復雜運行狀態下微電網并網諧波電流抑制方法的設計與驗證

王 鈞

南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京 211102

0 引言

社會的進步與科技的發展都離不開能源的支持。近年來，各個領域的不斷發展、更新、變化，給能源造成了極大的壓力，環境污染等問題也日益加重。面對這樣的情況，各國相繼提出了多種具有針對性的政策來進一步規范能源的開發與使用，微電網技術在這個過程中逐漸被人們所認識、了解。經過多年的研究，微電網技術得到了廣泛的應用[1]。微電網技術主要以火力發電為主，可以在固定的控制執行模式標準中，實現預期的電力獲取與存儲[2]。與傳統大電網不同的是，微電網內部由大量的分布式儲電和發電單元構成，這些單元在電網運行的過程中會形成循環式的電力運輸體系，并且具有較強的靈活性，在不同的環境下，可以快速應變，一旦微電網出現異常或者故障，也會及時作出反應[3]。例如，當太陽能電池或者風電機組輸電時，微電網會利用自身的大量接口通過信道傳輸電力，并且可以關聯逆變器，避免電力外漏[4]。近年來，隨著我國電力系統的不斷優化，微電網的覆蓋范圍逐步擴大，在復雜運行狀態下，并網諧波產生電流的抑制效果會受到一定的影響[5]。因此，需要對復雜運行狀態下微電網并網諧波電流的抑制方法進行設計[6]。需要創建復雜的運行環境，并且通過科學的方法獲取諧波的數據信息，在確保最終抑制效果的同時，也保證微電網的穩定運行，綜合提升在復雜運行條件下的諧波抑制技術水平。

1 微電網并網諧波電流抑制方法的設計

1.1 LCL多諧振恒功率目標的設立

在設計微電網并網諧波抑制方法之前，需要計算LCL多諧振恒功率目標參數，并創建對應的復雜運行環境。復雜運行環境即運行期的系統，通常是指半編譯的運行碼在目標機器上運行的環境，并且是一種介于編譯器和直譯器之間的電流處理方式，如Java運行環境。對此，需要獲取微電網中的初始數據信息，并且將其匯總整合，更改電網的設計運行指令，計算轉換比例，計算式如下：

式中：P為轉換比例；D為無功功率參考值；A為電壓分量；δ為執行誤差。

通過以上計算，可以得到實際的轉換比例。依據對應的比例將相關數據轉換成指令，并將指令添加到微電網的運行環境；修改諧波的振動頻率，確保其在電容電流的運行范圍之內；將執行控制區域設定為多目標的執行狀態，完成復雜運行環境的創建。在此基礎上，進行LCL多諧振恒功率的估算，計算式如下：

式中：V為LCL多諧振恒功率；β為諧振函數；α為功率誤差范圍。

通過以上計算，可以得到實際的LCL多諧振恒功率。以此功率作為初始抑制的標準，結合復雜的運行環境，設立抑制目標。

1.2 復雜等效并網抑制模型的構建

等效抑制與傳統的抑制方法相比，更加適用于復雜的微電網運行環境。主要是因為這種抑制模型足夠靈活，并且可以在不同的運行狀態下自由切換，保持微電網中電壓及額定電流的穩定。等效抑制模型通常采用VSG執行協議來實現，需要安裝逆變器，通過快速跟蹤側電感電流As及內環電壓Us，全面提升電網整體的動態響應速度。逆變器側電感電網結構如圖1所示。

根據圖1和相關的執行順序，在復雜運行環境下，需要采用準PR的多核控制器，并更改逆變器的控制范圍，添加與執行同功率的等效阻抗，使其滿足ZL1=2sL1+r1的條件。其中，Z為等效擾動量；L1為擾動負載，s為導線的截面積；r1為等效阻抗。在這個范圍之內，計算等效擾動量，計算式如下：

圖1 逆變器側電感電網示意圖

式中：Z為等效擾動量；ψ為傳遞函數；?為增益范圍。

通過以上計算，可以得到實際的等效擾動量。將其作為模型的諧波抑制標準添加進模型，完成復雜等效并網抑制模型的構建。

1.3 通過前饋諧波導納實現微電網并網諧波電流的抑制

在構建復雜等效并網抑制模型之后，需要通過前饋諧波導納實現微電網并網諧波電流的抑制。一般情況下，為了更好地抑制電流的諧波，可以改變諧波對應的頻率，并通過固定前饋與實際前饋之間的對比差值來進行諧波的導納，使導納差值電波與等效諧波進行抵消，實現諧波的抑制。因此，需要依據實際情況，設定固定前饋與動態前饋的標準，具體如表1所示。

根據表1中設定的標準，完成導納。在此基礎上，結合數據信息，計算導納差值，計算式如下：

表1 前饋標準設定表

式中：T為導納差值；?為前饋總量；?為導納諧波終值；N為導納誤差。

通過以上計算，可以得到實際的導納差值。利用設備測量等效諧波的數值，將其與導納差值相抵消，可以實現微電網并網諧波電流的抑制。

2 微電網并網諧波電流抑制方法的驗證

2.1 驗證準備

文章主要在復雜運行的背景下，對微電網并網諧波電流抑制方法進行驗證，以確定最終的抑制程度。對此，需要選取一個穩定網絡與互聯網相關聯，并將其作為驗證對象。在驗證準備階段，需要搭建微電網的驗證環境，并設置相關參數，具體如下：將微電網與MATLAB的Simulink處理平臺關聯，配電網的電壓設定為220～380 V，電池的儲能電壓確保在320 V以下，額定功率為28 kW，額定電流的范圍為1 500～2 200 A，線路阻抗為0.517+j0.371（其中j表示根號運算）。驗證環境搭建完成之后，檢查相關設備，查看設備是否處于穩定運行狀態，并且確保不存在影響最終驗證結果的外部因素。完成以上設定依據核查之后，開始驗證。

2.2 驗證過程及結果

此次驗證的對象共分為兩組，一組使用傳統的PI調節諧波抑制法，將其設定為傳統的PI調節諧波抑制驗證組；另一組使用文章設計的方法，將其設定為復雜等效諧波抑制驗證組。兩組同時進行驗證。根據上述方式創建驗證環境，進行諧波抑制的驗證，具體的驗證流程如圖2所示。

圖2 微電網諧波抑制流程圖

使用圖2中的抑制流程，最終可以得到兩組驗證結果，如表2所示。

表2 諧波抑制結果

根據表2中的數據信息，最終可以得出以下結論：在相同的驗證環境中，相比于傳統的PI調節諧波抑制驗證組，復雜等效諧波抑制驗證組得到的電壓畸變率較小，抑制效果較好。諧波抑制效果示意圖如圖3所示。

由圖3可知，文章設計的方法對于諧波的抑制效果更佳，誤差僅為6.19。這表明在復雜的運行狀態下，諧波逐漸被抵消，并降至國家標準規定的5%以下，抑制效果較好，具有更強的應用性和可靠性。

圖3 諧波抑制效果示意圖

3 結束語

綜上所述，文章設計、分析了復雜運行狀態下微電網并網諧波電流的抑制方法。這種抑制方法更加可靠、科學，并且在復雜的運行環境下可以對微電網中的諧波進行有效抑制，作用范圍更大。在抑制的過程中可以建立依賴關系，降低微電網對應的負荷值，縮短抑制時間，可以更好地辨別抑制狀態，在一定程度上增加了成功率，進一步提高了整體的抑制效率和質量。