关键词：
并联逆变器协调控制
电能质量控制
谐波振荡
序阻抗建模
稳定性分析
摘要：
随着社会经济的不断发展,对化石能源的需求和开采与日俱增,这导致了能源紧张、环境污染以及气候变化等诸多全球性挑战问题。为了应对上述挑战,各国政府相继出台了鼓励发展和利用可再生能源发电以逐步替代化石能源的政策。我国能源革命的主要目标将是以可再生能源逐步替代化石能源,实现可再生能源等清洁能源在一次能源生产和消费中占更大份额,推动能源转型,建设清洁低碳、安全高效的新一代能源系统。在能源转型的大背景下,电力系统的构成及运行特征正在发生重大的变化。在电源侧,大规模风电场、光伏电站、储能电站等集中接入电网,可再生能源的占比大幅提升;在输电网侧,高压直流输电、柔性交流输电等快速发展,改变了传统的输电方式;在配电网侧,大量分布式风电、光伏及储能装置接入配电网,改变了配电网的运行方式。与此同时,大量以直流驱动的轨道交通、电动汽车、数据中心等电力电子设备接入电网,用电系统的特征也发生了很大变化。随着大量不同类型、不同电压等级的电力电子设备接入电网,电力系统中电力电子装备的影响愈来愈明显,给系统运行安全、分析控制、仿真分析等带来了诸多挑战,例如:1)系统惯性减小造成频率波动和频率稳定问题;2)电力电子设备非线性过程引发的电能质量问题;3)大量电力电子设备相互作用引发宽频带振荡问题等。这些问题严重影响和用电质量设备安全、制约新能源的高效消纳、威胁电网的安全稳定,已引起了学术界和工业界的广泛关注。为了应对以上挑战,灵活高效的分布式电源接口逆变器控制方法、电能质量治理方法和多逆变器系统引发宽频带振荡机理分析等问题得到了广泛关注。(1)分布式电源接口逆变器控制方法逆变器控制系统是分布式电源安全、可靠、灵活并网的关键。众多控制方法一般可以分为两类:以并网电流为控制目标的电流控制方法和以端口电压为控制目标的电压控制方法。电流控制方法具有响应速度快等特点,在并网运行模式下易实现快速功率跟踪和单位功率因数控制,广泛应用于逆变器控制系统中。但在离网模式下,电流控制方法由于缺乏对系统的电压支撑而不能应用。随着微电网和主动配电网的发展,要求分布式电源具有并网/离网双模式运行能力。为了满足这个需求,许多文献提出电压控制方法,如下垂控制、虚拟同步机控制等,通过调节逆变器端口处电压频率与幅值实现电压支撑。另外,当多个逆变器并联运行时,电压控制方法可以在不加通信的条件下自动实现功率均流。然而,相对于电流控制方法,电压控制方法存在功率动态响应慢的不足。另一方面,为了增大系统容量且提高可靠性,分布式电源内部常采用多台逆变器并联运行的冗余配置方案。通常情况下各个并联运行模块的控制方法相同,因此在分析分布式电源整体特性的时候,往往将其等效为单一逆变器。也就是说,在这种情况下分布式电源只能等效为一个电流源或电压源,这种约束限制了分布式电源的灵活性,没有充分发挥并联系统的潜力。事实上,发电单元内部各并联逆变器的控制系统没有必要完全相同,这为本文提出的双逆变器协调控制方法提供了新的思路。(2)电能质量治理措施电力电子装备由于其开关器件的非线性过程会给电网带来诸如谐波、三相不平衡、电压波动与闪变等一系列电能质量问题。电网中电能质量治理装备主要分为无源滤波装置和有源滤波装置。无源滤波装置结构简单、成本低、容量大等,但滤波效果易受到电路参数变化、运行方式变化、负载干扰等影响,在滤波要求较高的环境下,以及系统阻抗和负载频繁变化的条件下,无源滤波器的实际适应能力较差。与此相比,有源滤波装置能够主动检测负荷谐波并进行动态补偿,其响应速度快、补偿效果好且受系统参数变化的影响小。常见的有源滤波装置包括有源电力滤波器(APF)、动态电压补偿器(DVR)、静止无功发生器(SVC)、静止同步补偿器(SVG)、统一电能质量控制器(UPQC)等。然而,有源滤波装置造价昂贵且维护费用较高。分布式电源接口逆变器与APF、SVC、SVG等电能质量治理设备在拓扑结构、运行方式和控制方法上有诸多相似之处,且接口逆变器一般有较大的容量裕度,因此具有治理电能质量的潜力。有学者提出结合并网发电功能和其他一些电能质量治理功能的多功能并网逆变器,构成集并网发电、无功补偿和有源滤波等功能于一体的控制系统。这种方法可以减少设备投资,提高设备利用率,得到了广泛关注。目前关于多功能逆变器的研究,主要集中在提供谐波电流、无功电流和不平衡电流等辅助功能的实现,而对于供电电压的谐波补偿少有涉及。事实上,当发电单元接入弱电网且电网电压存在背景谐波时,供电电压电能质量问题更加严峻。为了解决这个问题,可以使用DVR串联接入系统补偿谐波电压。但这类功能难以集成到并联接入电网的分布式电源系统中。如何利用分布式电源经济有效地同时实现谐波电流补偿和谐波电压补偿两个控制目标,是一个亟待解决的问题。(3)多逆变器系统引发宽频带振荡机理分析大量分布式电源接入电网,在弱电网
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