本文是一篇电力论文，电力系统中，发电厂将天然的一次能源转变成电能，向远方的电力用户送电，为了减小输电线路上的电能损耗及线路阻抗压降，需要将电压升高；为了满足电力用户安全的需要，又要将电压降低，并分配给各个用户，这就需要能升高和降低电压，并能分配电能的变电所。（以上内容来自百度百科）今天为大家推荐一篇电力论文，供大家参考。
1 绪论
1.1 研究背景与意义
近年来，全球能源安全问题日益突出、环境污染问题日益严峻，太阳能、风能、潮汐能等可再生能源越来越受到人类的重视。因此，相关学者提出了一种更加环保、经济、灵活的分布式发电(Distributed Generation, DG)【1-2】。DG技术的应用提高了可再生能源的利用率，改善了化石能源日益枯竭及其发电带来的环境污染和气候变化等问题【3】。DG是一种在用户端分散供能的方式【4】，适应分散的能源分布，可以作为电网供电的补充，也可以作为电力系统中的备用容量。为了提高DG在电网中的接入比例，缓解其对电网的冲击，一种新型的电网结构——微电网（Microgrid, MG）被提出。MG是由分布式电源、储能装置、负荷和监控、保护装置等设备组成的小型电网系统，可以并网运行，也可以孤岛运行【5-6】。MG并网运行时，其与大电网通过并网开关连接在一起，PCC点电压由大电网支撑，电压质量较好；MG孤岛运行时，MG中的分布式电源给负荷供电，PCC点电压由电压型分布式电源提供支撑，此时MG的电压易受负荷波动影响【7】。DG 具有间歇性和随机性，如果其接入电网的比例较高，将会对电网的电压质量造成很大影响。孤岛运行时，MG 中源和负荷之间的有功功率供需不平衡会造成 PCC 点电压频率偏移或波动；当负荷吸收无功功率时，无功在输电线路上传输会造成负荷端电压幅值下降；如果短时间内负荷吸收大量无功，在电压幅值上会形成一个凹陷【8】；对于非线性负荷，由于 MG 的弱电网特性，其线路阻抗较大，谐波电流会影响 PCC 点电压发生畸变；由于 MG 总容量有限，如果大功率感性或容性负荷发生突变，会引起电压相位突变【9】。同时，大部分新能源发电技术所发出电能的电压和频率无法直接接入电网，需要通过并网变流器等电力电子装置才能接入，这些装置的大量引入也会带来一些电压质量问题【10-11】。这些非理想的电网环境会使传统电压相位检测产生误差。依据电压质量调节器的工作机理可知，快速准确地检测电压相位是保证其功能实现的依据。因此找到一种能够在电压频偏、波动及畸变等非理想条件下精确快速检测电压相位的方法具有重要的研究价值和实际意义。
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1.2 微电网电压质量国内外研究进展
分布式供电系统与传统大电网相比主要有两点不同：（1）电源的输出特性复杂；（2）线路阻抗较大【14】。分布式电源主要是利用可再生能源发电，随机性较大，输出功率具有明显的不确定性。因此，MG 的运行和控制更加困难，其电压质量的分析与控制也更加复杂。目前，MG 中对电压质量的控制主要分为两类：利用变流器等电力电子设备，通过设计更加合理的控制策略跟踪电压和功率的变化来调节电压；综合利用有功和无功调节装置对电压进行调节。MG 中具有较多随机变化的可再生能源和负荷，容易造成电压频率偏移和相位突变。同时，负荷突变期间电压频率的测量也会产生较大偏差。另外，本文中变流器 1 采用传统的下垂控制来模拟同步发电机的电压和频率的一次调节，孤岛运行时 MG 的实际电压和频率与额定电压和频率存在较大偏差。文献【15】提出了一种在 PV 下垂控制环路中增加了对频率和电压的调节单元的 NPV 下垂控制，在分布式电源并网时对频率和电压进行二次调节；文献【16】提出了一种根据实际输出功率大小动态调节下垂系数的自适应下垂系数法，该方法有效的减小了电压幅值和频率的波动。文献【17】提出了一种改进的自适应修正下垂系数方法，有效的减小了由线路阻抗或本地负荷不一致而引起的功率分配不均。MG 中负荷的三相参数不对称以及大量的单相负载接入都会导致电压不平衡。另外，MG 的线路阻抗不可忽略，电压易受非线性负荷的谐波影响，从而发生畸变。传统的无源装置（如无功补偿电容、调谐滤波器等）结构简单、成本低，但可能会在 MG 中引起谐振。因此，目前通常通过接入动态电能质量补偿装置（如有源电力滤波器、静止同步补偿器、统一电能质量调节器等）来提升 MG 的电能质量。文献【18】通过向正序控制坐标系中注入需要补偿的负序分量，并引入 PR 控制器对其进行无差跟踪来抑制电压谐波的影响；文献【19】提出了一种有功和无功电流灵活控制指令参考电流，且能协调功率的控制方法；文献【20】提出了一种基于细粒度谐波检测法来柔性治理谐波，该方法充分利用了变流器的动态剩余容量，且不受负荷动态变化的影响。
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2 交流微电网中变流器的控制策略及主电路参数设计
本课题所研究的MG系统如图 2-1 所示。变流器 1 为对MG提供电压支撑的电压源型变流器，采用下垂控制策略；变流器 2 为电压质量调节器，通过向MG注入有功、无功和谐波电流来抑制PCC电压的频偏、幅值波动和畸变等问题，因此是电流源型变流器。
2.1 变流器的控制策略
2.1.1 电压源型变流器的下垂控制
本文变流器1是电压源型变流器，为MG提供支撑电压，采用下垂控制，其基本原理如图2-2所示。当变流器1输出的有功功率为P0，无功功率为Q0时，则其输出电压的频率为f0，幅值为U0，系统运行于图2-2中的A点；当变流器1输出的有功和无功功率变为P1和Q1时，输出电压的频率和幅值按照图2-2所示的P-f和Q-U曲线变化，变流器1在P-f和Q-U曲线上寻找新的稳定工作点，即B点。此时电压的频率为f1，幅值为U1。如果各个变流器的下垂斜率相同，则其输出的功率相同，若要改变变流器的出力，只要改变下垂系数即可。下垂控制本质上是电压源型变流器的控制方法，常用于MG的孤岛运行模式下。MG 中的变流器 2 为电压质量调节器，主要通过补偿有功、无功及谐波电流来抑制PCC 电压的频偏、幅值波动和畸变，因此采用对电流进行控制的方式。由于三角载波控制开关频率恒定，装置安全性较高，故本文采用三角载波调制法，该方法的原理是：将实际补偿电流与电流指令信号的差值经 PI 控制器调节后作为调制波，而后与高频三角载波进行实时比较，从而得到不同时刻变流器的开关状态。
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2.2 变流器的主电路参数设计
由于开环锁相方法存在诸多的不足，经过人们的不断研究改进，提出了闭环锁相。基于乘法鉴相的锁相环是将输入信号和输出信号的乘积通过滤波器滤除二倍频分量，得到两者之间的相位差，再通过 PI 控制器调节实现锁相，由于滤波器的存在导致系统带宽受限，锁相结果不理想【32】；单同步坐标系锁相环主要是通过使用闭环反馈的输出电压相角信息来计算得到实际运行电压的无功分量，再经过 PI 调节器对其调控至零实现锁相。但当电压三相不平衡时，由于 2 倍频负序分量的存在，导致锁相结果不准确【33】；双同步坐标系解耦锁相环主要是在三相电压不平衡情况下，对正、负电压通过解耦来实现两者分离，获取正、负序电压分量的相位，动态性能较好，但其对低次谐波的抑制能力较差，锁相性能不佳【34-35】；双二阶广义积分器锁相环是利用二阶广义积分器来实现 坐标系下的输出电压产生90 移相信号，再通过正负序分量计算提取出基波正序电压分量，电压在不同工况下自适应效果都较好，能够实现对输入电压相位的有效跟踪，但二阶广义积分器输出信号受输入信号直流偏置量影响较大，会对输出的q轴无功分量产生频率为 50Hz 的交流量，难以准确实现锁相功能【36】。
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3 电压相位和电流检测算法研究............ 11
3.1 电压相位检测算法.... 11
3.1.1 传统锁相环的误差机理.... 11
3.1.2 基于 VSF 的电压相位检测算法......... 13
3.2 电流分量检测算法.... 16
3.3 仿真结果及分析........ 19
3.4 实验结果及分析........ 22
3.5 本章小结........... 24
4 交流微电网中电压质量调节器的控制策略研究........... 25
4.1 微电网中的电压质量问题.......... 25
4.2 电压质量调节器的控制策略...... 26
4.3 仿真结果及分析........ 28
4.4 本章小结........... 34
5 交流微电网实验系统设计 .......... 35
5.1 微电网系统实验平台......... 35
5.2 微电网系统控制软件设计.......... 41#p#分页标题#e#
5.3 微电网系统实验结果及分析...... 44
5.4 本章小结........... 49
5 交流微电网实验系统设计
为进一步验证本文所提控制策略的有效性，本文搭建了 MG 的实验平台，其中变流器 1 使用 Myway 实验平台，变流器 2（电压质量调节器）实验平台是以 TMS320F28335芯片为核心，应用主电路板、采样板、控制板、调理板等搭建而成。本章设计了 MG 的相关硬件电路和软件方案，并在 MG 实验平台上对第四章的相关控制算法进行了验证。
5.1 微电网系统实验平台
在本文中，将图 5-1（a）所示的型号为 MWINV-9R144 的 My Way 实验平台作为变流器 1，该平台包含不控整流和逆变两部分。图 5-1（b）为变流器 2 的主电路，该平台主要包含控制板、采样板、调理板和主电路。控制板是将电压、电流等信号经过调制后产生 PWM 波，从而控制主电路开关器件的通断。图 5-2 为基于 TMS320F28335 芯片的系统控制板，下面对主要部分的功能进行介绍：A—主控芯片；B—将 3.3V 的电压信号转换为 5V 的电压信号，供驱动电路使用；C—DAC芯片，可以将数字量转换成模拟量输出；D—MUX485 芯片，与上位机进行通信；E—RS485外部通信接口；F—JTAG 仿真接口，通过仿真器连接至上位机；G—过压、过流指示灯；H—电源芯片，为控制板提供 3.3V 的电压；I—测试端子。
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总结
本文以 MG 中的弱电网特性为背景，对 MG 中的电压频偏、波动及畸变等抑制策略进行研究。其中，变流器 1 支撑公共连接点电压幅值和频率，变流器 2 通过发出有功电流、无功电流和谐波电流来抑制 PCC 点电压频偏、畸变及不平衡等电压质量问题。总结全文主要的工作有：
（1）分析了公共连接点电压频偏、畸变及波动等问题的产生原因。
（2）对于 MG 中的并网变流器，电压相位检测主要用于与电网保持同步以及作为输出有功、无功及谐波电流的相位参考。本文分析了现有电压相位检测方法的不足，为了解决 SRF-PLL 和 DSOGI-PLL 存在的问题，本文基于虚拟同步坐标系来分析电压矢量的空间几何关系，推导出一种适用于电压畸变不平衡且动态延时较小的电压相位检测算法，即VSF-PLL 法。通过仿真和实验验证，VSF-PLL 法适用于电压频偏、畸变和不平衡等非理想工况。
（3）由于电压质量调节器抑制电压波动及畸变是通过补偿负荷吸收的无功及谐波电流，因此需要准确快速的检测出待补偿的电流分量。本文分析了传统电流检测方法的不足，并基于虚拟同步坐标系分析电压和电流矢量的空间几何关系，推导出一种电流检测算法，该算法不需要应用 PLL，且可以检测指定的任意次电流分量。仿真和实验验证了该算法能够在电压频偏、畸变及不平衡时准确提取电流基波或谐波分量。
（4）本文通过电压质量调节器对 MG 中 PCC 点的电压质量进行改善，结合基于 VSF的电压相位和电流检测算法，设计出一种通过补偿有功、无功和谐波电流来抑制电压频偏、幅值波动和畸变的控制策略，并应用仿真和实验对其进行了验证。
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参考文献（略）
