- 頭條新型的微電網拓撲，諧波污染小，可有效降低系統成本2020-06-24 作者：王興貴、薛晟、李曉英 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語蘭州理工大學電氣工程與信息工程學院的研究人員王興貴、薛晟、李曉英，在2019年第10期《電工技術學報》上撰文（論文標題為“”模塊化多電平變流器半橋串聯結構微電網輸出特性分析），為克服傳統交流微電網輸出電壓諧波含量高和對外電網諧波污染嚴重等問題，研究一種基于模塊化多電平變流器（MMC）半橋串聯結構的微電網，即將微源、交直流變流器及儲能裝置等組成的發電單元接入MMC子模塊直流側構成三相逆變系統，再通過交流母線接入濾波器、保護裝置及負載等組成微電網。 基于系統孤島運行等效電路，建立系統輸出電壓數學模型，并以此為基礎對系統輸出特性進行了詳細分析。針對輸出電壓波動、能量調度和微源輸出功率協調等問題，提出相應的解決方案，并在Simulink中搭建了系統模型。仿真及實驗結果證明了理論推導和分析的正確性，驗證了該微電網拓撲的可行性及有效性。
近年來，能源需求的增長和環境保護力度的不斷加大促進了分布式電源的發展，使之成為電力系統發展的重要推動力，進而受到世界各國的關注和重視，但其存在單機接入成本高、容量小、控制困難和諧波污染嚴重等問題。
為克服分布式電源對大電網的不利影響，最大限度地發揮分布式發電靈活、易控制的優勢，提高供電可靠性和電能質量，在21世紀初，學者們提出了微電網的概念。按照微電網內主網絡供電方式不同，將其分為直流微電網、交流微電網和交直流混合微電網。
交流微電網是最早被提出的一種結構形式，也是目前工程界與學術界的主要研究對象。交流微電網內多個微源逆變器之間呈并聯關系，不同逆變器輸出電壓的幅值、頻率及相位存在差異，會導致系統內部產生大量環流，使得系統的穩定性與電能質量均下降。
此外，單個微源逆變器輸出諧波含量高，多微源系統中各次諧波在不同時間尺度上的疊加會加大對配電網的諧波污染和對用電設備的負面影響。為解決交流微電網存在的環流大、諧波污染嚴重等問題，國內學者提出了一種微源逆變器串聯連接微電網（Series Micro Power Grids, SMPGs），并對其輸出電壓的穩定性和微源逆變器輸出功率平衡控制等方面進行了研究。
針對傳統交流微電網存在的問題，本文在SMPGs的基礎上，結合模塊化多電平變流器（Modular Multilevel Converter, MMC）的優點研究了一種基于MMC半橋串聯結構的微電網（Modular Multilevel Converter Microgrids, MMC-MG）。
相比于SMPGs，微電網逆變環節在開關器件數量一致的情況下，系統接入微源數量增加一倍。類似結構的逆變系統在光伏并網發電系統及電池儲能系統中的應用已有相關研究。
圖2 基于MMC半橋串聯結構的微電網拓撲結構
結論
本文詳細分析了基于MMC半橋串聯結構微電網的輸出特性，并通過仿真和實驗證明了該微電網拓撲的可行性和有效性。分析結果表明MMC-MG具有以下特性：
1）系統輸出電壓諧波含量小，頻率穩定性高，并網污染小，可降低濾波投入，節約成本。
2）在保持輸出電壓穩定條件下，系統微源總數6N越大，GM直流鏈電壓基準值udc越小。從而降低GM交直流變換電路電壓等級，進而降低電力電子開關器件的工作電壓，有效降低系統成本，提高安全性。
3）通過系統環流控制可實現微電網中相間及上、下橋臂間的能量調度，增加了系統的靈活性，減少了功率平衡設備投資。
4）相比于SMPGs，微電網逆變系統在開關器件數量一致的情況下，微電網系統接入的微源數量增加一倍，且輸出電壓電平數高于SMPGs。
系統輸出電壓穩定控制、系統環流控制及GM輸出功率協調控制是下一步研究的重點。
