浅谈交直流微电网ACDC双向功率变换器控制策略

李霞 李娟

摘 要：在分布式电源快速发展的背景下，微电网已经成为电力系统发展的主要方向。未来智能电网系统中通过交直流微网，能够接纳不同的分布式能源，满足功率输出的需求，提高系统的整体负荷，有效减少电力电子转换等各种中间环节，减少工程损耗和运行成本，也能够增强供电的可靠性与稳定性。通过对交直流微电网AC DC双向功率变换器的控制策略以及相关技术进行深入探究，可以针对交直流微网分布式能源的具体进行改进，提高分布式能源并网的整体灵活性。

关键词：交直流微电网;ACDC双向功率变换器;谐波电流

0  引言

如果交流子网中有大量的非线性负荷，交流母线电流会发生畸变，通过AC DC双向功率变换器进行谐波电流的治理，可以提高微电网的整体运行效果。促进可再生能源的有效利用，有效解决电力供不应求的问题。

1理想工况下AC DC双向功率变换器的现状

目前三相电压ACDC双向功率变换器主要采取直流子网电能储能。电流型AC DC双向功率变换器运行成本高、稳定性低，整个系统的动态响应速度比较慢。运用电压型AC DC双向功率变换器稳定性非常高，响应速度快，可以有效替代电流型AC DC功率变换器。目前电压型的AC DC双向功率变换器主要控制策略，包括双闭环控制、PO控制等。电压外还可以采用平方算法策略，性能良好，可以有效提高电流侧电压的整体运行效果，能够实现功率控制到电压和频率控制的无缝输出，还能够根据不同的微电网负荷进行实时调整，通过采用并网与孤岛模式的AC双向功率变换器，可以保证交直流子网之间的功率实现平衡，确保AC DC双向功率变换的整体效果，还能够对交直流子网之间的功率平衡进行动态化调整。通过微网子网之间的功率平衡能够有效解决AC DC双向功率变换器频繁动作的各种异常问题。

2电流畸变时的ACDC双向功率变换器

在交直流混合微电网中，由于谐波电流会造成双向功率，变换器出现故障跳闸等情况，还会导致线路损耗增加。通过在逆变器基础上改进微电网的电能质量，也可以确保微电网电能质量和光伏发电网等功能得到有效提高，在电网电压不平衡以及交流电流畸变的情况下，通过AC DC双向功率变换器也可以提高逆变器的整体输出质量。分段式电流继电保护是配网的最常见保护方式。在分布式风电场接入后，会对原有保护网络造成明显影响，由单个电源转变为双电源或者多电源供电，导致线路电流数值过多，影响配电保护的灵敏性，还可能会产生保护或拒动等问题。电厂接入配网系统之后，导致系统中的电流速断保护和现实保护造成两段式电流保护。在风电场接入后，会对故障电流产生分流影响，由此故障电流会与风场接入容量呈现相反的关系。在风电场接入系统之后，会增加电流使得线路上故障电流高于保护动作，也会导致装置误操作的风险增加。接入系统以后，对短路故障电流会产生明显的增强效果，这也会使保护灵敏度下降。而电流速断保护装置，不会受到风电场接入的影响，但是依然由原有网络故障和故障点共同决定。根据现场运行的数据结果显示，风电大规模接入系统会造成继电保护装置的注入系统容量小于接入节点短路容量的10%。为了保证风机的暂态故障保护特性，与传统的电网故障不同的是，风机的暂态故障保护有其特殊性。

3电流畸变使AC DC双向功率变换器的改进控制策略

3.1谐波电流目前在混合微电网中

AC双向功率变换器是一种具有较大非线性负荷的交流母线谐波电流，对混合微电网具有较大的危害，它会引起子网的集肤效应，使线损明显，使交流直向微电网负担明显，同时也使通信设备不能正常工作，使仪表设备的测量效果变差，使许多器件出现过流现象，使 AC双向功率变换器的损耗加剧，使 AC双向功率变换器不能正常工作，使仪表设备测量效果变差，使自动化装置系统受到谐波电流的影响，使其不能有效工作。很容易出现测量误差。必须要对混合微电网中的谐波电流进行有效治理，这样才能够保证电网安全稳定快速运行，目前最主要的治理方案主要是对电力电子设备进行改造升级降低电力电子设备谐波电流产生的几率，通过适当增加AC双向功率的变换器脉冲数量，对整个AC DC双向功率变换器进行调制，确保CD双向功率变换器联合使用。利用主动直流的措施可以有效降低电流畸变产生的各种问题，但同样也会影响AC DC双向电流变换器结构。造成整个系统的整体运行效果存在明显的问题与不足。被动治理则主要利用滤波器对谐波电流进行整治，通过有源电力滤波器和无源电力滤波器，能够对特定的次谐波进行治理。

3.2电流畸变时AC DC双向功率变换器的运行模式

在交流子网中会出现大量的非线性负载，引起交流母线发生电流畸变，由于AC DC双向功率变换器通过谐波电流治理，能够增强微电网运行的安全性与稳定性。而为了使ACDC双向功率变换器快速进行谐波治理，需要利用AC DC双向功率变换器加以指示，根据交直流混合微电网负荷的情况以及交流网中是否含有非线性负载。根据不同的交直流混合微电网负荷情况进行调整，保证AC DC双向功率变换器用于以下4种模式：并网逆变模式中，所有的负载都由交直流直网微流共同承担，但是直流子网所产生的功率会显著超过交流子網，此时直流子网会发出有功功率增强自身的消耗，还会使AC双向功率变换器。逆变到交流子网中，提供交流负载，并网整流模式能够使交直流子网所有负载，由交直流子网共同承担，但是交流子网的功率会明显超过直流子网。直流子网的功率无法满足自身消耗，交流子网发出的有功功率，经过ACDC双向功率变换器，直流子网之中会供给直流负载，逆变谐波治理中的母线含有非线性负载。可以为交流负载提供有功功率，而整流谐波治理模式中交流母线非线性负载AC DC经双向功率变换器进行谐波治理工作。在分布式电源接入到配电网之后必然会对电流产生明显影响。运用相电差故障分量保护，尽量避免分布式电源造成的影响。实践中计算了相电流故障分量。为了有效解决这一问题，必须根据分布式电源，配电网网络结构图和序分量算法对过渡电阻产生的影响进行分析。在我国目前大部分配电网的电压等级均为10Kv，属于小电流接地系统。单相接地故障是所有配电网故障的重要组成，大约占据70～80%以上，中性点不接地系统或经消弧线圈接地系统，发生接地故障也会产生比较小的故障电流，不会对设备和人身安全造成严重危害。三相电压基本保持不变，不会对整个系统造成运行故障，但长时间带病运行，很容易导致非故障相绝缘相对薄弱处出现击穿的情况，导致发生严重故障。在发生短路故障以后，最主要的就是及时处理接地故障的具体位置，缩小停电范围，确保电网安全分布，根据故障发生时正序、负序和零序不同关系对故障进行分析，有效解决分布式电源对配电网保护产生各种影响。

4结语

分布式发电能够确保可再生能源广泛利用，通过交直流混合微电网的整合，增强了供电系统的可靠性与稳定性，还不需要上层调度，通过AC DC双向功率变换器，可以保证双向功率快速转换。通过对交直流微电网的运行现状进行分析，明确ACDC双向功率变换器拓扑结构，制定了AC DC双向功率双闭环控制策略，有效提高直流子网母线电压的整体稳定性，确保交直流子网功率快速流动。

参考文献：

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