关键字 |
| 术语-分布式发电(DG)，太阳能光伏(PV)，总谐波失真(THD)，混合可再生能源系统(HRES)。 |
介绍 |
| 印度电力行业正面临挑战，尽管近年来发电量大幅增长，但一直受到短缺和供应限制的困扰。2012-03年度，能源和峰值负荷短缺分别为7.8%和13%。印度人均用电量约为400千瓦时/年，明显低于2100千瓦时/年的世界平均水平。随着GDP增长加速至雄心勃勃的8%至10%，电力短缺将变得更加严重。鉴于上述电力和能源情况，印度政府电力部(MoP)和非常规能源部(MNES)一直在推广可行的可再生能源技术，包括风能、小水电和生物质能、节能、需求侧管理等。自2000年以来，跨国公司一直在推广各种可再生能源。在现有发电总容量中，火电贡献了近72%。随着可持续经济增长的需要，印度政府通过非常规能源部(MNES)鼓励和促进可再生能源发电的增长，包括生物质能、风能、水力、太阳能光伏等。预计集中式化石燃料发电厂和分散式可再生能源发电厂的明智组合将导致印度电力部门的环境友好型扩张。 |
| 现代电力系统的电力负荷是线性负荷和非线性负荷的结合。近年来，固体电子器件作为电力电子变换器的开关器件的使用正在大幅度增加。因此，电力系统网络受到高水平谐波的影响。虽然快速开关电力电子器件有一些优点，但这些系统存在从源中提取谐波和无功电流分量的问题，并具有高度非线性特性。这些电负载所产生的电流具有广泛的频谱，包括:基本无功功率，大量的第三、第五、第七、第十一和第十三次谐波以及少量的其他更高频率谐波。 |
| 其中一个众所周知的发电方法是安装分布式发电(DG)。作为分布式发电机的列表，可以参考与高能化石功能的同步和燃烧涡轮机 |
| 燃料，如石油、丙烷、天然气、汽油或柴油，以及风力涡轮机。据预测，由于风能、沼气、光伏(PV)等可再生能源发电的需求很大，分布式发电(DG)将在未来的电力系统中普遍存在。 |
| 本文利用并联变换器将分布式混合可再生能源的有功功率注入电网，同时进行无功补偿，减小电流谐波畸变。参考发电是基于瞬时功率理论。采用混合可再生能源进行了仿真研究。 |
采用并联变换器的分布式发电机 |
| 一般来说，DG可以定义为在配电网内或在物理分布的网络客户端产生的电力。分布式发电系统中的电能流动是双向的，电能可以从电网流向负荷，当光伏系统、风能系统或燃料电池等分布式发电产生的电量足够时，电能可以反馈到电网。光伏系统产生的电力可以通过DC-AC变换器直接连接到电网的交流母线，如图1所示 |
| 另一种设计是基于使用DC-DC升压变换器来提高直流电压并提取可用的最大功率，然后使用DC- ac变换器。分布式系统的并网负荷通常为单相，因此在垂直拓扑中单相的应用显得尤为重要。单相逆变器可用于家庭用途，因此通过在房屋和商业建筑的屋顶上放置小型分布式发电，如光伏板，这种能量可以通过大量光伏板馈送到电网，将大量电能拉入电网。 |
| B.太阳能光伏组件 |
| 入射阳光可以通过太阳能电池板的光伏转换转化为电能。太阳能电池板由大面积半导体二极管的单个电池组成，其构造使光可以穿透到p-n结区域。在n型硅片和p型表面层之间形成的结决定了二极管的特性以及光伏效应。光被硅吸收，产生多余的空穴和电子。这些多余的电荷可以通过外部电路产生能量。图2显示了描述太阳能电池的等效电路。二极管电流为 |
 |
| 很明显，流入外部电路的电流I为 |
 |
| 式中ISC为短路电流，I0为二极管反向饱和电流，A为温度依赖常数，A=q/kT[1]。如果太阳能电池是开路的，那么所有的Isc都流过二极管，并产生约0.5-0.6V的开路电压Voc。如果太阳能电池短路，则没有电流流过二极管，所有的短路电流Isc都流过短路。 |
| 由于一个太阳能电池的Voc约为0.5-0.6V，然后单个电池组成面板，以产生更多可用的水平。大多数太阳能电池板是为12V电池充电，由36个单独的电池(或单元)串联而成，以产生Voc -20V≈18。面板最大电源输出电压通常在16-17V左右。每个0.5-0.6V串联单元可以包含多个独立的并联电池，从而增加了总面板表面积和发电能力。 |
| 图3给出了太阳能电池板的I-V曲线和输出功率。如果没有负载连接在太阳下的太阳能电池板上，则会产生开路电压Voc，但不会产生电流。如果太阳能电池板的端子短路在一起，短路电流I SC将流动，但输出电压将为零。在这两种情况下，太阳能电池板都不提供电力。当负载接入时，我们需要考虑面板的I-V曲线和负载的I-V曲线来计算出可以向负载输送多少功率。最大功率点(MPP)是I-V曲线膝部附近的点，MPP处的电压和电流分别表示为Vm和Im。对于特定负载，最大值点随着I-V曲线随温度、日照和遮阳的变化而变化。由于太阳能发电相对昂贵，因此在最大功率条件下运行电池板是很重要的。事实上，DC-DC转换器通常用于“匹配”面板的loa等效电阻，以最大限度地提高转换器的功率。 |
| C.风力机模型 |
| 风力涡轮机根据其速度分为两种类型，即固定速度风力涡轮机和变速风力涡轮机。定速风力发电机采用异步电动机，变速风力发电机采用双馈感应发电机(DFIG)和永磁同步发电机(PMSG)。该型变量发电机采用两种变换器:机侧变换器和电网侧变换器。薄型涡轮机用于将产生的电力连接到电网。变速风力机的运行转速在1000-1500转/分之间。 |
| 电网侧变换器是将产生的电力转换成直流的整流器，在另一边，电网侧变换器使用逆变器，将直流电源转换成交流电源。电网侧变流器采用pwm逆变器，以减少由于转换产生的谐波和注入电网的功率。听说PMSG发电机是用来将风能中的动能转化为电能的。利用MATLAB/SIMULINK中PMSG的简单模型对风力机进行建模。风力发电机的基本方程如下。 |
| 定子磁链方程为 |
 |
| 在永磁同步电动机中，电动机的转矩起主要作用，风速也起主要作用。发电的变量是扭矩和风速。如果这两个参数在Simulink模型中变化，输出功率也成比例地变化。 |
参考电流提取 |
| 文献中广泛采用三相参考电源，利用同步帧理论和瞬时无功功率理论为变换器的控制产生参考电流，瞬时功率理论也应用于单相变换器的参考电源，采用p-q理论。三相参考电流的产生一般采用d-q理论，负载所消耗的瞬时功率由 |
 |
| 然后将该功率通过低通滤波器或移动平均滤波器过滤掉功率的振荡成分。从源出发所需电流的净实分量可以写成 |
| Ilp= (Pavg - Ppv)/Vrms (11) |
| PV系统产生的最大功率P PV从平均功率中减去，得到(7)给出的电流的净实分量。ilp必须与电压锁相，以便在单位功率因数下电流与电压之间的相位相同。所需补偿电流ic(t)。可以通过从负载电流il(t)中减去ilp(或iref(t))计算，如(9)所定义。 |
仿真结果 |
| 采用电力系统仿真软件MATLAB/SIMULINK进行仿真。对并联变换器注入有功功率和负载无功谐波补偿进行了仿真。所考虑的负载是与R-L单元串联的整流型非线性负载。 |
| 图4为源电流波形。从波形可以看出，由于负载的非线性，源电流的波形发生了畸变。如前所述，发电机为非线性负载提供电力。在下图中，x轴表示时间周期，y轴表示源电流的幅值。 |
| 现在图5和图6显示了源侧电压波形和负载侧电压波形。图5为源侧电压波形，图6为负载侧电压波形。从波形可以看出，在负载侧电压波形中存在相移。这种相移是由于在传输线中存在电感。 |
| 在图5中，x轴表示时间周期，y轴表示电压幅值。源侧峰值电压为300v |
| 类似地，在图6中，x轴表示时间周期，y轴表示电压的振幅。源侧峰值电压为280v。由于传输线中存在电阻，我们可以观察到20v的电压降。 |
| 图7为在MATLAB/SIMULINK中进行的谐波分析。对源侧电流波形进行谐波分析，取启动时间为0.2秒，观测到的周期数为30个周期。总谐波失真为65.48%。补偿电流由分流变换器提供，如图8所示。 |
| 图10是图9所示电路模型的输出波形，我们可以观察到源电流波形是正弦的。这是正弦的，因为混合可再生能源整合到短传输线的影响。源电压和负载电压波形不改变，保持不变。对于所有的图形，x轴是时间周期，y轴是电压幅值。源电流与负载电压同相，因此可以得到单位功率因数。 |
| 图10为混合可再生能源接入输电线路后源电流的FFT分析。以30个周期为0.3s进行分析，发现总谐波失真为4.28%。图表如下所示 |
| 图10表示源电流波形的谐波分析，其中THD降低到4.27%。THD值小于4%，表示所提供的电能为优质电能。 |
结论 |
| 本文采用并联变换器对混合可再生能源进行集成。并联变换器成功地实现了两个目的，一是改善了谐波等非线性负荷和无功补偿带来的电能质量问题，二是将HRSE系统产生的有功功率注入系统。结果表明，在保持源电流为正弦且功率因数为单位的情况下，可以很容易地实现对HRSE功率的积分。 |
数字一览 |
|
|
参考文献 |
- M. G. Villalva, J. R. Gazoli和E. R. Filho，“对ieeetrans建模和仿真的综合认可。光伏阵列的功率，“电子。，第24卷，no。5, pp. 1198-1208, 2009年5月
- b·杨w·李、赵y和x他”“网格连接光伏IEEETrans设计与分析。电力系统，”“电子。，第25卷，no。4，页992- 1000,2010年4月。
- Z. Chen, J. M. Guerrero，他和F. Blaabjerg，“电力电子技术的回顾IEEE Trans。风力涡轮机的动力，”“电子。，第24卷，no。第8页，1859- 1875页，2009年8月。
- B. Singh, K. Al-Haddad和A. chandra，-“谐波和无功补偿的三相有源滤波器的新控制方法”，IEEE Trans。论电力系统，第46卷，no。5，第133 -138页，1999年10月
- 赤木，“有源电力线路调节器的发展趋势”，IEEE电力电子学报，vol.9, no.3,pp。263 - 268年,May.1994
- 吕庆义，E C，马兜子属植物"，inProc "有效。交流电源滤波器IEEE/IAS年度。会议，第19卷，第529-535页，1976年
|
菜单
