基于弱电网中协同控制的背景谐波电压抑制策略

《CSEE Journal of Power and Energy Systems》：Suppression Strategy of Background Harmonic Voltage Based on Cooperative Control in Weak Grid

针对弱电网中分布式发电系统连接时的谐波问题，本文提出了一种基于前馈多阶SOGI和谐波加权控制的协同控制策略。通过精确的谐波提取和谐重控制，有效抑制了PCC电压谐波，实验和仿真结果验证了该方法的高效性和稳定性。

　　在当前能源结构不断变化的背景下，分布式发电（DG）系统与可再生能源的结合日益广泛。然而，这些系统通常接入的是电网较为薄弱的区域，而这些薄弱电网往往存在较大的背景谐波。谐波的存在不仅会干扰电力系统的正常运行，还可能导致电力质量下降，尤其是在公共连接点（PCC）处，谐波问题尤为突出。为了应对这一挑战，本文提出了一种新型的电压控制协同控制方法，结合了前馈多二阶广义积分器（FMSOGI）谐波提取与谐波加权控制（HWC），旨在提高PCC的电压质量。

在传统的谐波控制方法中，多数采用的是基于电流控制的策略，例如准PR控制器或双电流环控制。这些方法通常通过控制逆变器输出电流来间接抑制谐波，但在某些情况下，其控制精度和响应速度可能不足。此外，一些谐波抑制设备如有源电力滤波器（APF）虽然能够有效改善电力质量，但由于其较高的成本，难以在大规模应用中推广。因此，研究如何利用DG系统中的逆变器本身进行谐波控制，成为提升电力质量的重要方向。

FMSOGI谐波提取方法因其良好的带通特性，能够高效地提取不同频率的谐波信号。该方法结合了前馈控制，从而实现对低阶谐波的精确提取，避免了传统方法中因谐波频率接近基频而造成的误差。同时，HWC通过引入加权系数，能够更灵活地调整谐波抑制效果，使系统在保持稳定的同时，具备更高的控制精度。与传统方法相比，FMSOGI+HWC协同控制策略不仅计算负担较小，而且能够实现无延迟的谐波提取，为谐波控制提供了良好的基础。

在系统稳定性方面，本文通过分析系统传递函数和闭环极点分布，确定了加权系数的合理设置范围。通过调整加权系数，可以有效平衡谐波抑制效果与系统稳定性之间的关系。在dq轴上，加权系数的设置对于系统的稳定性至关重要，过高的加权系数可能导致系统不稳定，因此需要通过仿真和实验来验证其合理性。同时，零序谐波的处理也通过类似的方法进行，确保系统在面对复杂谐波环境时仍能保持良好的运行状态。

通过Matlab和硬件在环（HIL）仿真平台的实验结果表明，FMSOGI+HWC协同控制策略能够显著降低PCC处的总谐波失真（THD），有效改善电压质量。仿真结果显示，当加权系数设置为特定值时，THD可以被显著降低，且系统在不同负载和电网参数下均表现出良好的适应性。实验部分则进一步验证了该策略在实际系统中的可行性，结果显示，与传统PI+R控制方法相比，FMSOGI+HWC协同控制策略在谐波抑制方面具有明显优势，同时对系统稳定性的影响较小。

此外，实验还考虑了电网侧线路阻抗变化对谐波控制效果的影响，结果显示，即使在不同阻抗条件下，该协同控制策略依然能够保持良好的谐波抑制能力，表明其具备较强的鲁棒性和适用性。这些实验结果不仅验证了FMSOGI+HWC协同控制策略的有效性，也为未来在实际电网中推广此类控制方法提供了理论和技术支持。

综上所述，本文提出的FMSOGI+HWC协同控制策略在提升DG系统接入电网的电力质量方面表现出色，其在谐波提取和抑制方面具有更高的精度和效率。该方法不仅简化了控制结构，还避免了传统谐波控制策略中可能存在的计算负担和延迟问题。通过理论分析和实验验证，本文展示了该协同控制策略在复杂电网环境下的稳定性和有效性，为未来DG系统的谐波控制提供了新的思路和技术方案。