分布式电源并网运行的有功无功解耦控制研究资料下载.pdf

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distributedgenerationsystem，grid-connectedoperation，decouplingcontrol，inputoutputlinearlization，linearcontrol华北电力大学硕士论文摘要摘要在传统能源日渐枯竭的背景下，分布式电源最引人注意的是其大规模应用的前景，即接入现已形成的电网并网运行。

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distributedgenerationsystem，grid-connectedoperation，decouplingcontrol，inputoutputlinearlization，linearcontrol声明尸明本人郑重声明：

此处所提交的硕士学位论文分布式电源并网运行有功无功解耦控制研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。

据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

学位论文作者签名：

违幺磊日期：

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皇9关于学位论文使用授权的说明本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：

学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；

学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；

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学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；

同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。

（涉密的学位论文在解密后遵守此规定）日期：

华北电力大学硕士学位论文11课题的背景第一章引言集中发电、远距离输电和大电网互联的电力系统是目前电能生产、输送和分配的主要方式，正在为全世界90以上的电力负荷供电。

这种形式也存在一些弊端【11，主要有：

对于偏远地区的负荷不能进行理想的供电；

不能灵活跟踪负荷的变化；

大型互联电力系统中，局部事故极易扩散，导致大面积的停电；

而电力系统越庞大，事故（如雷击）发生的概率越高。

因此可以说，现有的电力系统是既“笨拙”又“脆弱”的。

另一方面，强劲的经济发展对电能增长的需求高于计划增长速度，规划的发电、输送容量没有与电能的实际需求同步发展，在世界上一些经济发展较快的地区都出现了电力供应短缺的现象。

严重的电力短缺不仅直接影响了经济的发展，而且对社会乃至广大居民的日常生活也带来诸多不便。

在这种情况下，传统的做法只能是增加当地或区域的发电或输送容量，这样，需要巨大的投资，花费较长的时间，无法及时满足用户的用电需求，而分布式能量系统投资少、建设周期短，可以根据需求的发展随时增加或扩建，提供了最及时、最具有成本效益的电能生产方式。

在全球范围内正在进行的电力市场化改革又使得独立发电运营商成为可能，并有机会进入原本被电力系统垄断的发电侧电力市场，参与电力市场竞争。

在市场经济体制下，由国家垄断地进行能源基础设施建设投资的主体局面将会打破。

分布式发电技术为众多投资者提供了投资和获利空间，也增加了能源设施建设的投资渠道。

同时，世界范围内电力工业技术进步和地球资源日渐衰竭及人们对环境的关注，使得电力系统中形成了这个新的研究热点分布式发电（Dist矗butedGeneration）技术。

12本课题的研究意义分布式发电并网后会对电力系统的规划、设计、运行、控制及保护等各个方面造成影响。

随着DG应用的日益广泛，它们在电力系统的渗透率也越来越高。

若DG与电力系统并网运行，将会有一系列的问题产生，其一就是会对电网其它用户的电能质量产生潜在的影响。

未来是一个数字化的社会，对电能质量的要求将会越来越高。

任何由于谐波、瞬态、电压凹陷和扰动引起的偏离都会导致电能质量降低。

电能质量的好坏尽管对居民生活来说没有太大的影响，但是对工业生产和公司工作却有着巨大的影响。

片刻电能的丢失和陷落都会导致生产制造工序和计算机的重新启动，这样就会造成难以估计的损失。

然而，由于DG是由用户来控制的，因此将根据其自身的需要起动和停运DG，这可能使配电网的电压常常发生波动。

DG的频繁起动会使配电线路上的负荷潮流变化大，从而加大电压调整的难度，调节不好会使华北电力大学硕士学位论文电压超标。

未来的DG可能大量采用电力电子型电源，电压的调节和控制方式与常规方式会有很大不同，需要相应的控制策略和手段与其配合。

电力电子型的分布式电源易产生谐波，造成谐波污染。

而且不同类型的DG（即基于逆变器的DG和传统的旋转型DG）所产生的影响也会存在差别。

若分布式发电是旋转式发电机直接发出工频交流电则属于旋转型，例如水力发电；

而逆变器型的通常是指将直流电逆变上网的分布式发电，包括风力发电、光伏发电以及潮汐能发电等等。

分布式发电并网所产生的一系列问题特别是电能质量问题要求其具有强劲有效的并网系统，分布式发电的研究重点集中在分布式发电对电力系统的影响，而如何并网对电力系统影响最小乃至对改善电网电能质量产生积极影响是研究的热点【2】。

针对分布式发电所引起的较为严重的电压波动及谐波等电能质量问题，将先进的电能质量控制技术应用到分布式发电的并网系统中，研究并网系统的运行特性与控制技术，将是该领域的重要发展方向之一。

13本课题的研究现状随着人类对新能源的需求不断的增加，而利用新能源的关键技术就是如何将新能源转化成的电能与电网并网发电。

因此并网逆变器的研究也成为合理利用新能源的课题中的重中之重。

目前，可靠、高效和廉价的并网逆变器己成为生活中的迫切需要。

因此针对家庭中所使用的小型发电系统和大的局部电网馈能系统中并网逆变器的都需要进行深入的研究。

分布式发电通过并网系统与电力系统相连，一个完整的并网系统可以实现：

1）电能转换和调整。

在必要的情况下，电能转换功能将某种类型的电能转换为与常规电网相同。

2）保护功能监控DER的电能输入和输出、与常规电网的公共耦合点，以及DG不满足IEEEPl547标准所要求的正常运行条件时与常规电网的分离，例如过欠电压或频率的保护整定及反孤岛方案。

因此应具有电能转换单元和保护、测量及控制单元，实际应用中每个DG的并网系统所包含的组件并不一定相同，其具体选择受市场需求、技术特性以及相关规范和标准的驱动。

电源变换器作为电能转换装置，通过合理选择及控制，不仅可将DG所发电能转化为符合并网要求的电能，而且可有效改善系统接入点处的电能质量，从而有效减小DG并网对电力系统的冲击。

目前针对分布式发电系统的电源变换器研究尚不多见，电源变换器常应用于有源滤波、无功动态补偿等领域【3】。

分布式电源究竟适宜采用电压源变换器（vsC）还是电流源变换器（ISC）还没有定论。

电压源变换器易进行脉宽调制（PwM）、无差拍控制和重复控制等多种控制，有效实用，已经在风力发电、太阳能光伏发电等孤立系统中得到了初步应用【41。

应用中对VSC进行适当控制，能够确保分布式电源出口电压基本维持恒定，并保持严格的频率水平。

研2华北电力大学硕士学位论文究并网运行的分布式电源的逆变器接口及其外特性是解决分布式电源应用的关键之一。

DG通过电压源换流器VSC逆变接入电网。

而接有DG和储能的VSC通过一定的控制能独立地调节其输出的有功功率和无功功率，不同于单独的无功补偿，必须对DG的VSC并网系统及控制作进一步的研究；

同时，电力电子器件的容量和开关损耗是制约VSC容量的关键，研究低开关损耗的控制策略对vSC并网系统有着非常现实的意义。

分布式发电系统中并网逆变器的作用主要是实现分布式发电系统和电网之间的连接与电能交换，即一方面当分布式供电系统内部电能不足时，可以从电网吸收电能；

另一方面当负载很轻或电能充裕时可以把多余的电能回馈给电网。

因此并网逆变器在有功传输的基础上，即在传输有功的同时，还可以改善电网的电能质量的功能。

对于要求并网逆变器具备改善电网电能质量的功能，具体可以归结为它能实现补偿无功以及谐波抑制（有源滤波）两种功能。

在分布式发电系统的并网逆变器上实现上述两种功能也是目前基于并网逆变器研究方向上的热点。

14本文的主要工作本文的工作主要是针对分布式发电系统并网运行输出有功、无功功率的解耦控制，进而方便地实现无功补偿以及有源滤波等提高电能质量的功能而展开的，主要包括如下几个方面：

1）分布式发电系统并网运行的结构和原理研究。

2）分布式发电系统变流器的控制技术研究。

在分析空间矢量PWM基本原理的基础上研究减小变流器开关损耗的方法，并进行仿真分析。

3）研究逆变器的并网控制技术，将基于输入输出线性化的解耦控制技术应用到并网逆变器的控制系统中，实现了并网系统功率传输有功功率、无功功率的独立控制，以方便并网逆变器在传输有功功率的同时，实现有源滤波和无功补偿的功能。

4）当DG并联接入电网和负载之间时，为改善接入点的电能质量，实现谐波抑制，以及无功补偿功能做了研究，并得出仿真结果。

并进行相应的仿真分析。

华北电力大学硕士学位论文第二章分布式电源并网运行的工作原理分布式发电（DG）通过并网逆变器与常规电力系统并网运行。

从第一章可知DG并网会对电力系统产生的一系列负面影响特别是造成电能质量问题，本章将举例分析分布式发电引起的电能质量问题，继而阐述并网逆变器作为DG的并网系统的结构组成以及改善电能质量的工作原理。

21DG并网所引起的电能质量问题我们知道分布式发电技术分为很多种，引起的电能质量问题也各异，一一加以分析并不实际。

在这一节中将举例介绍DG引起的几个主要电能质量问题，如电压波动和闪变、谐波问题。

211电压波动和闪变随着越来越多的风电机组并网运行，风力发电对电网电能质量的影响引起了广泛关注。

风资源的不确定性和风电机组本身的运行特性使风电机组的输出功率是波动的，可能影响电网的电能质量，如电压偏差、电压波动和闪变、谐波等。

电压波动和闪变是风力发电对电网电能质量的主要负面影响之一【5】。

电压波动（voltagenuctuation）为一系列电压变动或工频电压包络线的周期性变化。

其变化周期大于工频周期。

在电能质量标准中，闪变以灯光闪烁对人眼视感的影响来反映供电电压的波动程度。

电光源的电压波动造成灯光照度不稳定的人眼视感反应称为闪变，闪变是人对照度波动的主观视感。

闪变不仅与电压波动的幅值有关，而且与电压波动的频率和波形、照明灯具的性能及人的视感因素有关。

闪变的最大觉察频率范围为O0535Hz，最大敏感频率为88Hz。

根据国家标准电压波动和闪变（GB123262000），对电压波动和闪变的限值如表21和表22所示。

对于很少的变动频度（每日少于1次），电压变动限值还可以放宽。

对于随机性不规则的电压波动，依95概率衡量，表中标有“妒的值为其限值。

本标准中系统标称电压UN等级按以下划分，低压（UN1kV），中压（1kVUNS35kV），高压（35kVUNS220kV）。

标准中只，和尸f每次测量周期分别取为10min和2h，中压括号中的值仅适用于PCC连接的所有用户为同电压级的用户场合。

4华北电力大学硕士学位论文表21电压变动限值并网风电机组不仅在持续运行过程中产生电压波动和闪变，而且在启动、停止和发电机切换过程中也会产生电压波动和闪变。

典型的切换操作包括风电机组启动、停止和发电机切换，其中发电机切换仅适用于多台发电机或多绕组发电机的风电机组。

这些切换操作引起功率波动，并进一步引起风电机组端点及其他相邻节点的电压波动和闪变。

影响风力发电引起的电压波动和闪变的因素很多，如风况（平均风速和湍流强度等）、风电机组类型、控制系统（桨距和速度控制等）和电网状况（风电机组公共连接点的短路容量、电网线路剧尺比和公共连接点所连接的负荷特性）等。

1）风况对并网风电机组引起的电压波动和闪变影响很大，尤其是平均风速和湍流强度。

随着风速的增大，风电机组产生的电压波动和闪变也不断增大。

当风速达到额定风速并持续增大时，恒速风电机组产生的电压波动和闪变继续增大，而变速风电机组因为能够平滑输出功率的波动，产生的电压波动和闪变却开始减小。

湍流强度对电压波动和闪变的影响较大，两者几乎成正比例增长关系。

并网风电机组类型和控制系统对风电机组的电能质量影响也很大。

2）并网风电机组公共连接点短路比和电网线路朋R比是影响风电机组引起的电压波动和闪变的重要因素。

风电机组公共连接点短路比越大，风电机组引起的电压波动和闪变越小。

合适的剧尺比可以使有功功率引起的电压波动被无功功