带不对称非线性负载的微电网系统及功率均衡控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种带不对称非线性负载的微电网系统及功率均衡控制方法，系统包括多个并联的DG单元及分别与每个DG单元连接的线路阻抗，线路阻抗通过PCC点连接至微电网母线上，负载单元的三相平衡阻性负载、不对称线性负载和二极管整流非线性负载均通过PCC点接入微电网母线，微电网母线上还连接有用于测量PCC点电压基波正序、负序分量及谐波分量的测量模块，微电网母线依次通过静态开关和变压器连接10kV主电网。本发明专利技术利用基于虚拟基波正序、负序阻抗及虚拟可变谐波阻抗的选择性虚拟阻抗来实现微电网的无功和谐波功率均衡，谐波和不平衡电压补偿控制器可以实现不平衡功率及谐波功率的均分，解决了微电网谐波和电压不平衡问题。

【技术实现步骤摘要】
带不对称非线性负载的微电网系统及功率均衡控制方法
本专利技术属于电力系统中的新能源分布式发电、微电网控制
，涉及一种带不对称非线性负载的微电网系统及功率均衡控制方法，特别是一种带不对称非线性负载的孤岛微电网不平衡无功及谐波功率均衡控制方法。
技术介绍
光伏发电和风力发电等新能源分布式发电(DistributedGeneration，DG)系统的广泛应用，使得基于分布式电源、储能装置、负荷和控制装置构成的微电网系统成为智能电网的重要组成部分。与传统的配电网不同，微电网系统可以工作在并网和孤岛两种运行模式，在孤岛模式时，微电网系统需要实现DG单元间的功率均分。然而，电力系统配电网往往存在大量的不平衡和非线性负载，从而造成电能质量问题并影响微电网系统的运行稳定性。针对低压微电网系统，GB/T14549-1993和GB/T15543-2008国家标准规定电网系统公共连接点(PointofCommonCoupling，PCC)正常情况下的总谐波畸变率(TotalHarmonicDistortion，THD)和三相电压不平衡度分别不超过5％和2％。因此，需要采取措施使得微电网系统能够可靠运行在不平衡和非线性负载下，并保证系统的整体性能，维持微电网不平衡无功和谐波功率均衡。电力系统中通常采用有源电力滤波器来保证配电网的电能质量，串联有源电力滤波器通过耦合变压器向配电线路注入负序和谐波电压来补偿电网电压不平衡和谐波分量。但是，针对基于分布式发电系统的微电网而言，在每个DG单元上配备额外的有源电力滤波器会显著增加成本。孤岛型微电网系统中的分布式电源和负载通过电压源型逆变器来连接，因此可以通过控制逆变器来补偿电网电压不平衡和谐波分量。授权公告号为CN103296700B的中国专利提出向微电网注入适当比例的谐波和无功电流，进而实现微电网谐波和无功电流的有效治理，但该方法会使输出电压产生畸变且未考虑微电网系统经常发生的PCC点电压不平衡故障，且计算过程复杂，补偿效果较差。授权公告号为CN103236702B的中国专利通过实时动态改变下垂系数和虚拟阻抗的方法，改善了无功功率的稳态和动态均分特性，但针对带非线性负载的微电网系统，此时的虚拟阻抗及动态变系数和暂态变系数方法无法实现无功功率的均分。申请公布号为CN104578884A的中国专利提出一种针对低压微电网多逆变器并联的电压不平衡控制方法，采用鲁棒下垂控制、虚拟负阻抗以及电流无差拍控制等实现微电网孤岛不平衡运行，但该控制方法仅针对线性不对称负载的情况，并未考虑不平衡无功功率的均衡问题且较难实施。MehdiSavaghebi在IEEETransactionsonIndustrialElectronics发表的题为《Autonomousvoltageunbalancecompensationinanislandeddroop-controlledmicrogrid》的文章提出一种自适应的微电网负序补偿控制方法来维持PCC点处母线的电压平衡，但该方法同样仅考虑单一线性不对称负载的情况，不适用于实际的不对称非线性微电网系统。授权公告号为CN103368191B的中国专利通过引入负序无功Q--G不平衡下垂控制环来实现微电网电压的不平衡补偿，但该方法也仅仅局限于不对称线性负载，在不对称非线性负载的微电网系统并不适用，并且未考虑DG单元线路阻抗不平衡的情况。综上所述，现有的微电网控制技术主要研究线性对称负载或者非线性负载中的单一情况，对于不对称非线性负载以及线路阻抗不一致的情况尚无报道。因此，有必要研究一种同时实现不平衡无功和谐波功率均衡的控制方法，可广泛应用于带不对称非线性负载的微电网系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用基于虚拟基波正序、负序阻抗及虚拟可变谐波阻抗的选择性虚拟阻抗来实现微电网的无功和谐波功率均衡，谐波和不平衡电压补偿控制器可以实现不平衡功率及谐波功率的均分，解决了微电网谐波和电压不平衡问题的带不对称非线性负载的微电网系统及功率均衡控制方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种新型交流微电网系统，包括多个并联的DG单元及分别与每个DG单元连接的线路阻抗、负载单元和静态开关，线路阻抗通过PCC点连接至微电网母线上，负载单元包括三相平衡阻性负载、不对称线性负载和二极管整流非线性负载，三相平衡阻性负载、不对称线性负载和二极管整流非线性负载均通过PCC点接入微电网母线，微电网母线上还连接有用于测量PCC点电压基波正序、负序分量及谐波分量的测量模块，微电网母线依次通过静态开关和变压器连接10kV主电网。进一步地，所述的DG单元由可再生能源、三相全桥逆变器、LCL滤波器和DG单元本地控制器构成，可再生能源依次与三相全桥逆变器、LCL滤波器连接，LCL滤波器与线路阻抗相连，DG单元本地控制器通过低带宽通信(LowBandwidthCommunication，LBC)电缆连接测量模块，将测量模块检测到的PCC点的电压基波正序、负序分量及谐波分量传输至DG单元本地控制器，DG单元本地控制器的输出与三相全桥逆变器相连。本专利技术的一种新型交流微电网系统功率均衡控制方法，包括以下步骤：S1、实时检测微电网系统DG单元中的三相全桥逆变器侧电流iLabc、三相输出电压voabc和三相输出电流ioabc，并将检测到的数据通过Clark变换转换为αβ坐标轴下的逆变器侧电流iLαβ、输出电压voαβ和输出电流ioαβ；S2、将Clark变换得到的逆变器输出电流ioαβ通过二阶广义积分(SecondOrderGeneralizedIntegrator，SOGI)和延时信号相消(DelayedSignalCancellation，DSC)模块来精确提取输出电流ioαβ的基波正序分量基波负序分量以及谐波次数为5、7、11和13次的谐波分量和S3、将S2得到的输出电流基波正序分量基波负序分量以及谐波次数为5、7、11和13次的谐波分量和与逆变器输出电压voαβ相结合，计算出瞬时功率，通过低通滤波器(LowPassFilter，LPF)得到滤波器输出的基波正序有功功率P+、基波正序无功功率Q+、基波谐波功率D和基波负序不平衡无功功率QN；S4、将S3得到的基波正序有功功率P+和基波正序无功功率Q+通过基波正序有功-频率(P+-ω)下垂控制和正序无功-电压幅值(Q+-E)下垂控制，构造出逆变器参考电压信号vref,αβ的幅值E和频率ω分量，其表达式如下：其中，ω*和E*代表额定频率和额定电压幅值，P+*和Q+*表示正序基波有功功率和无功功率的参考值，kp和kq表示基波正序有功-频率(P+-ω)和正序无功-电压幅值(Q+-E)下垂系数，在微电网孤岛运行时，通常将P+*和Q+*的值设置为0；S5、根据图4所示的谐波及电压不平衡补偿控制器的结构图，将三相逆变器输出电压voabc通过Park变换转换为dq坐标轴下的电压分量，与通过PLL提取出的本地输出电压角频率ωlf、各次谐波次数及低通滤波器相配合，提取三相逆变器输出电压voabc的电压基波负序以及5、7、11和13次谐波分量和构造两个常值KN和KH与基波负序不平衡功率QN以及基波谐波功率D分别相乘，得到的值再分别与输出电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
带不对称非线性负载的微电网系统，其特征在于，包括多个并联的DG单元及分别与每个DG单元连接的线路阻抗、负载单元和静态开关，线路阻抗通过PCC点连接至微电网母线上，负载单元包括三相平衡阻性负载、不对称线性负载和二极管整流非线性负载，三相平衡阻性负载、不对称线性负载和二极管整流非线性负载均通过PCC点接入微电网母线，微电网母线上还连接有用于测量PCC点电压基波正序、负序分量及谐波分量的测量模块，微电网母线依次通过静态开关和变压器连接10kV主电网。

【技术特征摘要】
1.带不对称非线性负载的微电网系统功率均衡控制方法，其特征在于，包括多个并联的DG单元及分别与每个DG单元连接的线路阻抗、负载单元和静态开关，线路阻抗通过PCC点连接至微电网母线上，负载单元包括三相平衡阻性负载、不对称线性负载和二极管整流非线性负载，三相平衡阻性负载、不对称线性负载和二极管整流非线性负载均通过PCC点接入微电网母线，微电网母线上还连接有用于测量PCC点电压基波正序、负序分量及谐波分量的测量模块，微电网母线依次通过静态开关和变压器连接10kV主电网；所述DG单元由可再生能源、三相全桥逆变器、LCL滤波器和DG单元本地控制器构成，可再生能源依次与三相全桥逆变器、LCL滤波器连接，LCL滤波器与线路阻抗相连，DG单元本地控制器通过低带宽通信电缆LBC连接测量模块，将测量模块检测到的PCC点的电压基波正序、负序分量及谐波分量传输至DG单元本地控制器，DG单元本地控制器的输出与三相全桥逆变器相连；包括以下步骤：S1、实时检测微电网系统DG单元中的三相全桥逆变器侧电流iLabc、三相输出电压voabc和三相输出电流ioabc，并将检测到的数据通过Clark变换转换为αβ坐标轴下的逆变器侧电流iLαβ、输出电压voαβ和输出电流ioαβ；S2、将Clark变换得到的逆变器输出电流ioαβ通过二阶广义积分和延时信号相消模块来精确提取输出电流ioαβ的基波正序分量基波负序分量以及谐波次数为5、7、11和13次的谐波分量和S3、将S2得到的输出电流基波正序分量基波负序分量以及谐波次数为5、7、11和13次的谐波分量和与逆变器输出电压voαβ相结合，计算出瞬时功率，通过低通滤波器得到滤波器输出的基波正序有功功率P+、基波正序无功功率Q+、基波谐波功率D和基波负序不平衡无功功率QN；S4、将S3得到的基波正序有功功率P+和基波正序无功功率Q+通过基波正序有功-频率下垂控制和正序无功-电压幅值下垂控制，构造出逆变器参考电压信号vref,αβ的幅值E和频率ω分量，其表达式如下：其中，ω*和E*代表额定频率和额定电压幅值，P+*和Q+*表示正序基波有功功率和无功功率的参考值，kp和kq表示基波正序有功-频率和正序无功-电压幅值下垂系数；S5、将三相逆变器输出电压voabc通过Park变换转换为dq坐标轴下的电压分量，与通过PLL提取出的本地输出电压角频率ωlf、各次谐波次数及低通滤波器相配合，提取三相逆变器输出电压voabc的电压基波负序以及5、7、11和13次谐波分量和构造两个常值KN和KH与基波负序不平衡功率QN以及基波谐波功率D分别相乘，得到的值再分别与输出电压基波负序分量及各次谐波分量之和相乘，所得结果相加之后即可得到谐波和不平衡电压均衡补偿控制的补偿系数KUHCR：其中，KN和KH为电压不平衡及谐波分量的补偿设定值；S6、将构造出的输出电流基波正序基波负序以及谐波次数为5、7、11和13的谐波分量和分别与基于虚拟基波正序阻抗、基于虚拟基波负序阻抗和虚拟可变谐波阻抗的选择性虚拟阻抗相互作用，得到用来实现微电网无功功率与谐波功率均衡的选择性虚拟阻抗压降：选择性虚拟阻抗压降：虚拟基波正序阻抗压降：虚拟基波负序阻抗压降：虚拟可变谐波阻抗压降：其中，ωf表示基波角频率，和表示虚拟的基波正序电阻和电感，和表示虚拟的基波负序电阻和电感，Rv,h和Lv,h代表h次谐波分量虚拟电阻和电感，h＝5、7、11、13；S7、实时检测PCC点电压，提取PCC点电压在dq轴下的基波正序负序及主要谐波分量和通过LBC线将PCC点电压的基波正负序及谐波分量传送至谐波畸变率计算单元，计算得出各次电压谐波畸变指数HDv5±、HDv7±、HDv11±和HDv13±，与电压谐波畸变指数参考值和相比较，之后通过饱和限制器与比例积分控制器，再与PCC点电压基波正序负序及主要谐波分量和相乘，构造出PCC点电压谐波补偿值和并通过LBC传送至PCC点电压谐波补偿控制器中；S8、提取逆变器输出电流ioαβ在α轴的基波正序基波负序及主要包含5、7、11和13次谐波的谐波分量ioα,5±、ioα,7±、ioα,11±及ioα,13±，通过谐波畸变率计算单元输出各次谐波电流的各次谐波电流畸变指数HDI,5±、...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩杨，沈攀，罗名煜，李自鹏，赵玉龙，李红，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51