公共連接點PCC上的DSTATCOM提供較小容量的連續(xù)的無功功率抑制電壓波動，稱為連續(xù)子系統(tǒng)。 聯(lián)合系統(tǒng)補償容量原理圖。圖中，橫坐標表示通過控制，光伏所投的無功量的級數(shù)，縱坐標表示無功補償電流。其補償原理是，當系統(tǒng)所需的無功在n級和n+1級之間時，在不超過光伏額定輸出的條件下，可按n級無功功率調(diào)度微網(wǎng)，進行粗調(diào)。再由DSTATCOM補償小容量無功，進行微調(diào)。從而使得該聯(lián)合系統(tǒng)能對無功進行無極連續(xù)補償。從圖中可以看出，配置DSTATCOM的光伏發(fā)電系統(tǒng)可以做到在最大容性無功和最大感性無功之間連續(xù)可調(diào)。 聯(lián)合系統(tǒng)的控制方法對于該協(xié)同控制系統(tǒng)來說，既含有連續(xù)子系統(tǒng)，同時包含離散子系統(tǒng)，它們之間相互作用，對兩者的動態(tài)性能也帶來影響，再加上光伏微源和DSTATCOM的響應時間不同，因此，控制方法也相對較為復雜?；谂渲肈STATCOM的光伏發(fā)電系統(tǒng)，本文提出一種基于專家決策的混雜控制方法，它利用決策信息，能較好的協(xié)調(diào)兩者之間的運行，使其具有良好的控制效果。 聯(lián)合系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖，系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上分成了三層：決策處理級，智能控制級和執(zhí)行級。決策級采用專家推理將搜集到的信息進行處理后為下一級提供指令，對系統(tǒng)的正常運行起決定性的作用。無功智能級包含光伏控制器和DSTATCOM控制器，在受到?jīng)Q策級的指令后，調(diào)整控制器參數(shù)，使得執(zhí)行級的光伏微網(wǎng)和DSTATCOM輸出無功補償電流。配置DSTATCOM的光伏發(fā)電系統(tǒng)首先檢測出電網(wǎng)中所需補償?shù)臒o功量，由決策處理級判斷，從而得到光伏微網(wǎng)和DSTATCOM分別需要提供的無功容量。然后光伏微網(wǎng)控制器采用PQ控制策略來使光伏微網(wǎng)提供分級的無功功率，模糊PI解耦控制其產(chǎn)生PWM信號來控制DSTATCOM的輸出無功容量。假設，某時刻光伏已投入的無功量對應的級數(shù)為n，而應投入的級數(shù)的參考值為k，p為還應該投入的無功級數(shù)。并且假設在不超過光伏額定輸出的條件下，光伏微網(wǎng)共有m級的無功量可以調(diào)度。以表示光伏提供的無功電流，表示DSTATCOM的實時無功電流，其正負分別代表容性和感性。級數(shù)增減以參數(shù)的正負來表示。專家推理規(guī)則如下：規(guī)則 1：如果 并且 并且 得；規(guī)則 2：如果 并且 并且 得；規(guī)則 3：如果 并且 并且 得；規(guī)則 4：如果 并且 并且 得；規(guī)則 5：如果 并且 并且 得；規(guī)則 6：如果 并且 并且 得；規(guī)則 7：如果 并且 并且 得；規(guī)則 8：如果 并且 并且 得。通過以上所述的控制方式，光伏微源可配合聯(lián)合系統(tǒng)指令提供大容量分級的無功功率，在供能的同時，起到了無功補償?shù)淖饔?。并且最大程度的利用了DSTATCOM的快速響應性能，進行精細無功補償，以穩(wěn)定配網(wǎng)電壓。 仿真驗證為了驗證該聯(lián)合控制模式在維持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的有效性，使用PSCAD進行仿真計算，建立并網(wǎng)模式下光伏電源和DSTATCOM聯(lián)合控制仿真模型，負載采用恒功率模型。，電感為2 mH。DSTATCOM的補償容量為20kvar。仿真時間為3s。系統(tǒng)在初始狀態(tài)時，光伏系統(tǒng)總的輸出有功功率為550kW，總的有功負荷為500kW，無功負荷為300kvar。光伏系統(tǒng)可以提供內(nèi)部所需的有功負荷，并可回饋電網(wǎng)，系統(tǒng)電壓初始恒定。設定的DSTATCOM的容量較小，不能維持無功負載造成的電壓跌落。 分立運行仿真 聯(lián)合控制仿真，僅靠DSTATOM維持電壓穩(wěn)定時的補償效果。由仿真Qn2可以看出，DSTATCOM可迅速對電壓跌落作出響應。由于光伏微源不參與無功補償，僅依賴DSTATCOM的極限輸出，難以補償近300 kvar的無功缺口，如U_ref和Upcc所示，補償效果較差。光伏微源僅在在電壓跌落發(fā)生和結(jié)束時，由于有功無功解耦不完全，其無功輸出有些波動，如Qn1。經(jīng)過專家推理系統(tǒng)的計算，在電壓跌落發(fā)生時，通過調(diào)整，使得PQ控制的光伏電源發(fā)出大容量無功功率，如仿真Qn1所示；而DSTATCOM可以立即退出極限狀態(tài)，只進行小范圍內(nèi)的精細無功調(diào)節(jié)，如仿真Qn2所示，從U_ref和Upcc可以看出，電壓補償效果優(yōu)于前者。聯(lián)合控制系統(tǒng)可有效利用光伏微源的無功儲備容量，使其在供能的同時擔負一定的無功電壓調(diào)整任務，發(fā)揮更大作用。DSTATCOM裝設可抑制配電網(wǎng)公共連接點電壓的小幅波動，并且具有快速響應的優(yōu)點，降低電網(wǎng)擾動對光伏電源的沖擊，提高供電品質(zhì)。 本章小結(jié)本章提出了大規(guī)模光伏并網(wǎng)需配備電能質(zhì)量治理裝置，并對電能質(zhì)量治理裝置與光伏發(fā)電裝置的交互影響進行了研究。列出了兩種典型的電能治理裝置SVC和DSTATCOM與光伏電源的優(yōu)化配置及交互影響。配置SVC的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，并網(wǎng)逆變器添加了濾波設計，不僅能抑制接入點處的電壓波動，還能補償TCR和本地非線性負載產(chǎn)生的諧波，從而能系統(tǒng)系統(tǒng)的電能質(zhì)量以實現(xiàn)高品質(zhì)的供能。由DSTATCOM和光伏微源組成的聯(lián)合控制系統(tǒng)可通過調(diào)度使光伏微源在供能的同時提供較大容量的無功功率，降低了電能質(zhì)量裝置的成本，改善了電能質(zhì)量，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。第4章 多逆變器并網(wǎng)控制及單相逆變器工程設計實例 高滲透率下光伏微網(wǎng)環(huán)流控制高滲透率下光伏發(fā)電系統(tǒng)含有多個光伏微源，其輸出電壓的矢量差會導致導致系統(tǒng)中微網(wǎng)環(huán)流的產(chǎn)生。微網(wǎng)環(huán)流使得負載功率不能均分，嚴重時會威脅到系統(tǒng)的安全運行。要實現(xiàn)高滲透率光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，要使的系統(tǒng)中各模塊輸出電壓的幅值、相位盡量一致[42]。因此，要對微網(wǎng)環(huán)流采取有效的控制方案， 抑制光伏微網(wǎng)環(huán)流控制策略大比例光伏發(fā)電系統(tǒng)多微源并聯(lián)控制主要解決微源之間的環(huán)流抑制和功率均分等問題[43]。抑制環(huán)流的控制方式可以有四種方案：集中控制、主從控制、分散邏輯控制和無互聯(lián)線獨立控制[44]。（1）集中控制方式 由總控制單元發(fā)出包含頻率和相位信息的同步信號，多個光伏微源利用鎖相環(huán)電路來保證其輸出與總控制單元產(chǎn)生的同步信號同步。各微源中逆變器的電流指令由總控制單元的負載總電流I除以并聯(lián)單元數(shù)n而獲得。同一個總控制單元控制各個光伏微源，因此各單元的電壓頻率和相位的偏差不大。電流偏差可認為是電壓幅值不一致而引起的，為了消除各個單元的電流不平衡，集中控制把直流偏差分別加到各個單元的電壓指令中，作為補償量來控制輸出電流。這種控制方式在已有的逆變器基礎上增加了一個獨立的并聯(lián)控制單元，能很好的實現(xiàn)同步和均流，但是當這個總控制單元出現(xiàn)故障無法工作時，其他各個單元也就不能實現(xiàn)并聯(lián)運行。因此在集中控制方式下，系統(tǒng)的安全性較低。（2）主從控制方式在集中控制方式的基礎上，給每個光伏微源都增加一個控制單元。以一個光伏微源的控制單元作為主控制器，其他的控制單元作為從控制器，構(gòu)成主從式并聯(lián)。在這種控制方式下，若主控制單元出現(xiàn)故障，可以切換另一個控制單元作為控制器來完成并聯(lián)控制功能。為了使得所有光伏微源輸出的電壓幅值相位相等，抑制光伏微源間的環(huán)流，所有的控制信