微网集成柔性电能质量控制器机理研究

The power quality problem in microgrid is much more serious than the traditional grid because of the typical characteristics of microgrid power quality of the high penetration of power quality, unique power flow control, frequent voltage fluctuation and complicated operating mode and control strategy. The microgrid capacity is comparatively small and it is not cost effective to install various types of power quality controller. It is in urgent need of integrated flexible power quality controller escorting a high performance for microgrid operation. Many power quality controllers include the adjustable reactor, or work in the special status of adjustable reactor. In order to meet the requirements of microgrid and make adjustable reactor to easily integrate more functions, the adjustable reactor based on magnetic flux controllable is developed and three kinds of new type reactor control strategies are proposed in the project.The Unified principle and mathematical model of the novel adjustable reactor will be derived. On this basis, in the light of the characteristics of microgrid power quality, the microgrid integrated flexible power quality controller is proposed by combining the the various dual operating state of the novel reactor hybrid control strategy.The four kinds of preliminary integration methods and a realization method based on the third winding of distribution transformer are designed. The integrated flexible power quality controller is targeted, integrated, multifunctional, with flexible access, which is expected to become a plug-and-play standard configuration unit widely used in microgrid.

微网电能质量的高渗透率、独特的潮流控制特征、频繁的电压波动问题、复杂多变的运行模式和控制策略使微网的电能质量问题比传统电网的电能质量问题严重得多。微网容量不大，安装多种电能质量控制器不经济，亟需一种高性能集成柔性电能质量控制装置来为微网的安全稳定运行保驾护航。很多电能质量控制器可以采用可调电抗器来实现，或者工作在可调电抗器的特殊状态，为了适应微网的要求使可调电抗器有利于集成更多功能，本项目对基于磁通可控的可调电抗器进行扩展，提出三种新型可调电抗器的控制方式，构建新型可调电抗器的统一原理和数学模型。在此基础上根据微网电能质量的特点，结合可调电抗器的多种对偶工作状态和复合控制策略，提出微网集成柔性电能质量控制器的新概念，设计了四种集成思路和一种基于并网配电变压器第三绕组的实现方法。该集成柔性电能质量控制器具有针对性、集成性、多功能、高性能和易用性等特点，可望成为微网广泛使用的即插即用标准配置。

环境保护和能源需求的双重压力，推动了以低碳绿色能源为核心的智能电网建设，分布式发电是解决未来能源需求的必经之路，而微网是分布式发电无缝接入大电网的关键环节，也是建设智能电网的重要基础。微网电能质量的高渗透率、独特的潮流控制特征、频繁的电压波动问题、复杂多变的运行模式和控制策略使微网的电能质量问题比传统电网的电能质量问题严重得多。微网容量不大，安装多种电能质量控制器不经济，亟需一种高性能集成柔性电能质量控制装置来为微网的安全稳定运行保驾护航；电力系统中很多电能质量控制器可以采用可调电抗器来实现，或者工作在可调电抗器的特殊状态，微网电能质量特征与磁通补偿型可调电抗器相关。.项目首先全面分析和评估了微网多逆变器相互影响的复杂运行模式和控制策略下的电能质量控制的特点，主要包括微网中电源、负荷、电力电子接口逆变器的动态数学模型，微网中多种新型电源和非线性负载的谐波模型，电力电子接口逆变器在不同控制策略下的等效谐波模型，基于模态分析法的谐振机理，多逆变器并联时电能质量及稳定性恶化的原因，微网的网络阻抗特性和潮流控制特点。.其次，构建了四种含变压器和逆变器组合拓扑结构的磁通补偿型可调电抗器的统一原理及数学模型；并对指令信号的快速检测方式、逆变器控制策略、电压电流双闭环系统实现方法和可调电抗器的稳定性及鲁棒性进行分析。基于电流/电流型可调电抗器，提出基波、谐波及指定次谐波磁通混合控制思想，基于该思想构建磁通补偿型四象限可调阻抗、基波磁通补偿型有源谐波隔离器、磁通补偿型有源谐波隔离器的增效降容研究、指定次谐波消除有源谐波隔离器等多功能电能质量控制装置，并对4种磁通补偿型可调电抗器的集成控制策略进行研究，总结出14种磁通补偿型电能质量控制器及有源谐波隔离装置。.此外，重点研究了串联型装置的即插即用接入方式，采用特制互感器取代传统变压器，使得在不断开系统的情况下可将装置接入系统或从系统中切除；同步旋转坐标系下的一个PR控制器在静止坐标系下具有双谐波补偿能力，研究了指定次谐波消除有源谐波隔离中的同步旋转坐标系下PR控制器设计。.最终，研制出一套基于FPGA的微网集成柔性电能质量控制器模块化单元。