【正文】 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(fù)載，可降低PPF與電網(wǎng)阻抗的諧振點(diǎn)對(duì)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(jí)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(yīng)，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(yīng)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?fù)浣Y(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(shè)計(jì)，使其同時(shí)具有補(bǔ)償諧波的功能[34]。由于PQ控制有電流內(nèi)環(huán)設(shè)計(jì)，電流內(nèi)環(huán)控制器的輸入信號(hào)有檢測(cè)到的SVC接入點(diǎn)的諧波信號(hào)和本地負(fù)載的信號(hào)疊加而成，并使逆變器按照PQ設(shè)定的指令供電的同時(shí)發(fā)出諧波補(bǔ)償電流，消除SVC和本地負(fù)載產(chǎn)生的諧波，彌補(bǔ)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(yùn)行，不僅可以補(bǔ)償TCR及負(fù)載產(chǎn)生的諧波，還可以抑制接入點(diǎn)處的電壓波動(dòng)，光伏發(fā)電并網(wǎng)的電能質(zhì)量能有效得到提到，從而達(dá)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(dòng)、負(fù)載變動(dòng)、SVC電容器投切等影響，電網(wǎng)電壓是波動(dòng)的。由于SVC的TCR具有較強(qiáng)的非線性，使得調(diào)節(jié)過程產(chǎn)生較大的波動(dòng)，然而，使用傳統(tǒng)PI控制器是，其比例、積分參數(shù)在整個(gè)調(diào)節(jié)過程中維持設(shè)定值，不能實(shí)時(shí)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(dòng)的需要。將遞推積分的PI算法應(yīng)用于靜止的無功補(bǔ)償器中[35]，對(duì)控制器參數(shù)Kp、Ki進(jìn)行實(shí)時(shí)的整定，可提高SVC動(dòng)態(tài)響應(yīng)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(shè)定值與SVC的補(bǔ)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(duì)誤差Ve進(jìn)行最優(yōu)遞推積分PI控制算法，通過計(jì)算得到晶閘管控制相應(yīng)的觸發(fā)脈沖，通過觸發(fā)電路控制TCR的運(yùn)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(duì)每個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)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(gè)周期的采樣數(shù)為N，采樣時(shí)刻為K： ()根據(jù)電壓具有周期量的特點(diǎn)，本文提出對(duì)K、KN、K2N、…、KCN時(shí)刻的電壓值進(jìn)行積分的遞推積分PI算法，如式 ()所示： ()式中，為簡(jiǎn)化計(jì)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(xué)表達(dá)。式()為保證SVC電壓調(diào)節(jié)器的輸入Ve瞬態(tài)響應(yīng)超調(diào)較小的目標(biāo)函數(shù)。 ()設(shè)定為給定的正的誤差值，尋優(yōu)的最大值點(diǎn)，尋優(yōu)的最小值點(diǎn)，式()為其收斂準(zhǔn)則。通過該準(zhǔn)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(yàn)證使用PSIM軟件對(duì)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(jìn)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(fù)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(bǔ)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(dòng)，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(yán)重，增加了非線性負(fù)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(shè)計(jì)。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(dòng)，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)PI控制下的效果。同時(shí)TCR和非線性負(fù)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(bǔ)償效果（b）優(yōu)化遞推積分PI控制SVC和濾波設(shè)計(jì)并網(wǎng)逆變器聯(lián)合控制下補(bǔ)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(bǔ)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(yùn)行時(shí)，考慮到光伏微源有一定的無功儲(chǔ)備，通過控制可以進(jìn)行無功補(bǔ)償[38,39]。但由于其逆變電路和控制電路的鉗制作用，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，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(jìn)行無功調(diào)節(jié)，但其成本高，難以做到大容量運(yùn)用[41]。針對(duì)兩者的優(yōu)缺點(diǎn)，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(jí)的無功調(diào)節(jié)，DSTATCOM進(jìn)行小容量連續(xù)的無功調(diào)節(jié)，從而使得光伏微源承擔(dān)更多的責(zé)任，并進(jìn)一步提高供電質(zhì)量。 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及無功補(bǔ)償原理。 聯(lián)合系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)給光伏設(shè)定提供的無功功率是分級(jí)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(diǎn)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(dòng)，稱為連續(xù)子系統(tǒng)。 聯(lián)合系統(tǒng)補(bǔ)償容量原理圖。圖中，橫坐標(biāo)表示通過控制，光伏所投的無功量的級(jí)數(shù)，縱坐標(biāo)表示無功補(bǔ)償電流。其補(bǔ)償原理是，當(dāng)系統(tǒng)所需的無功在n級(jí)和n+1級(jí)之間時(shí)，在不超過光伏額定輸出的條件下，可按n級(jí)無功功率調(diào)度微網(wǎng)，進(jìn)行粗調(diào)。再由DSTATCOM補(bǔ)償小容量無功，進(jìn)行微調(diào)。從而使得該聯(lián)合系統(tǒng)能對(duì)無功進(jìn)行無極連續(xù)補(bǔ)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(duì)于該協(xié)同控制系統(tǒng)來說，既含有連續(xù)子系統(tǒng)，同時(shí)包含離散子系統(tǒng)，它們之間相互作用，對(duì)兩者的動(dòng)態(tài)性能也帶來影響，再加上光伏微源和DSTATCOM的響應(yīng)時(shí)間不同，因此，控制方法也相對(duì)較為復(fù)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(yùn)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(jí)，智能控制級(jí)和執(zhí)行級(jí)。決策級(jí)采用專家推理將搜集到的信息進(jìn)行處理后為下一級(jí)提供指令，對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行起決定性的作用。無功智能級(jí)包含光伏控制器和DSTATCOM控制器，在受到?jīng)Q策級(jí)的指令后，調(diào)整控制器參數(shù)，使得執(zhí)行級(jí)的光伏微網(wǎng)和DSTATCOM輸出無功補(bǔ)償電流。配置DSTATCOM的光伏發(fā)電系統(tǒng)首先檢測(cè)出電網(wǎng)中所需補(bǔ)償?shù)臒o功量，由決策處理級(jí)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(jí)的無功功率，模糊PI解耦控制其產(chǎn)生PWM信號(hào)來控制DSTATCOM的輸出無功容量。假設(shè)，某時(shí)刻光伏已投入的無功量對(duì)應(yīng)的級(jí)數(shù)為n，而應(yīng)投入的級(jí)數(shù)的參考值為k，p為還應(yīng)該投入的無功級(jí)數(shù)。并且假設(shè)在不超過光伏額定輸出的條件下，光伏微網(wǎng)共有m級(jí)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(shí)時(shí)無功電流，其正負(fù)分別代表容性和感性。級(jí)數(shù)增減以參數(shù)的正負(fù)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(jí)的無功功率，在供能的同時(shí)，起到了無功補(bǔ)償?shù)淖饔谩２⑶易畲蟪潭鹊睦昧薉STATCOM的快速響應(yīng)性能，進(jìn)行精細(xì)無功補(bǔ)償，以穩(wěn)定配網(wǎng)電壓。 仿真驗(yàn)證為了驗(yàn)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(jìn)行仿真計(jì)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(fù)載采用恒功率模型。，電感為2 mH。DSTATCOM的補(bǔ)償容量為20kvar。仿真時(shí)間為3s。系統(tǒng)在初始狀態(tài)時(shí)，光伏系統(tǒng)總的輸出有功功率為550kW，總的有功負(fù)荷為500kW，無功負(fù)荷為300kvar。光伏系統(tǒng)可以提供內(nèi)部所需的有功負(fù)荷，并可回饋電網(wǎng)，系統(tǒng)電壓初始恒定。設(shè)定的DSTATCOM的容量較小，不能維持無功負(fù)載造成的電壓跌落。 分立運(yùn)行仿真 聯(lián)合控制仿真，僅靠DSTATOM維持電壓穩(wěn)定時(shí)的補(bǔ)償效果。由仿真Qn2可以看出，DSTATCOM可迅速對(duì)電壓跌落作出響應(yīng)。由于光伏微源不參與無功補(bǔ)償，僅依賴DSTATCOM的極限輸出，難以補(bǔ)償近300 kvar的無功缺口，如U_ref和Upcc所示，補(bǔ)償效果較差。光伏微源僅在在電壓跌落發(fā)生和結(jié)束時(shí)，由于有功無功解耦不完全，其無功輸出有些波動(dòng)，如Qn1。經(jīng)過專家推理系統(tǒng)的計(jì)算，在電壓跌落發(fā)生時(shí)，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(jìn)行小范圍內(nèi)的精細(xì)無功調(diào)節(jié)，如仿真Qn2所示，從U_ref和Upcc可以看出，電壓補(bǔ)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(chǔ)備容量，使其在供能的同時(shí)擔(dān)負(fù)一定的無功電壓調(diào)整任務(wù)，發(fā)揮更大作用。DSTATCOM裝設(shè)可抑制配電網(wǎng)公共連接點(diǎn)電壓的小幅波動(dòng)，并且具有快速響應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)，降低電網(wǎng)擾動(dòng)對(duì)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(duì)電能質(zhì)量治理裝置與光伏發(fā)電裝置的交互影響進(jìn)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(shè)計(jì)，不僅能抑制接入點(diǎn)處的電壓波動(dòng)，還能補(bǔ)償TCR和本地非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波，從而能系統(tǒng)系統(tǒng)的電能質(zhì)量以實(shí)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(shí)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(shè)計(jì)實(shí)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(gè)光伏微源，其輸出電壓的矢量差會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)致系統(tǒng)中微網(wǎng)環(huán)流的產(chǎn)生。微網(wǎng)環(huán)流使得負(fù)載功率不能均分，嚴(yán)重時(shí)會(huì)威脅到系統(tǒng)的安全運(yùn)行。要實(shí)現(xiàn)高滲透率光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)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(duì)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(dú)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(hào)，多個(gè)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(hào)同步。各微源中逆變器的電流指令由總控制單元的負(fù)載總電流I除以并聯(lián)單元數(shù)n而獲得。同一個(gè)總控制單元控制各個(gè)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(rèn)為是電壓幅值不一致而引起的，為了消除各個(gè)單元的電流不平衡，集中控制把直流偏差分別加到各個(gè)單元的電壓指令中，作為補(bǔ)償量來控制輸出電流。這種控制方式在已有的逆變器基礎(chǔ)上增加了一個(gè)獨(dú)立的并聯(lián)控制單元，能很好的實(shí)現(xiàn)同步和均流，但是當(dāng)這個(gè)總控制單元出現(xiàn)故障無法工作時(shí)，其他各個(gè)單元也就不能實(shí)現(xiàn)并聯(lián)運(yùn)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(chǔ)上，給每個(gè)光伏微源都增加一個(gè)控制單元。以一個(gè)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(gè)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，所有的控制信號(hào)都是由主控制器產(chǎn)生。當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)處在孤島運(yùn)行模式時(shí)，主控制器發(fā)出控制信號(hào)給各個(gè)從控制器，來設(shè)定系統(tǒng)的額定電壓，頻率，有功功率和無功功率。從控制器則根據(jù)主控制器的信號(hào)，控制各個(gè)逆變器輸出統(tǒng)一的電壓及系統(tǒng)所需的有功功率和無功功率。從控制器還能快速響應(yīng)光伏微源鄰近負(fù)載和配電網(wǎng)擾動(dòng)導(dǎo)致的電壓波動(dòng)。當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)處于并網(wǎng)運(yùn)行模式時(shí)，主控制器根據(jù)檢測(cè)到的配電網(wǎng)實(shí)時(shí)電壓、頻率等設(shè)定系統(tǒng)的額定電壓，頻率，有功功率和無功功率。并且產(chǎn)生控制信號(hào)給從控制器，從控制器再根據(jù)指令使得各個(gè)光伏微源逆變器發(fā)出與配電網(wǎng)同步的電壓，滿足微網(wǎng)與配電網(wǎng)并網(wǎng)的要求。 多微源光伏發(fā)電系統(tǒng)主從控制結(jié)構(gòu)圖。光伏微源輸出的非工頻交流電，首先經(jīng)過整流器整流后變換成直流電，然后直流電再經(jīng)過光伏逆變器變換成工頻交流電，在經(jīng)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(guān)STS注入配電網(wǎng)。工控機(jī)即為主控制器，通過電壓、電流互感器與光伏微源和配電網(wǎng)相連接，控制各個(gè)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(gè)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(wǎng)連接，并且還通過數(shù)據(jù)傳輸總線與工控機(jī)相連。主從控制方式增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。若主控制單元出現(xiàn)故障，可以切換另一個(gè)控制單元作為控制器來完成并聯(lián)控制功能。跟集中控制方式相比，克服了總控制單元故障會(huì)使得系統(tǒng)不能正常運(yùn)行的缺陷。但是主從控制方式中的基準(zhǔn)信號(hào)仍然為集中同步信號(hào)，一旦出現(xiàn)故障，在切換時(shí)仍然會(huì)使得模塊失去同步而導(dǎo)致更大范圍的故障。而且系統(tǒng)的控制邏輯判斷電路復(fù)雜，從而會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的工作性能指標(biāo)和可靠性。（3）分散邏輯控制