解鹏雁

摘 要：在并网模式中，几乎所有分布式发电系统的单相逆变器都只向电网注入有功功率。本文对单相逆变器的电能质量特性，即含有电流谐波分量的有功和无功功率特性进行了研究，通过在控制策略中并联有源电力滤波器（APF），并采用电流参考发生器和重复电流控制器来实现相关的研究。本文采用单相系统的两相变换法提取谐波分量，并提供负载所需的无功功率。

关键词：分布式发电；电能质量；瞬时无功功率

电力电子是将分布式发电单元结合在一起的重要组成部分，从而实现电力系统的高效率和高性能。由于原有的控制策略是针对三相有源滤波器研究的，因此在单相逆变电路中采用有源滤波器时，一定要特别注意有源滤波器的性能需要符合单相电力系统[1]。所有分布式发电系统的单相逆变器都只向电网注入有功功率，即通过需要产生的参考有功功率计算参考电流。

本文对应用在分布式发电系统的单相逆变器提出了一种改进的电能质量控制策略，分布式发电单元和有源电力滤波器结合起来，可以控制逆变器的有功功率从电源流到电网，并对无功功率和非线性负载电流谐波进行补偿，使电网电流保持接近正弦。

1 谐波参考电流

本文采用了一种基于重复控制器的专用逆变器电流控制方案，该控制策略可以使FIR滤波器抽头数减半，从计算的角度更加容易实现。

参考电流的计算可以使用正弦信号积分器（SSI）和瞬时无功功率（IRP）理论来完成[2]。这种方法无延迟的得到应用于IRP理论或其他技术（最初用于三相系统）所需的虚拟变量。

改进电能质量的单相逆变器控制策略流程如下图所示。逆变器参考电流iF由参考电流发生器产生，电流控制基于重复控制器。

2 基波参考电流

在稳态运行中，传递函数（1）和（2）在频域中的相位关系是∠H1jw=∠H2jw+π2 （3）

根据伯德图发现当ka变小时，滤波器变得更有选择性。然而，在这种情况下，相位在基波频率ω0周围的延迟也越来越高。

这种特性可以用于获取正交基波分量，该基波分量被用于补偿局部负载无功功率。SSI产生的信号IL1β仅用于计算基本无功参考q*，采用IRP理论中的无功功率定义如下：

由于系统是单相的，因此忽略电流i*1β，在谐波参考电流i*hα中加入i*1α以獲得逆变器参考电流，用于提取非线性负载电流基波分量的SSI滤波器性能灵活，可以调整其增益ka提高参考发生器的选择性或改善其瞬时响应。需要强调的是本文创建虚拟变量的方法与现有的另一种计算虚拟变量方法存在不同之处。在本文中，由SSI滤波器得到的用于产生电流参考的正交基波分量是正弦信号，相位偏移90°。在现有的方法中，获得的虚拟变量是由负载电流所有频率的相位旋转90°产生的，而且含有高次谐波的信号，在这种情况下，需要在虚拟变量和逆变器基准电流中引入相位延迟。

3 电流控制方案

对产生有功功率和补偿无功功率的逆变器来说，基准电流在基频是正弦信号，如果带宽足够高，就可以采用常规PI控制器。如果逆变器还必须补偿电流谐波，则参考电流的正弦信号将会畸变[3]。在这种情况下，PI控制器将无法实现零稳态误差。

因此，本文采用的电流控制策略是基于传统PI算法的重复控制器，当参考电流存在高次谐波时，可以实现零稳态误差。在该方案中，关键问题在于如何实现重复控制，重复控制器仅仅是n路滤波器，因此可以通过采用离散傅里叶变换（DFT）来设计滤波器，从而实现单相谐波补偿的单位增益。

4 结论

本文研究了一种用于分布式发电系统的单相逆变器，获得了并网运行中的谐波和无功功率补偿等电能质量特性，提出了基于SSI和IRP理论的电流参考发生器控制方案，并配以专用的重复电流控制器，使逆变器控制具有较好的暂态性能，并将有功功率和无功功率输出到负载中。具有较好的电能质量和低谐波畸变。

参考文献：

[1]张逸，林焱，吴丹岳.电能质量监测系统研究现状及发展趋势[J].电力系统保护与控制，2015，2（5）：44.

[2]王慧敏.含分布式电源的配电网电能质量分析[D].太原理工大学，2016.

[3]赵宪，周力行，邓维.改进的层次分析法在含分布式电源系统电能质量综合评估中的应用[J].中国电力，2014，12（18）：213-222.