一种改进的APF在分布式发电中的应用

2014-05-21刘学琴刘晓芹徐超王新娜

新媒体研究 2014年7期

刘学琴+刘晓芹+徐超+王新娜

摘要为了解决分布式电源并网产生的谐波问题，提出采用瞬时无功功率理论检测法和改进三角波调制电流控制方法对有源电力滤波器的滤波性能进行优化，并将此方法应用于分布式电源网络进行仿真，仿真结果证明采用这种方法能有效地滤除网络中大部分谐波，并使电源电流的畸变率明显降低。

关键词有源电力滤波器；电气结构；谐波电流检测；补偿电流；分布式电源

中图分类号：TM61 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）07-0052-02

近些年，分布式发电（Distributed Generation，DG）获得了较为广泛的应用和发展。但目前DG并网运行大多都采用了电力电子变换器装置，会导致谐波产生，对电网构成谐波污染。随着分布式电源的快速发展谐波问题变得更为突出，严重影响了电能质量。因此，在分布式电源系统设计中，要采取有效措施抑制DG并网运行时变换器中注入的谐波电流，以达到改善电能质量的目的。

有源电力滤波器（Active Power Filter，APF）用于动态抑制谐波和补偿负载无功，具有良好的动态补偿性能，在补偿抑制谐波的同时，还可补偿负载的无功功率，提高功率因数。目前国内外对分布式发电与有源电力滤波器的统一控制已开展了一定的研究，但由于控制中涉及的相关参数较多，互相影响也较大，效果不是很理想。

针对这种情况，本文提出了一种改进的有源滤波器，将其应用于分布式电源并网中，仿真结果表明能有效抑制谐波。

1 APF原理及实现方案

1）DG的电气结构。分布式电源电气结构包括同步发电机、异步发电机、双馈发电机、变换器四种类型，其中光伏发电、燃料电池发电、风力发电、太阳能热发电、微型燃气轮机等通过变换器并网运行，是DG谐波注入的主要形式。

2）APF拓扑结构。

①APF工作原理。APF工作原理如图1所示，它由两大部分组成：谐波电流检测电路及补偿电流发生电路。APF产生一个与负载谐波幅值相等、相位相反的谐波注入谐波源，即可将谐波抵消掉，使之不会流入系统电源。有源电力滤波器APF分为并联型和串联型两种，图1所示为并联型APF。

图1 APF原理示意图

②APF拓扑结构。并联型APF在进行含分布式电源系统的谐波治理时，其拓扑结构主要有三种形式：一是将DG直接或经过升压接到APF的直流侧，这种拓扑结构实际上是将DG并网和APF进行统一控制[1，2]；二是将DG本身的启动或其他控制环节加工成APF[3，4]；三是将DG视为公共配网的谐波源负载，利用APF进行谐波治理和无功补偿。本文采取第三种拓扑结构，其接入方式如图1。

3）APF实现方案。

①谐波电流的检测方法。APF谐波检测法多采用基于瞬时无功功率理论的检测法。设三相电路各相电流的瞬时值分别为、和，把它们分别变换到两相正交的α-β坐标系：

= （1）

式中。

矢量、合成（旋转）电流矢量为：

（2）

三相电路瞬时有功电流、无功电流为矢量在电压矢量上的投影：

（3）

式中。

②补偿电流的控制方法。补偿电流的控制方法是实现APF功能的核心，传统的三角波调制电流控制方法跟踪补偿量响应速度较慢，本文采用改进三角波调制电流控制法。改进三角波调制电流控制与传统三角波调制电流控制方法相比，在输出指令电压中增加一个与电源电压瞬时值正比的量，以此来消除电源电压的干扰，减小电流误差的范围，使APF实际输出电流能精确跟踪指令电流的变化，提高输出电压的准确性。

2 仿真及结论

图2 补偿前三相电流波形图

为了验证文中APF实现方案的正确性，采用MATLAB7.0对DG并网运行的APF进行了仿真研究，补偿前后的三相电流波形如图2和图3。

图3 补偿后三相电流波形图

仿真表明：

1）当采用瞬时无功检测法，并结合上述补偿电流控制方法的APF，能有效地滤除DG并网的绝大部分谐波，并使电源电流的畸变率大大降低。

2）如何建立一个符合DG并网的谐波变化规律的分析模型还有待研究。本文探讨的谐波源是一个简化了的系统，与实际情况差别可能较大。

3）文中采用的谐波电流检测方法和控制方式都只停留在理论和仿真层面，还有待进行硬件设计，进一步验证各方法的有效性。

参考文献

[1]杨琳霞.分布式电源和有源电力滤波器的优化组合研究[J].电气自动化，2011，33（1）.

[2]张铁良.有源电力滤波器与光伏发电的统一控制研究[D].合肥：合肥工业大学，2007.

[3]刘宣宣.分布式电源对配电系统电能质量的作用机理研究[D].河北：华北电力大学，2007.