微电网并网系统中谐波传播抑制策略

电力电子节能与传动控制河北省重点实验室(燕山大学)的研究人员孙孝峰、蔡瑶、张劲松、沈虹、王宝诚，在2017年第11期《电工技术学报》上撰文指出，在微电网并网系统中,对于公共耦合点(PCC)处谐波电压源而言,传输线路上电感与电容之间的谐振可能造成严重的谐波传播放大问题。

 

为抑制该系统中的谐波传播放大,通过分析谐波传播规律,提出一种分频调节阻性有源电力滤波器(RAPF)的位置选择新策略。分析不同传输线长度时分频调节RAPF的电导增益取值对谐波抑制效果的影响,确定了电导增益的取值要求。

 

通过合理选择电导增益,该位置选择策略可在任意传输线长度下有效抑制谐波传播放大。仿真和实验结果均验证了所提策略的正确性和有效性。

 

作为多个分布式发电( DistributedGeneration，DG)单元与用户负荷的系统化组织，微电网具有高效清洁、供电可靠和发电方式灵活等优点，发展前景广阔。基于电压控制方式(Voltage-Controlled Method，VCM)的下垂控制可实现孤岛和并网两种工作模式的平稳切换，为微电网实现“即插即用”提供可能。

 

然而，在基于VCM的微电网并网系统中，由于大量非线性负载的存在，PCC处电压的低频次谐波含量较多。传输线路上电感与电容之间的谐振会引起谐波传播放大，加剧谐波污染，降低供电质量。

 

本文旨在解决基于VCM的微电网并网系统中的谐波传播放大问题。文献［8， 9］详细分析了谐波传播放大现象的具体表现，提出了一种基于电压检测的阻性有源电力滤波器(Resistive Active Power Filter，RAPF) ，并指出RAPF在与线路特征阻抗匹配时的最优安装位置为传输线末端。但当线路参数改变时，谐波抑制效果会因阻抗不匹配而下降。

 

为此，文献［10］提出一种安装在传输线末端的动态调节增益RAPF，在线路参数改变时仍然能够获得很好的谐波抑制效果，但其对所有次谐波采用相同的电导增益，存在“打鼹鼠”现象。文献［11］中位于传输线末端的RAPF通过分频动态调节增益，有效地避免了“打鼹鼠”现象。

 

文献［12］提出一种安装在传输线末端的无限长有源电力滤波器，不仅具有很好的谐波抑制效果，而且具有较强的鲁棒性。文献［13］提出多个RAPF协同控制，该系统需要通信环节，成本较高。为避免通信环节，文献［14，15］提出采用基于下垂控制的多RAPF系统抑制谐波传播放大。

 

最近，混合型有源电力滤波器的发展，实现了利用较低的成本获得较好的滤波性能［16，17］。而文献［18］提出的双RAPF 系统可进一步衰减整条传输线上的谐波。文献［19］根据传输线末端开路时的谐波传播规律提出一种分频调节RAPF位置选择策略，该策略仅在传输线末端开路时可取得较好的谐波抑制效果。

 

以上文献都是基于传输线末端空载或带载的情况，传输线末端对谐波表现为开路或阻抗特性。而在基于VCM的微电网并网系统中，对于公共耦合点(Point of Common Coupling，PCC)的谐波电压源而言，传输线末端为电网等效电压源，其对谐波呈现短路特性，故此时以上文献中有源滤波器的安装位置和谐波抑制效果都将受到限制。

 

本文依据传输线理论，分析了微电网并网系统PCC处谐波电压源存在时的谐波传播规律，提出一种分频调节RAPF的位置选择新策略：距传输线末端谐波1/4波长正奇数倍且距始端最近的位置为最优安装位置，且传输线长度恰为谐波1/4波长的正奇数数倍时，传输线始端即为最优安装位置。

 

在该位置策略下，分频调节RAPF通过合理选择电导增益，可实现任意传输线长度下的谐波传播放大抑制。仿真和实验均验证了所提策略的正确性和有效性。

 

图1 微电网并网系统等效模型

 

 

 

结论

 

本文通过对微电网并网系统中谐波在长度为1的传输线上的传播特性进行分析，得出以下规律：1）当1＜λh /4或l = (2m－1)λh /4时，不会产生谐波传播放大现象；2）当l=mλh/2时，谐波传播放大现象最严重。

 

基于此规律，本文提出了一种分频调节RAPF位置选择新策略，并分析了不同传输线长度l下分频调节RAPF电导增益KV的取值要求，具体如下：

 

1)当(2m－1)λh/4＜l≤mλh/2时，在距传输线末端 (2m－1)λh/4的位置安装 KV≥1/Zc的相应次RAPF，KV值越大，谐波抑制效果越好。

 

2)当l = (2m－1)λh /4时，在传输线始端位置安装KV≥1/Zc的相应次RAPF，KV值越大，谐波抑制效果越好。

 

3) 当mλ/2＜l＜(2m+1)λh/4时，在距传输线末端(2m－1)λh/4的位置安装KV=1/Zc的相应次RAPF可取得最好的谐波抑制效果。