【正文】 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)。因此在集中控制方式下，系統(tǒng)的安全性較低。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。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。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]。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]。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導(dǎo)致導(dǎo)致系統(tǒng)中微網(wǎng)環(huán)流的產(chǎn)生。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，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。 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(jìn)行了研究。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(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。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。 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。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。仿真時(shí)間為3s。電感為2 mH。并且最大程度的利用了DSTATCOM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。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。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。假設(shè)，某時(shí)刻光伏已投入的無功量對應(yīng)的級數(shù)為n，而應(yīng)投入的級數(shù)的參考值為k，p為還應(yīng)該投入的無功級數(shù)。配置DSTATCOM的光伏發(fā)電系統(tǒng)首先檢測出電網(wǎng)中所需補(bǔ)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。決策級采用專家推理將搜集到的信息進(jìn)行處理后為下一級提供指令，對系統(tǒng)的正常運(yùn)行起決定性的作用?；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。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)。再由DSTATCOM補(bǔ)償小容量無功，進(jìn)行微調(diào)。圖中，橫坐標(biāo)表示通過控制，光伏所投的無功量的級數(shù)，縱坐標(biāo)表示無功補(bǔ)償電流。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，稱為連續(xù)子系統(tǒng)。 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及無功補(bǔ)償原理。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]。 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備，通過控制可以進(jìn)行無功補(bǔ)償[38,39]。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。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，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。 () 仿真驗(yàn)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(jìn)行仿真研究。 ()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。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)。對誤差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]。將遞推積分的PI算法應(yīng)用于靜止的無功補(bǔ)償器中[35]，對控制器參數(shù)Kp、Ki進(jìn)行實(shí)時(shí)的整定，可提高SVC動態(tài)響應(yīng)的速度，保持光伏發(fā)電系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定。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，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。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，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。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]。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。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)對帶濾波功能的并網(wǎng)逆變器控制穩(wěn)定性的影響[32]。又因?yàn)楸镜胤蔷€性負(fù)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(dá)到理想效果。如赤峰龍?jiān)磳O家營風(fēng)電場、華電山西魯風(fēng)電場等。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。這樣便可以調(diào)節(jié)公共連接點(diǎn)上的電壓。 沒有無功補(bǔ)償時(shí)的矢量圖從沒有無功補(bǔ)償?shù)氖噶繄D可以看出，負(fù)載電流與公共連接點(diǎn)電壓相關(guān)。由以上分析，當(dāng)系統(tǒng)沒有無功補(bǔ)償裝置時(shí)，系統(tǒng)等效阻抗上負(fù)載電流產(chǎn)生的壓降為 （）由于 （）可以得出 （） （）以作為參考電壓矢量，為系統(tǒng)等效阻抗上負(fù)載電流產(chǎn)生的壓降，由由和組成。其中為電源電壓，為公共連接點(diǎn)電壓，為電源電流，為負(fù)載電流，無功裝置的補(bǔ)償電流為，為線路和變壓器的等效阻抗，為負(fù)載的視在功率，為負(fù)載吸收的有功功率，為負(fù)載吸收的無功功率，為光伏電源的視在功率，為第i個(gè)光伏電源發(fā)出的有功功率，為第i個(gè)光伏電源發(fā)出的無功功率。因此有必要研究光伏發(fā)電和電能質(zhì)量治理裝置的交互影響，為進(jìn)一步研究降低光伏并網(wǎng)給配電網(wǎng)造成沖擊的策略提供理論基礎(chǔ)[30]。從而，傳統(tǒng)電能質(zhì)量裝置的投資相應(yīng)減少。當(dāng)電網(wǎng)負(fù)載增大，為了盡可能的減少系統(tǒng)故障，通過控制，光伏電源可以快速的提供電能，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。針對這些電能質(zhì)量問題，必須配上相應(yīng)的電能質(zhì)量治理裝置，以確保對高滲透率下配電系統(tǒng)電壓水平、功率水平、諧波畸變率、三相不平衡度等電能質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行綜合控制[28]。通過前兩章的分析可知，高滲透率下光伏并網(wǎng)需配備電能質(zhì)量治理裝置。近年來，隨著太陽能光伏發(fā)電技術(shù)地不斷成熟，利用太陽能進(jìn)行光伏發(fā)電得到了廣泛應(yīng)用，因此對電網(wǎng)的滲透率也在大幅度的提高。本章還提出了一種基于雷達(dá)圖法的電能質(zhì)量綜合評估方法。孤島效應(yīng)也會對電能質(zhì)量造成較大的影響，應(yīng)對其進(jìn)行快速檢測和防止其發(fā)生。本文取雷達(dá)圖的總面積Si和邊長平方Li這兩個(gè)特征量的幾何平均值來評估綜合電能質(zhì)量，表達(dá)式如下： （） 本章小結(jié)本章研究了高滲透率分布式光伏電源并網(wǎng)，孤島效應(yīng)，微網(wǎng)環(huán)流等帶來的電能質(zhì)量問題。 與權(quán)重相關(guān)的雷達(dá)圖權(quán)重轉(zhuǎn)換為角度值qi的計(jì)算公式為: （）（3）以圓心為起點(diǎn)，在每兩條指標(biāo)線所夾的扇形區(qū)域內(nèi)做角平分線，并且以此為坐標(biāo)軸，刻畫出各指標(biāo)值xij，以O(shè)P1,OP2…作標(biāo)記。基于雷達(dá)圖法的電能質(zhì)量評估方法的具體步驟如下：（1）由于各個(gè)電能指標(biāo)對評估結(jié)果的影響程度不同，首先采用多層次交互算法確定各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，才能反映電能質(zhì)量的實(shí)際水平。當(dāng)采用相同的指標(biāo)體系，對同一個(gè)對象進(jìn)行評估時(shí)，各指標(biāo)的排列順序不同，繪制出來的雷達(dá)圖的面積和周長會不同。在進(jìn)行評估時(shí)，如果評估對象的總體優(yōu)勢大，則雷達(dá)圖的面積大；反之，則面積小。通過繪制評估對象的雷達(dá)圖，計(jì)算雷達(dá)圖的相關(guān)變量，給出評估結(jié)果。電壓波動指標(biāo)的計(jì)算表達(dá)式為： （） （）（6）電壓閃變指標(biāo)IF定義τF ,Ll為規(guī)定的長時(shí)間電壓閃變限值；τF ,Ls為規(guī)定的短時(shí)間電壓閃變限值；τF ,l為長時(shí)間電壓閃變實(shí)測值；τF ,s為短時(shí)間電壓閃變實(shí)測值。三相不平衡指標(biāo)的計(jì)算表達(dá)式為: （） （）（4）諧波畸變指標(biāo)IH定義IH ,a , IH ,b , IH ,c, (α= a ,b ,c)分別為三相光伏逆變器輸出的 a ,b ,c 三相總諧波畸變率的統(tǒng)一型指標(biāo)計(jì)算值；τH,L為總諧波畸變率的指標(biāo)限值；τH, α為總諧波畸變率的實(shí)測值。τf,Lu 和τf ,Ld 分別為頻率偏差標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的上、下偏差限值。 τV ,Lu 和τV ,Ld 分別為電壓偏差標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的上、下偏差限值。 電能質(zhì)量綜合評估指標(biāo)體系光伏發(fā)電的電能指標(biāo)可以分為暫態(tài)指標(biāo)和穩(wěn)態(tài)指標(biāo)兩類，但是電能質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)中沒有對暫態(tài)指標(biāo)給出具體要求，在考慮光伏發(fā)電并網(wǎng)電能質(zhì)量的評估指標(biāo)時(shí)，本文僅考慮并網(wǎng)接入點(diǎn)處的六項(xiàng)穩(wěn)態(tài)指標(biāo)。針對現(xiàn)在大比例的光伏電源并入大電網(wǎng)對系統(tǒng)電能質(zhì)量產(chǎn)生的影響，本文提出一種可供評判光伏接入電網(wǎng)的電能質(zhì)量評估方法。只有當(dāng)光伏微源的輸出電壓幅值和相位相等時(shí)，負(fù)載電流才能得到均分。大比例光伏微源并網(wǎng)，每臺微源的輸出電流一部分為供給負(fù)載的電流分量，另一部分為逆變模塊之間的環(huán)流分量。即輸出阻抗越大，環(huán)流越??；輸出電壓矢量差越大，環(huán)流越大。環(huán)流消耗有功和無功在光伏微源之中，使微源互為電源或負(fù)載，降低了微源的實(shí)際帶載能力。下面分析因環(huán)流產(chǎn)生的有功和無功的特性。所以交流母線電壓可認(rèn)為： （）易知當(dāng)時(shí)，max{}最小，max{}=；而當(dāng)時(shí)，max{}。假設(shè)為在兩微源中流通而不經(jīng)過負(fù)載的環(huán)流。 微網(wǎng)單相等效電路圖，為交流母線電壓，也就是微網(wǎng)系統(tǒng)電壓；為微源1的輸出電壓，為微源2的輸出電壓；為微源1的連接電抗器的等效阻抗，為微源2的連接電抗器的等效阻抗；為微源1的輸出電流，為微源2的輸出電流。典型光伏微網(wǎng)由光伏分布式電源、儲能裝置和負(fù)載組成，這三樣裝置都并聯(lián)在微網(wǎng)交流母線上，其中分布式光伏電源經(jīng)連接電抗器并聯(lián)至微網(wǎng)。環(huán)流不通過負(fù)載在兩光伏微源中流通，由環(huán)流形成的有功、無功在逆變器之間的流通使得各逆變器互為電源或負(fù)載。 高滲透率下并聯(lián)微源環(huán)流機(jī)理和危害分析光伏分布式發(fā)電系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)存在環(huán)流現(xiàn)象，環(huán)流成為多微源并聯(lián)運(yùn)行的一大障礙。當(dāng)光伏發(fā)電與配電網(wǎng)脫離時(shí)，在并網(wǎng)逆變器輸出恒定交流電流的作用下，負(fù)載上的電壓會高于或低于正常值，異常電壓值一旦被并網(wǎng)逆變器檢測到，就會馬上進(jìn)行保護(hù)，從而使并網(wǎng)逆變器在大多數(shù)情況具備了較好的防止孤島效應(yīng)功能。主動式檢測方法相對復(fù)雜，而且對光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的輸出電能質(zhì)量有影響，不利于工程實(shí)現(xiàn)；被動式檢測方法對電能質(zhì)量無影響、原理簡單、容易實(shí)現(xiàn)，但由于當(dāng)逆變器和負(fù)載的輸出功率匹配時(shí)，會有較大的檢測盲區(qū)，因此采取被動式檢測方法與主動式檢測方法相結(jié)合來檢測孤島效應(yīng)，效果最好。 逆變器與電網(wǎng)斷開的最大時(shí)間限制表 狀態(tài)斷電后電壓幅值斷電后電壓頻率允許的最大檢測時(shí)間Afnom6 cyclesBVfnom2 secondsC≤V≤fnom2 secondsDVfnom2 secondsE≤Vfnom2 cyclesFVnomf 6 cyclesGVnomf fnom+6 cyclesfnom指電網(wǎng)電壓頻率的標(biāo)準(zhǔn)值，對于我國的市電，其值為50Hz；Vnom指電網(wǎng)電壓幅值的標(biāo)準(zhǔn)值，對于我國的單相市電，其值為交流220V (有效值)。隨著光伏發(fā)電在配電網(wǎng)系統(tǒng)的滲透率增加，當(dāng)有許多光伏并網(wǎng)系統(tǒng)同時(shí)向公共電網(wǎng)供電時(shí)，發(fā)生孤島效應(yīng)的機(jī)率也隨之增加，由于孤島效應(yīng)的危害性，一旦發(fā)生，必須準(zhǔn)確、快速地?cái)嚅_并網(wǎng)逆變器，因此，解決孤島問題尤為重要，要做到快速對孤島效應(yīng)作出發(fā)應(yīng)，對其檢測控制的要求相應(yīng)地提高[25]。當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)處于孤島狀態(tài)時(shí)，孤島中的電壓和頻率不受控制，若電壓和頻率超出允許的范圍，可能會對用電設(shè)備造成損害；孤島中的線路仍然帶電，會威脅輸電線路維修人員的生命安全，電網(wǎng)的安全性降低；當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)正常時(shí)有可能造成非同相合閘，導(dǎo)致線路再次跳閘，對光伏并網(wǎng)逆變器和其他用電設(shè)備造成損壞；孤島效應(yīng)時(shí)，若負(fù)載容量與光伏并網(wǎng)器容量不匹配，會造成對逆變器的損壞[24]。 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)弧島效應(yīng)孤島效應(yīng)是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)特有的現(xiàn)象，就是當(dāng)電網(wǎng)由于某種原因中斷供電時(shí)，光伏發(fā)電系統(tǒng)形成一個(gè)自給供電、不受電力公司控制的孤島，持續(xù)給負(fù)載供電的電氣現(xiàn)象。而鎖相技術(shù)不可避免的存在延遲。同時(shí)，合上并網(wǎng)開關(guān)，增大輸出電流基準(zhǔn)幅