[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

摘要

本发明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。

主权项

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：ω=ω*-kp(P+-P+*)E=E*-kq(Q+-Q+*)]]>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±、HDI,7±、HDI,11±和HDI,13±，将其与各次电压谐波畸变指数的最大值相比较，得出的值与PCC点电压谐波补偿值和h次电压谐波的补偿系数CGh±相乘，输出值再与该DG单元额定功率S0,i所占总功率的比例系数相乘并构造出dq轴下该DG单元的各次电压谐波补偿值其中，n为DG单元的个数，通过坐标变换将转换为其中，θ为PCC点电压通过PLL提取的相位，最后将各次电压谐波的补偿值累加起来即可得出最终的PCC点电压谐波补偿值S9、将逆变器输出电压voαβ、选择性虚拟阻抗压降vvαβ、参考电压信号vref,αβ、谐波及不平衡电压均衡补偿系数KUHCR以及PCC点电压谐波补偿值相加减，得到逆变器输出电压参考信号将上述电压参考信号经过由电压控制器和电流控制器组成的电压电流双闭环控制及空间矢量脉冲宽度调制后构造出逆变器H桥IGBT所需的触发信号。