【正文】 的基本結構 單相等效電路逆變型光伏電源和FC+TCR型SVC組成了配置SVC的高品質光伏發(fā)電裝置。從圖中可以看出，SVC中的單調諧的無源濾波器PPF靠近電網，TCR靠近負載，可降低PPF與電網阻抗的諧振點對帶濾波功能的并網逆變器控制穩(wěn)定性的影響[32]。單調諧的無源濾波器是在SVC電容器上串聯電抗器構成，提供有級差的無功功率。光伏發(fā)電系統中，功率輸出變化快，SVC傳統的PI控制器難以適應，為了提高SVC在光伏發(fā)電系統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。光伏并網逆變器具有和APF相同的拓撲結構[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。在并網模式下，可以在并網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控制有電流內環(huán)設計，電流內環(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和本地負載產生的諧波，彌補SVC的不足。由此可見，添加濾波功能的并網逆變器和SVC聯合運行，不僅可以補償TCR及負載產生的諧波，還可以抑制接入點處的電壓波動，光伏發(fā)電并網的電能質量能有效得到提到，從而達到高品質供能的目的。 SVC遞推積分PI控制器 在光伏發(fā)電系統中，受到光伏電源功率波動、負載變動、SVC電容器投切等影響，電網電壓是波動的。由于SVC的TCR具有較強的非線性，使得調節(jié)過程產生較大的波動，然而，使用傳統PI控制器是，其比例、積分參數在整個調節(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和電網電壓Vrms的差值Ve作為遞推積分PI控制器的輸入量，電網電壓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)電系統的電壓穩(wěn)定[36,37]。傳統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，Kp為比例增益。式()為傳統PI算法，一個周期的采樣數為N，采樣時刻為K： ()根據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算法的數學表達。式()為保證SVC電壓調節(jié)器的輸入Ve瞬態(tài)響應超調較小的目標函數。 ()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、積分參數值。 () 仿真驗證使用PSIM軟件對配置SVC和帶濾波功能的并網逆變器的光伏發(fā)電系統進行仿真研究。 仿真參數系統參數R/WL/mHC/mF電網等效阻抗負載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)采用傳統的PI控制算法，并網逆變器不具備諧波補償功能。從仿真結果可以看出，SVC可較快的抑制網側電壓的波動，但是TCR在調節(jié)過程中產生諧波污染，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，并且并網逆變器采用濾波設計。從仿真結果可以看出，配置SVC的光伏發(fā)電系統能快速抑制電壓波動，明顯優(yōu)于傳統PI控制下的效果。同時TCR和非線性負載產生的諧波被具有濾波功能的逆變器濾除，網側電壓波形平滑。（a）傳統PI控制下SVC補償效果（b）優(yōu)化遞推積分PI控制SVC和濾波設計并網逆變器聯合控制下補償效果 仿真結果由此可見，在優(yōu)化遞推積分PI控制SVC和具有濾波功能的并網逆變器聯合控制下，系統具有更優(yōu)良的穩(wěn)定電壓能力和無功補償能力。 DSTATCOM 與光伏發(fā)電的聯合控制系統光伏發(fā)電并網運行時，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)電的聯合控制系統，由光伏微源提供大容量分級的無功調節(jié)，DSTATCOM進行小容量連續(xù)的無功調節(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量。 系統拓撲結構及無功補償原理。 聯合系統拓撲結構圖系統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，可通過控制給系統提供較大容量的無功功率，因此稱為系統的離散子系統。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。 聯合系統補償容量原理圖。圖中，橫坐標表示通過控制，光伏所投的無功量的級數，縱坐標表示無功補償電流。其補償原理是，當系統所需的無功在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級無功功率調度微網，進行粗調。再由DSTATCOM補償小容量無功，進行微調。從而使得該聯合系統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。 聯合系統的控制方法對于該協同控制系統來說，既含有連續(xù)子系統，同時包含離散子系統，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，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，能較好的協調兩者之間的運行，使其具有良好的控制效果。 聯合系統控制結構圖，系統從結構上分成了三層：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，在受到決策級的指令后，調整控制器參數，使得執(zhí)行級的光伏微網和DSTATCOM輸出無功補償電流。配置DSTATCOM的光伏發(fā)電系統首先檢測出電網中所需補償的無功量，由決策處理級判斷，從而得到光伏微網和DSTATCOM分別需要提供的無功容量。然后光伏微網控制器采用PQ控制策略來使光伏微網提供分級的無功功率，模糊PI解耦控制其產生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為n，而應投入的級數的參考值為k，p為還應該投入的無功級數。并且假設在不超過光伏額定輸出的條件下，光伏微網共有m級的無功量可以調度。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。級數增減以參數的正負來表示。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，光伏微源可配合聯合系統指令提供大容量分級的無功功率，在供能的同時，起到了無功補償的作用。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)定配網電壓。 仿真驗證為了驗證該聯合控制模式在維持系統電壓穩(wěn)定的有效性，使用PSCAD進行仿真計算，建立并網模式下光伏電源和DSTATCOM聯合控制仿真模型，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。系統在初始狀態(tài)時，光伏系統總的輸出有功功率為550kW，總的有功負荷為500kW，無功負荷為300kvar。光伏系統可以提供內部所需的有功負荷，并可回饋電網，系統電壓初始恒定。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。經過專家推理系統的計算，在電壓跌落發(fā)生時，通過調整，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)，只進行小范圍內的精細無功調節(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。聯合控制系統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整任務，發(fā)揮更大作用。DSTATCOM裝設可抑制配電網公共連接點電壓的小幅波動，并且具有快速響應的優(yōu)點，降低電網擾動對光伏電源的沖擊，提高供電品質。 本章小結本章提出了大規(guī)模光伏并網需配備電能質量治理裝置，并對電能質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)電系統中，并網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生的諧波，從而能系統系統的電能質量以實現高品質的供能。由DSTATCOM和光伏微源組成的聯合控制系統可通過調度使光伏微源在供能的同時提供較大容量的無功功率，降低了電能質量裝置的成本，改善了電能質量，提高了系統的穩(wěn)定性。第4章 多逆變器并網控制及單相逆變器工程設計實例 高滲透率下光伏微網環(huán)流控制高滲透率下光伏發(fā)電系統含有多個光伏微源，其輸出電壓的矢量差會導致導致系統中微網環(huán)流的產生。微網環(huán)流使得負載功率不能均分，嚴重時會威脅到系統的安全運行。要實現高滲透率光伏發(fā)電系統的穩(wěn)定運行，要使的系統中各模塊輸出電壓的幅值、相位盡量一致[42]。因此，要對微網環(huán)流采取有效的控制方案， 抑制光伏微網環(huán)流控制策略大比例光伏發(fā)電系統多微源并聯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除以并聯單元數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控制單元，能很好的實現同步和均流，但是當這個總控制單元出現故障無法工作時，其他各個單元也就不能實現并聯運行。因此在集中控制方式下，系統的安全性較低。（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，構成主從式并聯。在這種控制方式下，若主控制單元出現故障，可以切換另一個控制單元作為控制器來完成并聯控制功能。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，所有的控制信號都是由主控制器產生。當光伏發(fā)電系統處在孤島運行模式時，主控制器發(fā)出控制信號給各個從控制器，來設定系統的額定電壓，頻率，有功功率和無功功率。從控制器則根據主控制器的信號，控制各個逆變器輸出統一的電壓及系統所需的有功功率和無功功率。從控制器還能快速響應光伏微源鄰近負載和配電網擾動導致的電壓波動。當光伏發(fā)電系統處于并網運行模式時，主控制器根據檢測到的配電網實時電壓、頻率等設定系統的額定電壓，頻率，有功功率和無功功率。并且產生控制信號給從控制器，從控制器再根據指令使得各個光伏微源逆變器發(fā)出與配電網同步的電壓，滿足微網與配電網并網的要求。 多微源光伏發(fā)電系統主從控制結構圖。光伏微源輸出的非工頻交流電，首先經過整流器整流后變換成直流電，然后直流電再經過光伏逆變器變換成工頻交流電，在經過LC濾波器濾波后，逆變器輸出的工頻交流電通過靜態(tài)開關STS注入配電網。工控機即為主控制器，通過電壓、電流互感器與光伏微源和配電網相連接，控制各個光伏微源模塊配置的DSP控制板從而控制逆變器的輸出。各個光伏微源模塊配置的DSP板也通過電壓、電流傳感器與光伏微網連接，并且還通過數據傳輸總線與工控機相連。主從控制方式增強了系統的可靠性。若主控制單元出現故障，可以切換另一個控制單元作為控制器來完成并聯控制功能。跟集中控制方式相比，克服了總控制單元故障會使得系統不能正常運行的缺陷。但是主從控制方式中的基準信號仍然為集中同步信號，一旦出現故障，在切換時仍然會使得模塊失去同步而導致更大范圍的故障。而且系統的控制邏輯判斷電路復雜，從而會影響到整個系統的工作性能指標和可靠性。（3）分散邏輯控制