复杂运行状态下微电网并网谐波电流抑制方法的设计与验证

王 钧

南京南瑞继保电气有限公司，江苏 南京 211102

0 引言

社会的进步与科技的发展都离不开能源的支持。近年来，各个领域的不断发展、更新、变化，给能源造成了极大的压力，环境污染等问题也日益加重。面对这样的情况，各国相继提出了多种具有针对性的政策来进一步规范能源的开发与使用，微电网技术在这个过程中逐渐被人们所认识、了解。经过多年的研究，微电网技术得到了广泛的应用[1]。微电网技术主要以火力发电为主，可以在固定的控制执行模式标准中，实现预期的电力获取与存储[2]。与传统大电网不同的是，微电网内部由大量的分布式储电和发电单元构成，这些单元在电网运行的过程中会形成循环式的电力运输体系，并且具有较强的灵活性，在不同的环境下，可以快速应变，一旦微电网出现异常或者故障，也会及时作出反应[3]。例如，当太阳能电池或者风电机组输电时，微电网会利用自身的大量接口通过信道传输电力，并且可以关联逆变器，避免电力外漏[4]。近年来，随着我国电力系统的不断优化，微电网的覆盖范围逐步扩大，在复杂运行状态下，并网谐波产生电流的抑制效果会受到一定的影响[5]。因此，需要对复杂运行状态下微电网并网谐波电流的抑制方法进行设计[6]。需要创建复杂的运行环境，并且通过科学的方法获取谐波的数据信息，在确保最终抑制效果的同时，也保证微电网的稳定运行，综合提升在复杂运行条件下的谐波抑制技术水平。

1 微电网并网谐波电流抑制方法的设计

1.1 LCL多谐振恒功率目标的设立

在设计微电网并网谐波抑制方法之前，需要计算LCL多谐振恒功率目标参数，并创建对应的复杂运行环境。复杂运行环境即运行期的系统，通常是指半编译的运行码在目标机器上运行的环境，并且是一种介于编译器和直译器之间的电流处理方式，如Java运行环境。对此，需要获取微电网中的初始数据信息，并且将其汇总整合，更改电网的设计运行指令，计算转换比例，计算式如下：

式中：P为转换比例；D为无功功率参考值；A为电压分量；δ为执行误差。

通过以上计算，可以得到实际的转换比例。依据对应的比例将相关数据转换成指令，并将指令添加到微电网的运行环境；修改谐波的振动频率，确保其在电容电流的运行范围之内；将执行控制区域设定为多目标的执行状态，完成复杂运行环境的创建。在此基础上，进行LCL多谐振恒功率的估算，计算式如下：

式中：V为LCL多谐振恒功率；β为谐振函数；α为功率误差范围。

通过以上计算，可以得到实际的LCL多谐振恒功率。以此功率作为初始抑制的标准，结合复杂的运行环境，设立抑制目标。

1.2 复杂等效并网抑制模型的构建

等效抑制与传统的抑制方法相比，更加适用于复杂的微电网运行环境。主要是因为这种抑制模型足够灵活，并且可以在不同的运行状态下自由切换，保持微电网中电压及额定电流的稳定。等效抑制模型通常采用VSG执行协议来实现，需要安装逆变器，通过快速跟踪侧电感电流As及内环电压Us，全面提升电网整体的动态响应速度。逆变器侧电感电网结构如图1所示。

根据图1和相关的执行顺序，在复杂运行环境下，需要采用准PR的多核控制器，并更改逆变器的控制范围，添加与执行同功率的等效阻抗，使其满足ZL1=2sL1+r1的条件。其中，Z为等效扰动量；L1为扰动负载，s为导线的截面积；r1为等效阻抗。在这个范围之内，计算等效扰动量，计算式如下：

图1 逆变器侧电感电网示意图

式中：Z为等效扰动量；ψ为传递函数；ℜ为增益范围。

通过以上计算，可以得到实际的等效扰动量。将其作为模型的谐波抑制标准添加进模型，完成复杂等效并网抑制模型的构建。

1.3 通过前馈谐波导纳实现微电网并网谐波电流的抑制

在构建复杂等效并网抑制模型之后，需要通过前馈谐波导纳实现微电网并网谐波电流的抑制。一般情况下，为了更好地抑制电流的谐波，可以改变谐波对应的频率，并通过固定前馈与实际前馈之间的对比差值来进行谐波的导纳，使导纳差值电波与等效谐波进行抵消，实现谐波的抑制。因此，需要依据实际情况，设定固定前馈与动态前馈的标准，具体如表1所示。

根据表1中设定的标准，完成导纳。在此基础上，结合数据信息，计算导纳差值，计算式如下：

表1 前馈标准设定表

式中：T为导纳差值；ℵ为前馈总量；ϑ为导纳谐波终值；N为导纳误差。

通过以上计算，可以得到实际的导纳差值。利用设备测量等效谐波的数值，将其与导纳差值相抵消，可以实现微电网并网谐波电流的抑制。

2 微电网并网谐波电流抑制方法的验证

2.1 验证准备

文章主要在复杂运行的背景下，对微电网并网谐波电流抑制方法进行验证，以确定最终的抑制程度。对此，需要选取一个稳定网络与互联网相关联，并将其作为验证对象。在验证准备阶段，需要搭建微电网的验证环境，并设置相关参数，具体如下：将微电网与MATLAB的Simulink处理平台关联，配电网的电压设定为220～380 V，电池的储能电压确保在320 V以下，额定功率为28 kW，额定电流的范围为1 500～2 200 A，线路阻抗为0.517+j0.371（其中j表示根号运算）。验证环境搭建完成之后，检查相关设备，查看设备是否处于稳定运行状态，并且确保不存在影响最终验证结果的外部因素。完成以上设定依据核查之后，开始验证。

2.2 验证过程及结果

此次验证的对象共分为两组，一组使用传统的PI调节谐波抑制法，将其设定为传统的PI调节谐波抑制验证组；另一组使用文章设计的方法，将其设定为复杂等效谐波抑制验证组。两组同时进行验证。根据上述方式创建验证环境，进行谐波抑制的验证，具体的验证流程如图2所示。

图2 微电网谐波抑制流程图

使用图2中的抑制流程，最终可以得到两组验证结果，如表2所示。

表2 谐波抑制结果

根据表2中的数据信息，最终可以得出以下结论：在相同的验证环境中，相比于传统的PI调节谐波抑制验证组，复杂等效谐波抑制验证组得到的电压畸变率较小，抑制效果较好。谐波抑制效果示意图如图3所示。

由图3可知，文章设计的方法对于谐波的抑制效果更佳，误差仅为6.19。这表明在复杂的运行状态下，谐波逐渐被抵消，并降至国家标准规定的5%以下，抑制效果较好，具有更强的应用性和可靠性。

图3 谐波抑制效果示意图

3 结束语

综上所述，文章设计、分析了复杂运行状态下微电网并网谐波电流的抑制方法。这种抑制方法更加可靠、科学，并且在复杂的运行环境下可以对微电网中的谐波进行有效抑制，作用范围更大。在抑制的过程中可以建立依赖关系，降低微电网对应的负荷值，缩短抑制时间，可以更好地辨别抑制状态，在一定程度上增加了成功率，进一步提高了整体的抑制效率和质量。