并、串聯補償在分布式發電系統中的運用

摘 ?要：隨著分布式發電在電力系統中的占比不斷增大，分布式發電在生產生活中的作用也愈發重要。由于分布式發電發展快、并網標準不一，為此存在電壓不穩定、諧波量較大、穿越能力不強等不利因素，這些因素會影響電力系統供電質量及分布式發電的使用效率。串聯補償對電壓穩定性有明顯效果，并聯補償則對系統的電流、諧波及負載適應性有積極作用。文章對并、串聯補償在分布式發電系統中的應用及仿真進行了詳細的介紹。

關鍵詞：串聯補償;并聯補償;分布式發電

中圖分類號：TN713+.8 ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2021）24-0035-06

Abstract： With the increasing proportion of distributed power generation in power system， the role of distributed power generation in production and life is becoming more and more important. Due to the rapid development of distributed power generation and different grid connection standards， there are adverse factors such as unstable voltage， large amount of harmonic wave and weak ride through capacity， which will affect the power supply quality of power system and the use efficiency of distributed power generation. Series compensation has obvious effect on voltage stability， while parallel compensation plays a positive role in current， harmonic wave and load adaptability of the system. This paper introduces the application and simulation of parallel and series compensation in distributed power generation system in detail.

Keywords： series compensation; parallel compensation; distributed power generation

0 ?引 ?言

隨著分布式發電的迅速發展，其已在全世界范圍內普及，成為家喻戶曉一種發電形式。也正是由于推廣速度之快捷，使得其固有的一些問題還處于重要的研究和改善階段，如電網中運用并、串聯補償技術實現對電網電壓穩定、電流平衡、諧波治理等多方面改善優化研究[1-3]，以及并、串聯補償設備在實際生產過程中的使用研究[4，5]，都取得了不錯的成效。但對于并、串聯聯合使用的研究還存在控制系統設計煩瑣、模塊分立、轉換效率低等方面的問題，本文將對并、串聯補償在分布式發電中的應用和模型仿真做詳細闡述。

1 ?串聯補償在分布式發電中的應用及仿真

由于本文研究的是以分布式發電為基礎的補償系統，這里以變耦式串補為例進行分析。對于三相系統而言，主要由兩個串聯互感器BT1和BT2組成，其中BT1的主要作用是實現對被補償電壓數據的采集和變換，BT2則是實現對電壓的補償，而隨著電壓變化則可以通過分布式發電能源的分配來實現，其原理結構示意圖如圖1所示。

由結構原理圖進行等效代換可以得出其等效原理圖，設定互感器BT1和BT2的互感系數分別為k1和k2，則中間互感器系數可以表示為，由三相電路的平衡性可知，單相變化規律滿足三相變化情況，只是相角之間相差120°，因此可以得出單相等值電路等效圖，如圖2所示，下面對等值電路進行分析。

2 ?有源串聯補償模型及分析

2.1 ?有源串聯補償

目前有源串聯補償的方式通常有兩種：（1）基于諧波電流檢測的電壓補償模式。（2）基于諧波電壓檢測的電壓補償模式。兩種方式本質上是通過電容本身的容抗特性與線路中的感抗相互作用，來抑制諧波，這樣既可以使線路的總電抗降低（使得線路的總體電壓損耗減小），也可以阻止電網與電阻之間產生諧振，提高系統的穩定性。有源串聯補償在對系統無功補償、防止電壓瞬變以及三相不平衡方面有著良好的效果[6]。有源串聯補償拓撲結構圖如圖3所示。

2.2 ?分布式有源串聯補償模型

該系統以電網及分布式發電系統為基礎，通過電源調節器對分布式發電電源進行分配，實現電壓大小及相位的調節，減小線路總阻抗，從而實現對系統的無功功率補償，這樣既可以實現對無功功率的瞬時補償，同時多余的電量也可以輸入電網，既提高了電能質量，也提高了分布式發電的使用率，圖4為分布式有源串聯補償模型示意圖。

2.3 ?有源串聯補償仿真

為真實反映日常生產生活情況，本系統以配電網為例，設系統初始狀態為三相不平衡過電壓狀態，且三相電源波動范圍在1.1～1.3 pu之間，分布式發電通過能源管理器對系統供電的同時，對系統進行電壓補償。根據圖4分布式有源串聯補償模型及電力系統和分布式發電特性，在MATLAB中，simulink系統可以構建出有源串聯補償仿真模型，如圖5所示。

系統以電源三相不平衡調節為基礎，且三相過電壓情況不同，變化范圍在1.1～1.3 pu之間，通過仿真可以發現，即使系統初始狀態三相電壓變化各異，但通過串聯補償后系統電壓都呈穩態變化，且三相電壓相等，均為311 V。補償過程系統電壓變化情況如圖6所示。

串聯補償后，負載電壓變化平穩，符合電壓變化規律，且幅值基本無誤差，系統負載電壓變化情況如圖7所示。

串聯補償后負載電流存在諧波影響，呈波動變化，負載電流變化情況如圖8所示。

圖6為電網電壓變化過程，在開始的0.1秒內，三相電壓呈不平衡過電壓變化，而進行補償后，如圖7所示，電壓呈穩態變化，且峰值保持311 V不變，說明該系統在串聯補償過程中對電壓的補償效果良好。但從圖8負載電流情況來看，依然存在諧波影響，對電流補償效果欠佳。

3 ?并聯有源補償分析及仿真

3.1 ?并聯有源濾波基本原理

并聯有源濾波過程原理主要是通過電流信號檢測及調制，產生一個與負載諧波大小相等、方向相反的補償電流，并與電源側電流疊加，最終形成穩定的正弦波電流。其原理圖如圖9所示。

而要實現對電流的補償，首先要采集諧波電流，然后對諧波電流進行分析，再擬定補償策略，實現對電流及無功的補償。

3.2 ?并聯有源補償模型分析

以三相并聯有源補償系統為例，參見如圖10所示的系統原理圖，其中e為電源;R為電源側等效電阻;L為有源濾波交流電感;C為有源濾波電容;is、il、ic分別為電源電流、負載電流及補償電流;Vdc為有源濾波直流電壓;C0為高頻濾波電容，其值一般較小，主要起高頻信號過濾作用，對補償系統影響不大。因此，對于三相對稱系統則有：

3.3 ?ip-iq控制策略

三相電路各相電壓和電流的瞬時值分別為Va、Vb、Vc和ia、ib、ic，將其通過坐標變換變換到α-β兩相正交的坐標系，得到兩相瞬時電壓Vα、Vβ和lα、lβ，具體變換情況為[6]：

3.4 ?并聯有源濾波仿真及分析

以分布式發電并聯有源補償為例，如圖12所示?；具^程為：首先對系統進行數據采集，采集的數據經ip-iq轉換，轉換后的數據反饋給能源管理器，能量管理器根據需要對系統進行補償，其余的電流電壓以電能的形式輸入電網。根據分布式發電并聯有源補償模型，再結合電力系統及分布式發電特性，在MATLAB simulink中確立并聯有源濾波仿真模型，如圖13所示。

由仿真過程信號跟蹤情況可知，整個過程除突變瞬間出現信號跟蹤失真外，其他時間段的信號情況都很好，如圖14所示。

由圖14、圖15、圖16可知，除系統電壓發生突變瞬間系統信號突變外，其余時間信號正常，通過對電流前后變化對比可以得出，并聯有源濾波后，系統的電流呈正弦變化，且諧波分量小，但電壓存在突變現象。

電壓諧波量，其變化情況整體上比較平穩，如圖15所示。

圖16顯示了濾波后電流電壓變化情況，電壓在突變瞬間，呈現明顯增值;濾波后電流呈正弦波形變化。

4 ?結 ?論

以分布式電源并、串聯補償為例，充分分析了并、串聯過程中串聯補償電壓、并聯補償電流原理及其仿真效果，可以得出串聯補償對電壓補償效果良好，仿真可以達到無誤差程度。并聯有源濾波對電流的補償效果較好，但依然存在諧波量，主要反映出兩方面問題：一是參數配置方面還存在優化的可能;二是可以通過組建環網的形式加以修正。因此，對于分布式電源接入系統，通過自身電流電壓對系統的補償而言是可行的，同時也大大提高了系統的電能質量及分布式電源的穿越能力。

參考文獻：

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[3] 劉文邈，賈清泉，孫玲玲，等.計及多功能逆變器貢獻的電壓檢測型APF分布式諧波治理優化配置 [J/OL].中國電機工程學報：1-15.[2021-11-02].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2107.TM.20210701.1500.004.html.

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作者簡介：吳坤華（1982—），男，漢族，江西上饒人，講師，碩士研究生，研究方向：電力工程、新能源發電。