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產品知識

采用APF和SVC改善微網電能質量

采用有源濾波器和靜止無功補償裝置聯合運行的方式來提高孤立運行的微網電能質量，其中有源濾波器接在分布式電源逆變器出口側，濾除諧波電流，其電流檢測采用ip－iq法，跟蹤控制采用無差拍控制與空間矢量脈沖寬度調制的方法；靜止無功補償裝置，由晶閘管控制的電抗器和晶閘管投切的電容器組成，安裝在微網負荷側，隨負荷需求供給無功，維持負荷側電壓穩定，減小系統網損，并提高電能質量。經實驗證明了該聯合系統對提高微網電能質量是有效的。
　　在能源需求與環境保護的雙重壓力下，既清潔又可再生的分布式發電技術獲得了極大的發展；與此同時，分布式電源DG（Distributed Generation）的接入也帶來了不小的負面影響，它發電的間斷性，增加了配電網潮流的不確定性，影響電壓的穩定性，同時產生諧波等。現在分布式發電供能系統多以微網方式接入電網并網或孤立運行。它是從系統角度將分布式發電單元與負載組成單一的可控單元，是集成多個DG和負荷的獨立系統。微網在一定程度上克服了分布式電源的缺陷。
　　與傳統配電網相比，微網的特殊網絡性質和運行特點，以及包含其中的眾多儲能設備、檢測控制設備都使微網電能質量問題有了許多新的特點。本文采用有源電力濾波器APF（Active Power Filter）和靜止無功補償裝置SVC（Static Var Compensator）聯合補償的方式，對微網進行電能質量的改善。另外本文假設微網在孤島模式下也能夠提供負載所需的有功功率，所以微網頻率始終可以保持穩定。
1 APF的檢測和控制
1.1 APF的工作原理
　　APF按接入電網的方式，分串聯型、并聯型、串－并聯型三種結構，本文采用并聯型結構，并聯型APF投切靈活，各種保護也相應簡單，技術上比較成熟。并聯型APF的工作原理為：通過產生與檢測電流中的諧波和無功分量大小相等、相位互差180°的補償電流注入電網，使網側電流成為與電網電壓同相的正弦波，從而達到凈化電網的目的。因此并聯型APF技術的關鍵在于補償電流的檢測和補償電流跟蹤控制兩個環節。
1.2 APF的檢測方法
　　目前常用的諧波檢測技術都是基于三相電路瞬時無功功率理論，主要的檢測方法有兩種p－q法和ip－iq法。由于電網電壓含有畸變和不對稱分量時，p－q法得到的有功電流將是與電壓具有相同頻率、相位和波形的畸變波形，而ip－iq法中電網電壓不對稱造成的正弦信號相位偏差對不對稱分量對諧波的補償沒有影響。本文采用后者作為諧波檢測方法。
　　電流諧波檢測系統先利用PLL（phase locked loop）鎖相環節獲得與電網a相電壓同頻同相位的正弦信號sinωt和對應的余弦信號cosωt，通過矩陣將電流從abc靜止坐標系變換到dq0旋轉坐標系，IpIq經過低通濾波器LPF后獲基波對應的ipiq，經過反變換獲得基波電流ifabc，諧波電流值可通過含諧波的電流與基波電流差值得到。
1.3 APF的電流跟蹤控制方法
　　APF在獲得指令電流信號后，產生的實際補償電流應能實時跟蹤指令電流的變化，這就要求APF的控制方法有很好的實時性。基于并聯型APF的電流控制方法比較多，本文采用無差拍控制與空間矢量脈沖寬度調制SVPWM（space vector pulse width modulation）結合的方法。
　　無差拍控制是數字系統特有的一種控制方式，容易數字化，性能較傳統方法有很大的提高，效果是在每一個采樣點上系統的輸出都與其指令一致，沒有任何相位滯后和幅值偏差。數字系統能實現無差拍控制是因為系統下一拍的輸出量總是可以表示為當前時刻的輸入控制量與系統狀態變量的線性組合。
　　無差拍控制這個環節在功能上實現了把對電流諧波的跟蹤控制轉換為對電壓諧波的跟蹤控制，從而為后面的SVPWM提供了可供跟蹤的電壓參考量。SVPWM與傳統的調制方式相比，電流畸變率小，直流電壓利用率高，補償效果好，尤其是非常適合數字化和實時控制。
2 SVC的工作原理
　　SVC裝置一般并聯于電路中，可以快速連續的調節無功功率來維持線路電壓水平恒定，具有性價比高、技術成熟和可靠性高等優良性能。SVC的構成形式很多，但基本元件是晶閘管控制的電抗器TCR（thyristor controlle dreactor）和晶閘管投切的電容器TSC（thyristor switched capacitor）。
　　晶閘管控制電抗器（TCR型）是根據母線上無功功率的變化，控制晶閘管的觸發角a調節電抗器的感性無功。晶閘管投切電容器（TSC型）是根據負荷感性無功功率的變化，通過反并聯晶閘管來投入或切除電容器。SVC將TCR和TSC共同配合，克服了之前單靠電容器投切的進行無功補償的不連續性，利用晶閘管作為固態開關來控制接入系統的電抗器和電容器的容量，使所需無功功率作隨機調整，從而維持系統或負荷側電壓的穩定。
4 結語
　　本文微網（運行于孤島模式）進行電能質量研究，在綜合考慮電能質量改善的效果和經濟性后，采用APF接在分布式電源側快速實時實現諧波濾除功能。實驗結果表明，加入電能質量改善系統的微網系統電壓保持穩定，電流畸變大大降低，微網電能質量有了明顯提高，從而驗證了電能質量改善系統的有效性。

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