[发明专利]一种离网模式下有源滤波器与分布式电源协同控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种离网模式下有源滤波器与分布式电源协同控制方法，特别是公开了一种基于滤波电容电压的LCL前馈控制策略的离网模式下有源滤波器与分布式电源协同控制方法。

背景技术

微电网作为“绿色电力”，是解决能源短缺及环境污染问题的重要途径，因而受到了国内外学者的广泛关注。由于微电网中大多数分布式电源需通过电压型逆变器并入微电网，且离网模式下的微电网没有配电网的钳位作用，电能质量受微电网中的非线性负荷影响较大。因此，离网模式下，微电网的电能质量问题和逆变器的功率均分问题成为研究热点。

在并网模式，公共连接点电压由配电网进行钳位，若配电网阻抗较小，非线性负荷产生的谐波电流几乎不会在公共母线电压上形成谐波压降。而在离网模式下，逆变器需要给负载提供直接的电压和频率支撑，若不对谐波进行控制，逆变器输出正弦波电压，对谐波而言相当于短路状态，谐波将自动根据线路阻抗大小进行分流，谐波电流流过线路阻抗在交流母线电压上形成谐波压降，导致母线电压发生畸变，影响到其他线性负荷的正常使用。

在谐波的控制方面，分布式电源集成谐波抑制功能成为研究热点。合作的谐波滤除策略，在传统有功无功下垂策略的基础上引入谐波功率下垂策略实现谐波功率在多台分布式电源间的均分。单次谐波功率的下垂策略，有效提高公共母线电压质量。引入谐波虚拟阻抗策略，调节分布式电源对谐波的等效阻抗，抑制线路阻抗差异对谐波分配的影响，实现谐波电流在多台分布式电源间的均分。这些谐波控制策略以实现谐波均分和改善公共连接点母线电压质量为目的，但以牺牲分布式电源自身输出电流质量为代价。在离网模式下，负荷的有功和无功电流全部由分布式电源提供，分布式电源既要承担发电功能又要提供谐波补偿功能，易使谐波补偿功能与主要的发电功能形成容量冲突；另外，离网模式下分布式电源常采用功率下垂控制策略，大量谐波电流涌入分布式电源加大了基波有功和无功功率的计算难度。

有源滤波器作为新型的电力电子装置，是谐波抑制的有效手段，特别是LCL型有源滤波器相比L型和LC型，具有更好的开关频率衰减效果，但LCL型滤波器为三阶系统，使系统稳定性降低。已有文献提出的有源阻尼策略，采用直接控制网侧电感电流的方法，虽然可以获得较高的控制精度，但系统稳定性差，需引入电容电流内环反馈提高系统阻尼，增加了系统的复杂性。滤波器侧电感电流单闭环控制为对网侧电流的间接控制方法，系统稳定性极强，实现简单，但受并联电容的影响，网侧电感电流和滤波器侧电感电流存在较大相移和幅值偏差，影响控制精度。其次，这两种控制方式都易受电网侧电压扰动影响。一种适用于逆变器侧电流反馈LCL并网逆变器的完全电网电压前馈控制策略，可以实现入网电流不受电网电压畸变的影响，但没有很好解决间接控制方式的控制精度受滤波电容影响问题。

本发明所解决的技术问题是:针对现有技术的不足，提供一种离网模式下有源滤波器与分布式电源协同控制方法，提高逆变器功率均分精度、减小公共连接点电压偏差和改善微电网电能质量。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:一种离网模式下有源滤波器与分布式电源协同控制方法，包括分布式电源控制方法和有源滤波器控制方法：

1)在谐波域，由分布式电源实现谐波电流均分，有源滤波器对单台分布式电源输出电流进行治理，实现改善微电网电能质量的目标；

2)在基波域，分布式电源以功率均分作为控制目标，有源滤波器以稳定公共连接点电压为控制目标。

分布式电源实现谐波电流均分的步骤如下：

1)在离网模式下，采用无互连线的下垂控制方法来控制各自输出的有功无功功率均分，得到指令电压信号V_Gdroop，其控制形式为：

式中：ω_i、E_i分别为分布式电源输出电压角频率和幅值；ω^*、E^*分别为分布式电源空载输出电压角频率和幅值；m、n为下垂控制系数，由ω_i、E_i合成电压环的指令电压信号V_Gdroop为：