基于虚拟阻抗的微网谐波抑制方法研究

摘要

微网由于能够协调大电网与分布式发电系统之间的矛盾，日渐受到人们的关注。然而，微网中非线性负荷的接入、微电源的并网、大量电力电子设备的应用以及高电压等级电网谐波的渗透会造成微网系统输出的电压或电流发生畸变，导致微网中存在大量的谐波分量。这些谐波的存在将会给微网带来很多危害，甚至危及微网的安全稳定性。因而，如何抑制谐波，保证微网的电能质量是目前微网研究的重点问题之一。
　　为解决微网谐波问题，提出基于虚拟阻抗的微网谐波抑制方法，并利用免疫粒子群算法优化微网滤波器参数，达到抑制微网谐波的目的，降低电压谐波率。主要研究内容如下:
　　1.针对基于传统下垂控制的光伏微网系统，对光伏微源、逆变器接口、功率控制、下垂控制以及电压电流双环控制进行建模，并对系统中产生的谐波问题进行分析。
　　2.针对光伏微网系统中的谐波问题，提出基于免疫粒子群算法的微网滤波器参数优化方法。首先，建立对应的目标函数和适应度函数，并给出LC滤波器参数的约束条件。其次，在粒子群算法中加入免疫算法，利用免疫算法的自我调节功能，避免粒子群算法的早熟收敛问题，进而提高算法的全局搜索能力。同时，利用Matlab实现免疫粒子群算法的编程，并采用该算法调用微网仿真系统，得到滤波器最优参数。最后，与经验值法得到的仿真结果进行对比，验证所提方法在抑制微网谐波方面的有效性与优越性。
　　3.在滤波器参数优化的基础上，进一步提出基于虚拟阻抗的微网谐波抑制方法。首先，在传统控制中的基波功率下垂控制基础上，通过功率控制器计算出谐波无功功率，利用谐波无功功率与谐波指令电压之间的下垂控制关系，设计出谐波无功功率下垂控制模块。其次，根据虚拟阻抗的基本原理，设计出虚拟谐波阻抗模块，实现对相关谐波电流和虚拟谐波阻抗的求解，得到虚拟谐波电压。将虚拟谐波阻抗模块与谐波无功功率下垂控制模块相结合，得到谐波补偿电压。最后，利用Simulink工具在微网孤岛与并网状态下实现所提方法。案例分析表明，该方法能够有效地抑制微网谐波，降低电压畸变率，提高电能质量。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 微网中谐波问题的产生原因及危害

1．3 微网谐波抑制方法研究现状及发展前景

1．3．1 基于下垂控制的微网谐波抑制方法

1．3．2 基于电路的微网谐波抑制方法

1．3．3 发展前景

1．4 主要研究内容

第2章 下垂控制与虚拟阻抗的基本原理

2．1 下垂控制的基本原理

2．1．1 功率传输特性

2．1．2 下垂控制特性

2．2 虚拟阻抗的基本原理

2．2．1 基本概念

2．2．2 虚拟阻抗特性

2．3 本章小结

第3章 光伏微网系统建模与仿真

3．1 光伏系统建模

3．1．1 光伏阵列

3．1．2 最大功率跟踪控制

3．1．3 光伏电池控制

3．1．4 光伏系统仿真

3．2 下垂控制系统建模

3．2．1 功率控制器

3．2．2 下垂控制器

3．2．3 电压电流双环控制器

3．3 光伏微网系统仿真

3．4 本章小结

第4章 基于免疫粒子群算法的LC滤波器参数优化

4．1 LC滤波器参数设计

4．1．1 设计原则

4．1．2 目标函数与适应度函数

4．1．3 约束条件

4．2 免疫粒子群参数优化

4．2．1 概述

4．2．2 免疫粒子群算法与实现步骤

4．2．3 滤波器参数优化流程

4．3 案例分析

4．4 本章小结

第5章 基于虚拟阻抗的谐波下垂控制系统设计

5．1 谐波功率下垂控制模块

5．2 虚拟谐波阻抗模块

5．2．1 谐波电流分离

5．2．2 虚拟谐波阻抗值的求解

5．2．3 虚拟谐波阻抗模块在微网中的应用

5．3 案例分析

5．3．1 微网系统虚拟阻抗的计算

5．3．2 仿真结果

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果