近年來，能源需求的增長和環(huán)境保護(hù)力度的不斷加大促進(jìn)了分布式電源的發(fā)展，使之成為電力系統(tǒng)發(fā)展的重要推動力，進(jìn)而受到世界各國的關(guān)注和重視，但其存在單機接入成本高、容量小、控制困難和諧波污染嚴(yán)重等問題。

為克服分布式電源對大電網(wǎng)的不利影響，最大限度地發(fā)揮分布式發(fā)電靈活、易控制的優(yōu)勢，提高供電可靠性和電能質(zhì)量，在21世紀(jì)初，學(xué)者們提出了微電網(wǎng)的概念。按照微電網(wǎng)內(nèi)主網(wǎng)絡(luò)供電方式不同，將其分為直流微電網(wǎng)、交流微電網(wǎng)和交直流混合微電網(wǎng)。

交流微電網(wǎng)是最早被提出的一種結(jié)構(gòu)形式，也是目前工程界與學(xué)術(shù)界的主要研究對象。交流微電網(wǎng)內(nèi)多個微源逆變器之間呈并聯(lián)關(guān)系，不同逆變器輸出電壓的幅值、頻率及相位存在差異，會導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生大量環(huán)流，使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性與電能質(zhì)量均下降。

此外，單個微源逆變器輸出諧波含量高，多微源系統(tǒng)中各次諧波在不同時間尺度上的疊加會加大對配電網(wǎng)的諧波污染和對用電設(shè)備的負(fù)面影響。為解決交流微電網(wǎng)存在的環(huán)流大、諧波污染嚴(yán)重等問題，國內(nèi)學(xué)者提出了一種微源逆變器串聯(lián)連接微電網(wǎng)（Series Micro Power Grids, SMPGs），并對其輸出電壓的穩(wěn)定性和微源逆變器輸出功率平衡控制等方面進(jìn)行了研究。

針對傳統(tǒng)交流微電網(wǎng)存在的問題，本文在SMPGs的基礎(chǔ)上，結(jié)合模塊化多電平變流器（Modular Multilevel Converter, MMC）的優(yōu)點研究了一種基于MMC半橋串聯(lián)結(jié)構(gòu)的微電網(wǎng)（Modular Multilevel Converter Microgrids, MMC-MG）。

相比于SMPGs，微電網(wǎng)逆變環(huán)節(jié)在開關(guān)器件數(shù)量一致的情況下，系統(tǒng)接入微源數(shù)量增加一倍。類似結(jié)構(gòu)的逆變系統(tǒng)在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)及電池儲能系統(tǒng)中的應(yīng)用已有相關(guān)研究。

圖2 基于MMC半橋串聯(lián)結(jié)構(gòu)的微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

結(jié)論

本文詳細(xì)分析了基于MMC半橋串聯(lián)結(jié)構(gòu)微電網(wǎng)的輸出特性，并通過仿真和實驗證明了該微電網(wǎng)拓?fù)涞目尚行院陀行?。分析結(jié)果表明MMC-MG具有以下特性：

1）系統(tǒng)輸出電壓諧波含量小，頻率穩(wěn)定性高，并網(wǎng)污染小，可降低濾波投入，節(jié)約成本。

2）在保持輸出電壓穩(wěn)定條件下，系統(tǒng)微源總數(shù)6N越大，GM直流鏈電壓基準(zhǔn)值udc越小。從而降低GM交直流變換電路電壓等級，進(jìn)而降低電力電子開關(guān)器件的工作電壓，有效降低系統(tǒng)成本，提高安全性。

3）通過系統(tǒng)環(huán)流控制可實現(xiàn)微電網(wǎng)中相間及上、下橋臂間的能量調(diào)度，增加了系統(tǒng)的靈活性，減少了功率平衡設(shè)備投資。

4）相比于SMPGs，微電網(wǎng)逆變系統(tǒng)在開關(guān)器件數(shù)量一致的情況下，微電網(wǎng)系統(tǒng)接入的微源數(shù)量增加一倍，且輸出電壓電平數(shù)高于SMPGs。

系統(tǒng)輸出電壓穩(wěn)定控制、系統(tǒng)環(huán)流控制及GM輸出功率協(xié)調(diào)控制是下一步研究的重點。