一种集成到电网中的微电网，配备太阳能光伏系统，采用基于MoPI的模板技术来提升电能质量和电力平衡

《Renewable Energy Focus》：A grid-integrated microgrid with a solar-PV system to improve power quality and power balance using MoPI based template technique

　　

拉胡尔·库马尔 | 穆克什·库马尔·基拉尔

印度中央邦博帕尔，MANIT电气工程系，462003

摘要

本文提出了一种集成分布式静态补偿器（DSTATCOM）的太阳能光伏（SPV）系统，旨在满足不断增长的能源需求的同时提升电力质量。该系统通过降低直流电流等级、减少电源电流谐波、补偿无功功率、改善电压调节以及平衡负载来缓解由不同类型负载引起的电力质量问题。SPV-DSTATCOM在双转换模式下运行，从太阳能光伏阵列中提取能量。其控制采用基于改进比例积分单元（Modified Proportional Integral）的模板技术和滞回电流控制器实现。通过扰动观察法（Perturb and Observe）实现太阳能光伏的最大功率提取。系统性能通过MATLAB Simulink平台进行评估，所提出的SPV-DSTATCOM系统及其新颖且直观的控制技术的有效性通过实时数字模拟器OPAL-RT得到了验证。SPV-DSTATCOM证明了其在提升电力质量和满足额外负载需求方面的可行性。

章节摘录

引言

随着全球能源需求的增长以及环境问题和化石燃料储备的减少，人们对可再生能源用于本地分布式发电的研究日益增多。特别是太阳能光伏，由于其低维护要求和丰富的可用性而展现出巨大潜力。然而，太阳能的间歇性以及其对天气变化的依赖性，要求必须集成能量存储或电网连接[1]。微型电网应运而生

提出的太阳能光伏微型电网概述

图1展示了所提出的太阳能光伏微型电网系统。光伏阵列通过DSTATCOM与交流电网在共同的耦合点连接。这种配置采用双级拓扑结构，将SPV-DSTATCOM直接集成到三相（3-?）电网中。DSTATCOM的直流侧连接到光伏阵列。

线性和非线性负载分别在共同的耦合点串联连接，包括平衡和不平衡状态。各种负载，无论是线性的还是非线性的，在平衡条件下运行

控制算法

所提出的控制算法赋予了SPV系统强大的多功能性，既能实现光伏功率注入，又能进行DSTATCOM操作以补偿无功功率和 harmonics。本研究采用了两种控制策略：一种用于DSTATCOM，另一种用于跟踪太阳能光伏系统的最大功率点（MPPT）。图5展示了单元模板技术的框图（见图6）。

电压源变换器的控制基于改进的单元模板理论

仿真结果与验证

表2说明了所提出基于太阳能光伏的微型电网系统的不同运行条件。它展示了系统在各种负载情况下的动态行为。

图1显示了仿真结果，验证了所提出的基于太阳能光伏的微型电网的可行性。附录中定义了仿真参数。该系统使用了A10Green Technology公司的A10J-M60-230光伏面板，其开路电压（V_oc）为30.36V，开路电流（I_oc）为7.58A。在最大功率点（MPP）时，光伏组件的性能最佳

RT模拟器结果与解释

图1、图2、图3、图4和图5展示了所提出的系统及其控制方法。为了验证系统的性能，使用了OPAL-RT5600测试平台。这种方法比全尺寸实验装置更为经济且安全，后者需要昂贵且可能具危险性的高功率设备。OPAL-RT平台实现了高保真度的并行处理和准确的实时控制器测试

讨论

对现有PV-DSTATCOM控制策略的比较评估突显了从传统自适应算法向更先进的智能和非线性控制方案的明显演变。早期的方法如Widrow–Hoff、LMS和主动电流控制能够提供满意的补偿效果，但受到收敛速度慢、在强非线性条件下的精度较低以及对参数变化敏感度中等的影响。最近的方法包括WVSS-VS等

结论

本文提出了一种适用于并网微型电网系统的统一控制方法，以克服将太阳能光伏集成到具有各种负载模式（包括不平衡和非线性负载）的电网中的挑战。通过MATLAB Simulink和实时仿真测试平台的严格测试，证明了所提出的控制器在各种扰动和负载条件下的稳定性能。

CRediT作者贡献声明

拉胡尔·库马尔：负责撰写初稿和方法论。穆克什·库马尔·基拉尔：负责指导。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文研究工作的商业利益或个人关系。