冯伟、孙凯、关雅娟等：基于分层控制的微电网并网谐波电流主动抑制控制策略
冯伟 孙凯 关雅娟 Josep M. Guerrero 肖曦
DOI：10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.L70691
01
导语
本文在微电网传统二层控制中添加了一误差电压补偿环路，控制微电网交流母线电压根据并网点谐波电压进行轻微畸变，通过减少微电网交流母线与并网点间的谐波电压差，降低微电网向电网注入的谐波电流，提高了微电网并网电流的电能质量。
02
研究（项目）背景
微电网作为未来智能电网的组成单元，其内部通常包括多种发电单元。但是采用传统下垂控制的电压源型逆变器并联构成的微电网，由于其等效输出阻抗较小，当微电网与电网并联运行时，易受到电网并网点电压谐波分量扰动的影响，使微电网并网电流总谐波畸变率升高。
03
论文方法及创新点
虽然微电网底层逆变器电压外环采用常规多重比例谐振(PR)控制器对其电压传递函数在谐波频率分量处的增益进行增强。但由于传统微电网底层控制只对本地电压进行采样，无法获得电网PCC谐波电压信息。因此，当微电网与畸变电网并联运行时，其并网电流畸变仍然难以避免。为了解决上述问题，可在原微电网二层控制中加入一微电网交流母线与PCC谐波误差电压控制器，如图1所示。
图1 微电网并网谐波电流抑制控制器
当微电网系统引入上述并网谐波电流抑制控制器后，可在dq坐标系下建立以网侧谐波电压扰动为输入，以微电网并网电流为输出的扰动传递函数。采用传统分层控制策略与本文所提控制策略的微电网扰动传递函数的幅频特性对比如图2所示。
显然，当微电网采用传统控制策略时，其扰动传递函数的幅频特性在100Hz、200Hz、300Hz及400Hz处均有较大峰值，即表明当电网并网点电压存在1次负序、5次正负序及7次正负序谐波电压时，微电网并网电流不能被有效抑制；但当微电网采用本文所提控制策略后，在上述频率点附近，扰动传递函数幅频特性出现较大衰减，表明当电网出现相关谐波电压分量扰动时，微电网并网电流中的相应谐波分量被有效抑制。
图2 系统扰动传递函数幅频特性对比
为了验证本文所提控制策略的有效性，搭建了基于实时dSPACE控制器的微电网实验平台。平台包括两台2.2kW三相逆变器、LC滤波器、线路阻抗及负载，如图3所示。
图3 基于的dSPACE微电网试验平台
当采用传统分层控制策略的微电网与畸变电网并联运行并达到稳态后，系统并网电流波形及并网谐波电流分析如图4所示。
图4 微电网系统并网电流实验波形并网谐波电流分析（改进前）
当微电网采用本文所提主动并网谐波电流控制策略后，系统并网电流正弦度明显提高，谐波含量降低，如图5所示。
图5 微电网系统并网电流实验波形并网谐波电流分析（改进后）
04
结论
文章针对由下垂并联电压源逆变器构成的微电网并网系统，提出一种基于分层控制策略的系统并网谐波电流抑制策略。该策略在微电网二层控制中添加一微电网母线电压与并网点误差电压控制环路，通过减少微电网母线电压与并网点谐波电压差的方式，减少了在电网电压畸变情况下微电网向电网注入的谐波电流含量,最后仿真和实验验证了所提控制策略的有效性。
冯伟, 孙凯, 关雅娟, 等. 基于分层控制的微电网并网谐波电流主动抑制控制策略[J]. 电工技术学报, 2018, 33(6): 1400-1409.
Feng Wei, Sun Kai, Guan Yajuan, et al. An active harmonic grid-connecting current suppression strategy for hierarchical control based microgrid[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2018, 33(6): 1400-1409.
作者及团队介绍
孙凯，副教授，博士生导师。现担任清华大学电机系电力电子与电机系统研究所所长，担任IEEE高级会员、IEEE电力电子学会功率与控制技术委员会委员、可持续能源技术委员会委员、IEEE工业电子学会可再生能源系统技术委员会委员，担任电力电子学科权威国际期刊《IEEE Transactions on Power Electronics》副编辑、《IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics》副编辑，担任电力电子学科顶级国际会议IEEE ECCE2017技术程序委员会副主席。
冯伟，助理研究员，研究方向包括微电网电能质量及能量管理系统等。曾参与国家863计划课题（光伏微电网双向变流器研制及关键技术研究）和国家重点研发计划课题（面向高比例弃风消纳的“风氢热储”综合能源网络研究），以及国家国际科技合作专项项目面向智能电网应用的微电网技术研究与示范等。