摘 要

随着新能源分布式发电并网技术的飞速发展，微电网负载构成复杂，混用严重现象日益严重，导致微电网电压的不平衡，为了让微电网在带不对称负载时还能够确保高供电质量，需要对不平衡电压进行补偿。本文以解决微电网电压不平衡的问题为目标，对并网逆变器控制进行研究。

本文以传统的三相四桥臂并网逆变器为基础，设计面向电压不平衡补偿的三相四桥臂并网逆变器拓扑结构，既能实现逆变并网，又能实现三相不平衡电压相互补偿；根据不同状态下的不平衡电压，提出了一种基于微电网不平衡电压多状态分级控制的补偿控制策略，并分析了各不平衡状态下的补偿策略、 状态切换过程， 以及补偿逆变器对微电网的影响。最后采用MATLAB建模仿真对所提出的控制策略进行验证。

仿真结果表明：对于微电网中可能存在的各种电压不平衡情况，本文所提出的补偿控制策略可以有效改善电压不平衡的问题，对其进行补偿。

关键字：不平衡电压，微电网，并网逆变，不平衡控制策略

Abstract

As the rapid development of distributed new energy grid-tied technology, However, the load on the micro grid is complex and mixed, causing serious voltage unbalances. In order to make sure the micro-grid can provide high quality power under asymmetrical loads, it is necessary to compensate for unbalanced voltages. This thesis aims to solve the problem of unbalanced voltage in the micro-grid and studies the control of grid-tied inverters.

Based on the three-phase four-leg grid-tied inverter, a kind of topology of unbalanced voltage compensation module inverter with four-leg was designed. It can achieve both grid connection and the compensation of unbalanced three-phase voltage. An adaptive control strategy for unbalanced voltage grading compensation of micro-grid was proposed. According to unbalance state of micro- grid voltage, the adaptive control scheme of output power of the inverter was proposed according to the unbalanced state of the micro-grid voltage. The influence on micro-grid and the compensation strategy and the state switching process in various unbalanced state were analyzed.

The simulation results shown that the various unbalanced voltage problems exist in the micro-grid can be effectively improved by the compensation control strategy and compensate methods proposed in this paper.

Key words: unbalanced voltage, micro-grid, grid-tied inverters, unbalanced voltage control strategy

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 研究现状 1

1.3 主要研究内容 3

第2章 电压不平衡补偿并网逆变器总体方案设计 4

2.1 需求分析 4

2.2 微电网电压不平衡原因分析 4

2.3 微电网电压补偿原理分析 5

2.4 不平衡电压补偿并网逆变器结构设计 6

2.5 并网继电器模块结构设计 9

2.6 本章小结 10

第3章 微电网电压不平衡补偿控制策略研究 11

3.1 不平衡电压总体控制方案设计 11

3.2 不平衡情况分类 12

3.3 不平衡电压补偿策略 14

3.3.1 状态0补偿控制策略 14

3.3.2 状态1补偿控制策略 14

3.3.3 状态2补偿控制策略 16

3.4 本章小结 18

第4章 仿真分析 19

4.1 仿真模型的建立与参数选择 19

4.2 一相电压较低时电压补偿仿真结果与分析 20

4.3 两相电压较低时电压补偿仿真结果与分析 21

4.4 本章小结 22

第5章 结论 23

5.1 全文总结 23

5.2 展望 23

参考文献 24

致 谢 26

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

能源是社会发展和产业发展的动力。随着目前全球矿物燃料的枯竭以及传统发电所带来环境问题的逐渐加重，能源的短缺与环境污染已经成为现代社会必须要面对以及急需解决的问题，因此，可再生能源的发展已成为解决能源问题的重要关键。

微电网是将分布式电源、负荷、储能装置、变流器以及监控保护装置有机整合在一起的小型发配电系统^[1]-[2]，电网可以对分布式发电电源进行高效充分利用，可避免或延缓增加输配电成本，减少输配电过程中的电能损耗^[3]。同时，它可以根据工业用电、居民用电等不同用户的需求，提供个性化供电，实现电力资源的优化配置^[4]，从而提高电力利用效率。目前，欧洲、美国、日本等发达国家在分布式发电系统方面进行研究并取得了一系列成果，逐步建立了适合自身能源分布特点的微电网工程。我国微电网发展虽然相较于这些发达国家较晚，但是我国高度重视新能源和微电网的发展，大力支持众多高校及科研机构对可再生能源和微电网进行了大量的研究^[5]，因此我国微电网技术也得到高速发展。

虽然微电网的发展使可再生能源得到了更加充分利用，对于解决能源危机、保护生态环境以及可持续发展具有重大意义。但随着微电网规模的日益扩大，一些电能质量问题开始影响微电网系统的运行^[6]，其中最突出的问题是由于不平衡负载引起的微电网电压不平衡^[7]，当微电网中接入的大量不对称负载时，不仅导致负序电流的无序分配，还会引起微网电压的不平衡。这会增加微电网系统的能量损失，影响微电网系统的稳定性^[8]，导致一些敏感设备的异常运行，更为严重下，可能会损坏重要设备。因此，研究微电网三相电压不平衡补偿对解决上述问题、提高供电质量具有十分重要的意义。

1.2 研究现状

在实际生活中，由于受到电网自己因素的影响，负载特性以及其他外界因素，电网的三相电压不可能总是处理想的平衡状态，尤其是在微电网中，有大量单相负载接入微电网中，并且其中还带有一些三相不对称负载，这将导致微电网公共连接点电压的不平衡，增加系统的能量损失，从而影响微电网系统的稳定性，导致一些敏感设备的异常运行甚至损坏^[9]。

目前，国内外众多研究学者在这个问题上都进行了详细的研究。在配电网中，常常通过利用有源电力滤波器（Active power filter，APF）来实现对不平衡电压的补偿，但是这种方法却不适用于实际的微电网^[10]。在微网中，负载的不会集中分布在一起，可能会零散分布在不同的点上，此时在何处安装 APF以及安装容量的多少，这是一个难以考虑的问题，同时也增加了施工成本，并且不符合经济要求。

通过串联的电能质量控制器，标准电压和系统电压之间的差值被注入到系统中以补偿系统电压的失真。它可以同时补偿稳态和动态电压质量问题，这也是解决电压不平衡的有效方法。文献[11]提出了一种高效的模糊逻辑基于动态电压恢复器( dynamic voltage restorer，DVR)容量管理的减轻电压扰动方案，有效的解决了在干扰情况下，设备的有限容量影响调节的问题，但是一样也需要额外的补偿装置。类似地，也可以使用并联补偿装置来改善由不平衡负载引起的负序电流^[12]，但是在负载严重不平衡的情况下，其注入的补偿电流将大幅增加，更为严重时，将超过电能质量控制器的上限。

静态补偿装置（静态同步补偿器），非平衡系统的无功补偿是解决电压不平衡的有效方法。通过静止同步补偿装置（Static Synchronous Compensator，STATCOM），对不平衡系统进行无功补偿，是解决电压不平衡的有效方法。 STATCOM具有快速动态特性，能对不平衡系统进行快速无功支撑。当微电网中发生电压下降，电压不平衡的现象时，使用间接控制电流方式控制SATACOM，使其作为一个交流电压源，通过对它的输出电压的相角及幅值的间接控制交流侧的电流，从而补偿不平衡现象，但由于此种无功补偿的控制量较大，仅适合在高压和大容量的场合中进行应用^[13]。

以上所提到的方法，都是通过增加外界的电力电子装置来达到补偿电压的目的，虽然有效，但是都会增加系统的建造成本，不利于使用。因此，文献[14]提出由于分布式发电机的并网逆变器通常具有一定数量的剩余容量，因此可以利用剩余容量使得逆变器输出负序电流以抑制其剩余容量内的电压不平衡，但是分布式发电机剩余电能只是有限的一部分，当出现对于负载情况多变，或者出现电压严重不平衡情况时，这个方法可以调节调节范围就较小，可能无法解决问题。

除此在电力电子装置方面的研究之外，不少专家在控制的算法设计及控制策略上，也提出不少解决方案。文献[15]中提出了一种孤岛微电网电压不平衡补偿的静止框架控制方法，通过适当控制分布式发电（DG）接口转换器，可以自动补偿电压不平衡，同时分担补偿工作以及补偿有功功率和无功功率；文献[16]采用模型预测控制（Model Algorithm Control，MPC）技术来改善电能质量从而解决不平衡问题，保护分布式电源免受过载的情况，改善电流限制并防止有功功率过载文献[17]利用负序阻抗控制器有效补偿不平衡负载的负序电流，从而补偿了由负序电流造成的电压降落。上述方法可以有效地降低电压不平衡，但都均未考虑到公共点(Point of Common Coupling，PCC)处的电压不平衡补偿。对此，文献[18]提出通过利用分布式发电机的本地控制器，发送适当的控制信号以实现岛微电网公共点处的电压不平衡补偿。由于单个逆变器功率有限，这种补偿策略的补偿能力受到限制，于是文献[19]研究了如何利用多台三相逆变器并联对微电网电压补偿，提出了由不平衡补偿环、下垂控制环及电压电流环三部分组成的补偿策略，结构较为复杂。

综上所述，现有的补偿方式，一类是利用额外加上补偿装置向电网中注入电流或者调整电压来实现补偿，会提高系统的成本以及装置的体积；另一类是利用比较复杂的控制策略进行补偿，操作比较复杂，也存在不灵活的问题，因此本文将针对这些问题，提出一种新的控制策略。

1.3 主要研究内容

本论文研究的是针对微电网三相电压不平衡补偿的并网逆变控制器的设计，需根据行业的标准及课题要求达到三相电压不平衡补偿的目的，论文的设计将主要包括以下方面。

以上是毕业论文大纲或资料介绍，该课题完整毕业论文、开题报告、任务书、程序设计、图纸设计等资料请添加微信获取，微信号：bysjorg。

相关图片展示：