微电网技术及应用「电力系统抑制谐波的方法」

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兰州理工大学电气工程与信息工程学院的研究人员王兴贵、薛晟、李晓英，在2019年第10期《电工技术学报》上撰文（论文标题为“”模块化多电平变流器半桥串联结构微电网输出特性分析），为克服传统交流微电网输出电压谐波含量高和对外电网谐波污染严重等问题，研究一种基于模块化多电平变流器（MMC）半桥串联结构的微电网，即将微源、交直流变流器及储能装置等组成的发电单元接入MMC子模块直流侧构成三相逆变系统，再通过交流母线接入滤波器、保护装置及负载等组成微电网。

基于系统孤岛运行等效电路，建立系统输出电压数学模型，并以此为基础对系统输出特性进行了详细分析。针对输出电压波动、能量调度和微源输出功率协调等问题，提出相应的解决方案，并在Simulink中搭建了系统模型。仿真及实验结果证明了理论推导和分析的正确性，验证了该微电网拓扑的可行性及有效性。

近年来，能源需求的增长和环境保护力度的不断加大促进了分布式电源的发展，使之成为电力系统发展的重要推动力，进而受到世界各国的关注和重视，但其存在单机接入成本高、容量小、控制困难和谐波污染严重等问题。

为克服分布式电源对大电网的不利影响，最大限度地发挥分布式发电灵活、易控制的优势，提高供电可靠性和电能质量，在21世纪初，学者们提出了微电网的概念。按照微电网内主网络供电方式不同，将其分为直流微电网、交流微电网和交直流混合微电网。

交流微电网是最早被提出的一种结构形式，也是目前工程界与学术界的主要研究对象。交流微电网内多个微源逆变器之间呈并联关系，不同逆变器输出电压的幅值、频率及相位存在差异，会导致系统内部产生大量环流，使得系统的稳定性与电能质量均下降。

此外，单个微源逆变器输出谐波含量高，多微源系统中各次谐波在不同时间尺度上的叠加会加大对配电网的谐波污染和对用电设备的负面影响。为解决交流微电网存在的环流大、谐波污染严重等问题，国内学者提出了一种微源逆变器串联连接微电网（Series Micro Power Grids, SMPGs），并对其输出电压的稳定性和微源逆变器输出功率平衡控制等方面进行了研究。

针对传统交流微电网存在的问题，本文在SMPGs的基础上，结合模块化多电平变流器（Modular Multilevel Converter, MMC）的优点研究了一种基于MMC半桥串联结构的微电网（Modular Multilevel Converter Microgrids, MMC-MG）。

相比于SMPGs，微电网逆变环节在开关器件数量一致的情况下，系统接入微源数量增加一倍。类似结构的逆变系统在光伏并网发电系统及电池储能系统中的应用已有相关研究。

图2 基于MMC半桥串联结构的微电网拓扑结构

本文详细分析了基于MMC半桥串联结构微电网的输出特性，并通过仿真和实验证明了该微电网拓扑的可行性和有效性。分析结果表明MMC-MG具有以下特性：

1）系统输出电压谐波含量小，频率稳定性高，并网污染小，可降低滤波投入，节约成本。

2）在保持输出电压稳定条件下，系统微源总数6N越大，GM直流链电压基准值udc越小。从而降低GM交直流变换电路电压等级，进而降低电力电子开关器件的工作电压，有效降低系统成本，提高安全性。

3）通过系统环流控制可实现微电网中相间及上、下桥臂间的能量调度，增加了系统的灵活性，减少了功率平衡设备投资。

4）相比于SMPGs，微电网逆变系统在开关器件数量一致的情况下，微电网系统接入的微源数量增加一倍，且输出电压电平数高于SMPGs。

系统输出电压稳定控制、系统环流控制及GM输出功率协调控制是下一步研究的重点。