电力电子变换器拓扑技术在新能源发电组网中的应用

杨海华

（南京南瑞继保电气有限公司，江苏 南京 211106）

引言

随着光伏发电、风力发电以及潮汐发电等新能源电力发电技术的推进和发展，新能源发电组网控制受到人们的关注，在新能源发电组网设计中，由于电网的谐波特性，导致新能源发电组网输出的谐波因素较大，新能源发电组网输出的抗干扰能力和抗谐波性能不好，需要构建优化的新能源发电组网控制模型[1]，结合电力电子变换器以及大量电力电子元件的耦合关联控制技术，进行新能源发电组网和拓扑设计，提高新能源发电组网输出的稳定性和抗干扰能力。研究新能源发电组网控制方法，在提高新能源发电的输出增益和可靠性方面同样具有重要意义，相关的新能源发电组网方法研究受到人们的极大关注。

1 新能源发电组网的数学模型

为了实现电力电子变换器拓扑技术在新能源发电组网中的应用及开发研究，结合新能源发电组网的并网控制模型参数分析，通过光伏阵列及逆变器控制方案，构建新能源发电组网的外环电压及内环电流比例积分控制模型，建立交流侧滤波器传递[2]，得到电力电子变换器拓扑线性组合下的交流侧滤波器传递函数：

式中：Lq表示内环电流d轴分量；UJ表示电压指令值；UE是光伏逆变器控制的微分时间，电压和光伏并网的增益表示为：

式中：Lq表示有功功率的稳态值是积分参数是有功功率基频分量，表示为一个微分参数；f（l）表示逆变器直流侧功率函数。

采用相应基频波动组合控制，得到新能源发电组网控制输出的梯度变化率f，直流母线电压基频分量如公式（3）所示：

式中：RQ1和RQ2分别表示直流母线电压基频波动的幅值和相位；UBE为高次谐波，直流母线电压偏差为Ic=200 A。根据上述分析，以变压器、发电机及输电线路等元件作为差动谐波控制模型，得到新能源发电组网的数学模型。

2 新能源发电组网拓扑优化

采用多级聚合和等效辨识分析的方法，结合智能量测和精准通信的方法，在差动电流中通过电力电子变换器的拓扑设计的方法，进行单机等值模型构造[3]，得到电力电子变换器的拓扑分布式整流调制参数为：

式中：U1为逆变器侧的比例参数；Un为电压环参数；M1、M2分别为一阶和二阶调节器参数，引入滤波电容的电压和电流参数，将i，K，M1，M2值代入上式，得到换流器的等效增益：

计算换流器等效阻抗参数，以变压器、发电机及输电线路等元件作为差动谐波控制模型，结合继电保护和二次谐波参数融合，实现换流器的等效增益控制[4]。

构建闭环传递参数控制模型，得到全局优化参数模型，电力电子变换器的拓扑模型为min{f（x）}[5]，电力电子变换器的拓扑的控制模型描述为：

式中：ω为角频率参数，vtid为时间响应的衰减参数。综上分析，构建了新能源发电组网拓扑优化模型，结合继电保护和二次谐波参数融合，在差动电流中通过电力电子变换器的拓扑设计，通过短暂的闭锁差动保护方法，建立单位功率因数下的新能源发电组网控制和光伏输出电流稳态控制模型。

3 应用成功案例

电力电子技术、智能控制技术和信息通信技术的不断发展，带动了许多电力新技术、新设备的不断出现，近年来随着城乡电网改造的进行，智能无功补偿技术在各地低压配电网的公用配变被广泛应用，它集低压无功补偿、综合配电监测、配电台区的线损计量、电压合格率的考核、谐波监测等多种功能于一身；同时还充分考虑了与配电自动化系统的结合。

传统的低压无功补偿技术采集单一信号，采用三相电容器，三相共补这种补偿方式适用于负荷主要是三相负载（电动机）的场合，但假如当前的负载主要为居民用户，三相负荷很可能不平衡。那么各相无功需量也不同，采用这种补偿方式会在不同程度上出现过补或欠补。投切开关多采用交流接触器其缺点是响应速度较慢，在投切过程中会对电网产生冲击涌流，使用寿命短。无功控制策略控制物理量多为电压、功率因数、无功电流，投切方式为：循环投切、编码投切。

4 实验测试及数据分析

通过仿真测试验证本文方法在实现电力电子变换器拓扑技术在新能源发电组网应用中的性能，实验中设定电力电子变换器的时间响应衰减参数为0.234，等效阻抗为12 mH，V/F控制的比例系数为0.103，参数设定如表1所示。

表1 参数设定

根据表1的参数设定，进行电力电子变换器拓扑控制设计，得到输出功率增益如图1所示。

图1 输出功率增益测试

根据图1的输出功率增益测试，进行电力电子变换器拓扑控制，得到控制精度对比结果如表2所示，分析表2得知，本文方法进行电力电子变换器拓扑控制的精度较高。

表2 数据样本

分析表2得知，本文方法进行电力电子变换器拓扑控制的精度较高，输出稳定性较好，二次谐波含量降低。

4 结语

构建优化的新能源发电组网控制模型，结合电力电子变换器以及大量电力电子元件的耦合关联控制技术，进行新能源发电组网和拓扑设计，提高新能源发电组网输出的稳定性和抗干扰能力。本文提出基于软并网和硬并网联合设计的新能源发电组网方案，以变压器、发电机及输电线路等元件作为差动谐波控制模型，结合继电保护和二次谐波参数融合，实现电力电子变换器拓扑控制。测试得知：本文方法进行电力电子变换器拓扑控制的精度较高。