[发明专利]并网发电和电网电力有源滤波的统一控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种并网发电和电网电力有源滤波的控制方法，特别涉及分布式发电电源实现并网发电和电网电力有源滤波的统一控制方法。

背景技术

能源短缺是当今世界面临的重大问题，研究开发高性能的分布式发电电源具有重要意义。分布式发电(Distributed Generation，DG)指的是在用户端或靠近用电现场配置的较小容量的发电系统(一般为数千瓦至几十兆瓦)。它具有灵活的变负荷调节性能，可以节省输变电投资，支持现存配电网的经济运行，广泛使用可再生能源等特点。分布式发电通常利用太阳能、风力、微型燃气轮机和燃料电池等发电。并网逆变器是把分布式电源能量反馈至电网的关键电力电子装置。

中国专利03150908.8“同时实现并网发电和电网无功补偿的的一体化方法”，针对光伏并网发电受天气变化影响所造成的太阳能发电设备利用率不高，且频繁的并列与解列动作造成系统控制困难，部分设备损耗增加且使用寿命变短的缺点，提出了一种同时实现并网发电和电网无功补偿的一体化方法，使其能够将光伏阵列输出的直流电通过逆变器变送到三相380V交流电网上，同时还能够对本地电网上其他的无功负载实现一定量的无功补偿，改善电网电能质量。这种控制方法比通常的仅输出有功功率的光伏并网控制算法有很大的改进，但它只对电网中的无功进行了补偿，并没有考虑电网中的谐波。

实际的电网中存在有大量非线性负荷，它们将大量谐波注入到电网。电网中谐波的危害很大，它会使供电电压波形出现畸变而使供电质量下降，电力系统的能耗增加，供电设备寿命缩短，同时谐波还会对周围电力电子设备造成电磁干扰，因此治理电网中的谐波问题显得日益迫切。而基于电力电子逆变器的电力有源滤波器(Active Power Filter，APF)是进行谐波抑制先进方法。APF的基本原理是首先实时检测负荷电流，然后计算出其所含有的谐波分量，进而控制逆变器发出补偿电流，以抵消负荷电流中所含有的谐波分量，从而可以改善电网电压电流质量。

发明内容

本发明目的是针对上述背景技术中的不足，提出了并网发电和电网电力有源滤波的统一控制方法，使其能够将分布式电源一次侧能量通过电力电子逆变器送到电网上，同时还能对电网上的非线性负荷进行无功补偿和谐波抑制，使分布式电源接入点处的电网电压、电流均保持正弦，大大的改善了电网供电质量。

本发明采用瞬时无功功率理论，使用Park变换将并网逆变器输出三相电流转换到以电网角频率同步旋转的dq坐标系中，该三相电流变换为完全解耦的d轴瞬时有功电流和q轴瞬时无功电流，通过独立控制d轴瞬时有功电流、q轴瞬时无功电流的大小和方向，就可以实现对电网的有功输出和无功补偿。同时对并网逆变器接入点后的三相负荷电流进行Park变换，然后检测出其所含的dq轴谐波电流分量，该谐波分量分别加上基波有功和无功分量即得到总的dq轴指令电流，然后采用直接电流控制方法使d轴瞬时有功电流，q轴瞬时无功电流跟踪dq轴总的指令电流就可以同时实现对电网的有功输出、无功补偿和谐波抑制。

具体如下：

(1)用电压传感器实时采样三相电网电压或其中一相电网电压，利用锁相环得到电网电压的相位，作为电流控制的相位基准，根据瞬时无功功率得到有功电流和无功电流的给定值；

(2)用电流传感器实时采样并网逆变器接入点后的三相负荷电流，根据谐波电流检测方法检测出其所含的谐波分量，该谐波电流分量分别叠加到根据(1)得到的基波有功电流和基波无功电流上，进而得到总的有功电流指令值和无功电流指令值；

(3)用电流传感器实时采样并网逆变器输出的三相电流作为反馈，该反馈值与根据(2)得到的指令值比较后进行闭环控制，采用直接电流控制方法得到逆变器开关管所需的PWM脉冲，使反馈电流很好的跟踪指令电流。

采用本发明的分布式电源接到电网后，分布式电源及其后的输电线路、负载组成的系统对电网呈现线性阻抗特性，当全部无功和谐波都被补偿时，电网电压电流均为正弦波且同相位，呈现电阻特性，彻底改善了电网供电质量。当分布式电源的容量足够大时，电网电压电流可以反相，呈现负电阻特性，说明分布式电源除了提供其后负载所需要的全部有功功率、无功功率和谐波功率外，多余的有功功率反馈给电网。采用本发明的分布式电源同时具有并网逆变器和电力有源滤波器的优点，既可以充分发挥分布式发电的优越性，又大大改善了电网质量，降低了输配电和单独设立电力有源滤波器所需的高昂成本，有效的支持配网的经济可靠运行。