[发明专利]带不对称非线性负载的微电网系统及功率均衡控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统中的新能源分布式发电、微电网控制技术领域，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。

背景技术

光伏发电和风力发电等新能源分布式发电(Distributed Generation，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/T 14549-1993和GB/T 15543-2008国家标准规定电网系统公共连接点(Point of Common Coupling，PCC)正常情况下的总谐波畸变率(Total Harmonic Distortion，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。Mehdi Savaghebi在IEEE Transactions on Industrial Electronics发表的题为《Autonomous voltage unbalance compensation in an islanded droop-controlled microgrid》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。

发明内容

本发明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。

本发明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。