電力電子節能與傳動控制河北省重點實驗室(燕山大學)的研究人員孫孝峰、蔡瑤、張勁松、沈虹、王寶誠，在2017年第11期《電工技術學報》上撰文指出，在微電網并網系統中,對于公共耦合點(PCC)處諧波電壓源而言,傳輸線路上電感與電容之間的諧振可能造成嚴重的諧波傳播放大問題。

 

為抑制該系統中的諧波傳播放大,通過分析諧波傳播規律,提出一種分頻調節阻性有源電力濾波器(RAPF)的位置選擇新策略。分析不同傳輸線長度時分頻調節RAPF的電導增益取值對諧波抑制效果的影響,確定了電導增益的取值要求。

 

通過合理選擇電導增益,該位置選擇策略可在任意傳輸線長度下有效抑制諧波傳播放大。仿真和實驗結果均驗證了所提策略的正確性和有效性。

 

作為多個分布式發電( DistributedGeneration，DG)單元與用戶負荷的系統化組織，微電網具有高效清潔、供電可靠和發電方式靈活等優點，發展前景廣闊。基于電壓控制方式(Voltage-Controlled Method，VCM)的下垂控制可實現孤島和并網兩種工作模式的平穩切換，為微電網實現“即插即用”提供可能。

 

然而，在基于VCM的微電網并網系統中，由于大量非線性負載的存在，PCC處電壓的低頻次諧波含量較多。傳輸線路上電感與電容之間的諧振會引起諧波傳播放大，加劇諧波污染，降低供電質量。

 

本文旨在解決基于VCM的微電網并網系統中的諧波傳播放大問題。文獻［8， 9］詳細分析了諧波傳播放大現象的具體表現，提出了一種基于電壓檢測的阻性有源電力濾波器(Resistive Active Power Filter，RAPF) ，并指出RAPF在與線路特征阻抗匹配時的最優安裝位置為傳輸線末端。但當線路參數改變時，諧波抑制效果會因阻抗不匹配而下降。

 

為此，文獻［10］提出一種安裝在傳輸線末端的動態調節增益RAPF，在線路參數改變時仍然能夠獲得很好的諧波抑制效果，但其對所有次諧波采用相同的電導增益，存在“打鼴鼠”現象。文獻［11］中位于傳輸線末端的RAPF通過分頻動態調節增益，有效地避免了“打鼴鼠”現象。

 

文獻［12］提出一種安裝在傳輸線末端的無限長有源電力濾波器，不僅具有很好的諧波抑制效果，而且具有較強的魯棒性。文獻［13］提出多個RAPF協同控制，該系統需要通信環節，成本較高。為避免通信環節，文獻［14，15］提出采用基于下垂控制的多RAPF系統抑制諧波傳播放大。

 

最近，混合型有源電力濾波器的發展，實現了利用較低的成本獲得較好的濾波性能［16，17］。而文獻［18］提出的雙RAPF 系統可進一步衰減整條傳輸線上的諧波。文獻［19］根據傳輸線末端開路時的諧波傳播規律提出一種分頻調節RAPF位置選擇策略，該策略僅在傳輸線末端開路時可取得較好的諧波抑制效果。

 

以上文獻都是基于傳輸線末端空載或帶載的情況，傳輸線末端對諧波表現為開路或阻抗特性。而在基于VCM的微電網并網系統中，對于公共耦合點(Point of Common Coupling，PCC)的諧波電壓源而言，傳輸線末端為電網等效電壓源，其對諧波呈現短路特性，故此時以上文獻中有源濾波器的安裝位置和諧波抑制效果都將受到限制。

 

本文依據傳輸線理論，分析了微電網并網系統PCC處諧波電壓源存在時的諧波傳播規律，提出一種分頻調節RAPF的位置選擇新策略：距傳輸線末端諧波1/4波長正奇數倍且距始端最近的位置為最優安裝位置，且傳輸線長度恰為諧波1/4波長的正奇數數倍時，傳輸線始端即為最優安裝位置。

 

在該位置策略下，分頻調節RAPF通過合理選擇電導增益，可實現任意傳輸線長度下的諧波傳播放大抑制。仿真和實驗均驗證了所提策略的正確性和有效性。

 

圖1 微電網并網系統等效模型

 

 

 

結論

 

本文通過對微電網并網系統中諧波在長度為1的傳輸線上的傳播特性進行分析，得出以下規律：1）當1＜λh /4或l = (2m－1)λh /4時，不會產生諧波傳播放大現象；2）當l=mλh/2時，諧波傳播放大現象最嚴重。

 

基于此規律，本文提出了一種分頻調節RAPF位置選擇新策略，并分析了不同傳輸線長度l下分頻調節RAPF電導增益KV的取值要求，具體如下：

 

1)當(2m－1)λh/4＜l≤mλh/2時，在距傳輸線末端 (2m－1)λh/4的位置安裝 KV≥1/Zc的相應次RAPF，KV值越大，諧波抑制效果越好。

 

2)當l = (2m－1)λh /4時，在傳輸線始端位置安裝KV≥1/Zc的相應次RAPF，KV值越大，諧波抑制效果越好。

 

3) 當mλ/2＜l＜(2m+1)λh/4時，在距傳輸線末端(2m－1)λh/4的位置安裝KV=1/Zc的相應次RAPF可取得最好的諧波抑制效果。