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在能源危機(jī)和環(huán)境污染的時(shí)代背景下，新能源的不斷接入及應(yīng)用，促使現(xiàn)代配電網(wǎng)正從傳統(tǒng)單向輻射狀供電向潮流雙向流動(dòng)方向發(fā)展，未來(lái)電網(wǎng)將呈現(xiàn)大電網(wǎng)與微電網(wǎng)并存的格局。然而，隨著微電網(wǎng)中負(fù)荷種類的逐漸增多，用戶對(duì)電能質(zhì)量和優(yōu)質(zhì)服務(wù)的要求越來(lái)越高，微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式如何變化、如何更高效運(yùn)行得到了廣泛關(guān)注。

目前微電網(wǎng)技術(shù)雖能解決新能源發(fā)電的入網(wǎng)問(wèn)題，但微電網(wǎng)一般處于配電網(wǎng)末端，極易受電網(wǎng)電壓暫降和瞬時(shí)中斷等擾動(dòng)的影響，危害負(fù)荷的正常運(yùn)行。有學(xué)者分析了微電網(wǎng)中電能質(zhì)量問(wèn)題的起因，開(kāi)辟了這一研究領(lǐng)域。有學(xué)者指出，當(dāng)微電網(wǎng)中電壓出現(xiàn)較大的諧波畸變時(shí)，可能會(huì)造成并網(wǎng)逆變器失穩(wěn)而脫網(wǎng)。

因此，改善微電網(wǎng)的電能質(zhì)量具有重要意義。在這一方面，動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器等作為有效的治理裝置雖然常用，但其功能單一，且在系統(tǒng)正常時(shí)處于閑置狀態(tài)，利用率不高。

因此，為提升逆變器性能和提高電網(wǎng)穩(wěn)定性，具有改善電能質(zhì)量能力的多功能并網(wǎng)逆變器（MFGCI）逐步受到關(guān)注。有學(xué)者提出了一種MFGCI拓?fù)洌ㄟ^(guò)控制指令的疊加能同時(shí)實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)功率控制、諧波治理和無(wú)功補(bǔ)償?shù)裙δ堋３鲇谕瑯拥哪康模袑W(xué)者提出了一種混合儲(chǔ)能的并網(wǎng)變流器多目標(biāo)控制策略，有效發(fā)揮了儲(chǔ)能在平抑功率波動(dòng)方面的優(yōu)勢(shì)。

有學(xué)者提出采用CPT(conservative power theory)理論提取電流諧波和不平衡分量，可簡(jiǎn)化計(jì)算和有效減少算法實(shí)現(xiàn)所需的存儲(chǔ)空間。然而，由于控制指令的可疊加性，以上研究均著重于并網(wǎng)逆變器功率控制和電流相關(guān)問(wèn)題的研究，鮮有考慮跌落等電壓?jiǎn)栴}。但在對(duì)電動(dòng)機(jī)等敏感負(fù)載的供電過(guò)程中，系統(tǒng)電壓波動(dòng)會(huì)直接影響產(chǎn)品質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)損壞機(jī)器。因此，進(jìn)一步研究具備電壓質(zhì)量調(diào)節(jié)能力的多功能變流器十分必要。

有學(xué)者提出了一種基于光蓄發(fā)電的微電網(wǎng)動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器，通過(guò)在拓?fù)渲邪惭b一系列功率開(kāi)關(guān)以實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)、新能源消納等功能。有學(xué)者亦采用類似方法，該方法雖能擴(kuò)展功能，但通過(guò)額外增加繼電器等開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)各功能的切換可能導(dǎo)致延時(shí)、瞬態(tài)沖擊等問(wèn)題。

有學(xué)者提出了一種動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器矢量控制方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)新能源的利用和對(duì)電壓?jiǎn)栴}的治理，但這種方法隨著新能源輸出能量的增多，對(duì)直流側(cè)電壓的要求也越來(lái)越高。還有學(xué)者則提出了一種電力彈簧新拓?fù)洌攸c(diǎn)在于通過(guò)調(diào)節(jié)和犧牲非關(guān)鍵負(fù)載電壓，轉(zhuǎn)移新能源發(fā)電的功率波動(dòng)，進(jìn)而降低直流側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電電流以優(yōu)化其存儲(chǔ)容量。

基于以上分析，國(guó)家電能變換與控制工程技術(shù)研究中心（湖南大學(xué)）、長(zhǎng)沙理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院的研究人員在充分考慮應(yīng)用于不同場(chǎng)景的變流器在結(jié)構(gòu)、控制上的共性及差異的基礎(chǔ)上，提出了一種能同時(shí)實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)功率調(diào)控和電壓質(zhì)量調(diào)節(jié)的多功能變流器（MFC）。在單相全橋逆變器的基礎(chǔ)上，通過(guò)構(gòu)造和復(fù)用直流側(cè)電容支路，所提拓?fù)浔憧山怦詈酮?dú)立控制逆變器兩橋臂，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)其輸出電壓和輸出電流的獨(dú)立控制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)多種功能。

圖1 MFC控制策略

根據(jù)電網(wǎng)狀況可將其分為兩種工作模式：電網(wǎng)電壓正常時(shí)，工作于并網(wǎng)功率調(diào)控模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)新能源發(fā)電的充分利用；電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，工作于功率調(diào)控兼電壓調(diào)節(jié)模式，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)功率的調(diào)控和對(duì)電壓波動(dòng)的補(bǔ)償。

通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)解耦和獨(dú)立控制，MFC在電網(wǎng)電壓正常時(shí)，工作于并網(wǎng)功率調(diào)控模式，根據(jù)新能源發(fā)電量進(jìn)行功率調(diào)控以實(shí)現(xiàn)對(duì)新能源的充分利用；在電網(wǎng)電壓出現(xiàn)暫升/暫降等問(wèn)題時(shí)，工作于功率調(diào)控兼電壓調(diào)節(jié)模式，無(wú)需增加切換開(kāi)關(guān)便可同時(shí)且有效實(shí)現(xiàn)負(fù)載電壓穩(wěn)定和微網(wǎng)功率調(diào)控。

圖2 RT-LAB硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

接著，對(duì)所提拓?fù)溥M(jìn)行了詳細(xì)的模式分析，建立了電路模型說(shuō)明工作原理，制定了控制策略，分析了穩(wěn)態(tài)誤差。最后，利用Simulink仿真及RT-LAB硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提拓?fù)渑c控制策略的有效性。

基于這種可同時(shí)實(shí)現(xiàn)電壓質(zhì)量調(diào)節(jié)和并網(wǎng)功率調(diào)控的串并聯(lián)一體化多功能變流器，得到如下結(jié)論：

1）在單相全橋逆變器的基礎(chǔ)上，當(dāng)控制指令無(wú)法疊加時(shí)，擴(kuò)展變流器的功能主要有兩種方式：增加切換開(kāi)關(guān)進(jìn)行拓?fù)滢D(zhuǎn)換和對(duì)變流器進(jìn)行解耦控制。通過(guò)對(duì)變流器進(jìn)行結(jié)構(gòu)解耦，能有效實(shí)現(xiàn)對(duì)其輸出電壓和輸出電流的獨(dú)立控制，進(jìn)而保證了不同工況下關(guān)鍵負(fù)載側(cè)的電壓穩(wěn)定和對(duì)新能源的充分消納，提升了裝置利用率。

2）詳細(xì)分析了不同工作模式下電路的導(dǎo)通狀態(tài)，建立了電路模型說(shuō)明原理和分析器件承受的應(yīng)力。制定了控制策略及驗(yàn)證穩(wěn)態(tài)下的零輸出誤差，最后利用仿真和半實(shí)物實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了拓?fù)洹⒎椒肮δ艿挠行浴?/strong>