一種微電網背景下的新型電能質量調節器

摘要：針對微電網中的電能質量治理問題，提出一種用于改善電能質量的補償裝置設計方案。它在原有混合型有源電力濾波器(HAPF)基礎上增加了分布式電源及儲能元件，采用一種改進型id-iq復合指令電流檢測及合成實現方法，較好地實現了一機多能的要求。該裝置在有效解決微電網諧波和無功電流補償的同時，也能較好地實現分布式電源并網發電功能，最大程度節約了治理成本。仿真與實驗運行數據表明，該設計方案有效、可靠。
關鍵詞：微電網；調節器；電能質量；有源電力濾波器

1 引言
隨著微電網在電網系統滲透率的不斷提高，電網將面臨由分布式電源及非線性負載所引起的電能質量問題。改善電能質量的工程應用中，并聯HAPF有著廣泛應用。由于非線性負載的時變特性，HAPF常處于低功率工作狀態。另外微電網中分布式電源具有極強的間歇性和隨機性，導致逆變器輸出容量浪費。近年來，開發微電源并網逆變器的剩余容量來改善電網電能質量的問題開始得到關注。在此提出一種微電網電能質量調節器的設計方案，實現了多功能化。采用一種改進型id-iq復合指令電流檢測及合成實現方法，實驗運行數據表明，提出的設計思路與方案可行。

2 新型電能質量調節器設計與原理
2．1 微電網新型電能質量調節器拓撲結構
在HAPF系統中，當直流側電壓超出給定值時，APF將通過并網逆變器向電網注入有功電能來降低直流側的電壓，意即可通過提高APF直流側的電壓，來實現把直流側電能以有功電能形式注入電網的目標．這也是在微電網HAPF系統上實現分布式電源并網發電的理論基礎。微電網新型電能質量調節器HAPF的拓撲結構如圖1所示。

該拓撲由并網逆變器及其控制單元、無源濾波器(PPF)組、微電網分布式電源及儲能單元組成。并網逆變器直流側與儲能單元及分布式電源相連，交流側通過電抗和電力電容器與電網相連，電抗和電力電容器將調諧至某固定次諧波，構成單調諧無源LC濾波器，其中，原有APF逆變器交流側輸出濾波電感被包含在單調諧無源LC濾波器電感中。與常規并聯APF比較可見，僅增加了一個調諧電容器，既保持了最簡單的結構，又具有混合補償裝置的諸多優點。并且，當并網逆變器因故障而不得已旁路后，由于單調諧無源LC濾波器的存在，裝置仍可起到一定的濾波作用。
當裝置工作時，電網基波電壓均施加在并網逆變器交流側電力電容器上，最大限度地降低APF逆變器的容量，同時PPF組裝設在負載側實現就地補償，APF中直流側電壓遠低于電網基波電壓，分布式電源可與并網逆變器直接相連而不再需要升壓變換電路，提高了分布式電源并網發電的效率，降低了成本。
2．2 微電網新型HAPF工作原理
圖2示出微電網新型HAPF單相等效電路。其中直流側帶微電網分布式電源和儲能單元的并網逆變器被等效為一個理想的受控電壓源uDG，電網中非線性負載可被等效為一個理想的電流源。