一種提高微電網(wǎng)交流母線電能質(zhì)量的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種提高微電網(wǎng)交流母線電能質(zhì)量的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 微電網(wǎng)是智能電網(wǎng)的重要組成部分，作為新能源和分布式發(fā)電的有效載體，能夠 進(jìn)一步提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性、經(jīng)濟(jì)性和清潔性，更好地滿足電力用戶對(duì)電能質(zhì)量、供 電可靠性和安全性的要求，為電力系統(tǒng)和用戶所帶來的顯著的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益。微電 網(wǎng)可以并網(wǎng)運(yùn)行，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，也可以脫網(wǎng)孤島運(yùn)行。
[0003] 當(dāng)微電網(wǎng)中接入非線性負(fù)載或者不平衡負(fù)載時(shí)，如果不采取有效的應(yīng)對(duì)措施，將 會(huì)導(dǎo)致分布式電源效率較低、用戶設(shè)備損壞、供電可靠性降低，嚴(yán)重時(shí)甚至影響電力系統(tǒng)的 穩(wěn)定運(yùn)行。實(shí)際上，微電網(wǎng)中的重要負(fù)載一般都直接接在交流母線上。國(guó)際電氣與電子工 程師協(xié)會(huì)（IEEE)頒布了 IEEE 1547. 4-2011國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)微電網(wǎng)和大電網(wǎng)交換電能的質(zhì)量進(jìn) 行了專門規(guī)定。當(dāng)微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)，保障直流電壓的穩(wěn)定，降低直流母線電壓不平衡和諧 波畸變是首要的控制目標(biāo)；當(dāng)微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，微電網(wǎng)交流母線上的電能質(zhì)量直接決定 了和大電網(wǎng)交換電能的質(zhì)量，降低直流母線電流不平衡和諧波畸變是首要的控制目標(biāo)。因 此，微電網(wǎng)交流母線的電能質(zhì)量是微電網(wǎng)電能質(zhì)量研究的重中之重。
[0004] 現(xiàn)有的專利和文獻(xiàn)對(duì)微電網(wǎng)電能質(zhì)量的研究只是通過有功和無功功率控制來維 持電壓穩(wěn)定，如申請(qǐng)?zhí)枮?01410261493. 4的專利"一種提高微網(wǎng)系統(tǒng)電能質(zhì)量的控制方 法"通過控制三相并網(wǎng)逆變器進(jìn)行無功補(bǔ)償，維持直流電壓恒定。申請(qǐng)?zhí)枮?01110086457. 5 的專利通過控制逆變器補(bǔ)償微電網(wǎng)的功率波動(dòng)，以減小電壓變化量。目前，對(duì)于微電網(wǎng)內(nèi)的 三相不平衡和諧波問題尚沒有研究，對(duì)于微電網(wǎng)并網(wǎng)和并網(wǎng)運(yùn)行模式下及模式切換過程中 的電能質(zhì)量問題也未有相關(guān)研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種提高微電網(wǎng)交流母線電能質(zhì)量的控制方 法，該方法包括電壓最優(yōu)控制策略、電流最優(yōu)控制策略和電流補(bǔ)償控制策略。針對(duì)微電網(wǎng)不 同的運(yùn)行模式以及受不平衡或非線性負(fù)載影響程度的不同，微電網(wǎng)內(nèi)分布式電源逆變器自 動(dòng)平滑地切換到相應(yīng)的控制策略，提高微電網(wǎng)交流母線電能質(zhì)量，使微電網(wǎng)在并網(wǎng)和孤島 模式下的電能質(zhì)量均能滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的要求。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0007] -種提高微電網(wǎng)交流母線電能質(zhì)量的控制方法，包括以下步驟：
[0008] (1)采集微電網(wǎng)分布式電源逆變器的濾波電容電壓和和濾波電感電流，計(jì)算有功 和無功功率，得到參考電壓，根據(jù)微網(wǎng)運(yùn)行模式，選擇步驟（2)-(4)中一項(xiàng)控制策略進(jìn)行調(diào) -K- T ；
[0009] (2)進(jìn)行電壓最優(yōu)控制，將參考電壓與濾波電容電壓比較之后的誤差進(jìn)行基波電 壓控制和諧波電壓控制，輸出累加后得到參考電流；
[0010] (3)進(jìn)行電流最優(yōu)控制，將參考電壓與濾波電容電壓比較之后的誤差進(jìn)行基波電 壓控制，將參考諧波電流I wi= 〇與濾波電感電流比較之后的誤差進(jìn)行諧波電流控制，兩者 控制結(jié)果累加得到參考電流；
[0011] (4)進(jìn)行電流補(bǔ)償控制，將參考電壓與濾波電容電壓比較之后的誤差進(jìn)行基波電 壓控制，將參考諧波電流I D(；= 11￡1。31與濾波電感電流比較之后的誤差進(jìn)行諧波電流控制，兩 者控制結(jié)果累加得到參考電流；
[0012] (5)將參考電流與逆變器輸出電流作比較，并進(jìn)行內(nèi)環(huán)電流控制，進(jìn)行脈寬調(diào)制發(fā) 生。
[0013] 所述步驟（1)的具體方法為：
[0014] 采樣微電網(wǎng)分布式電源逆變器的濾波電容電壓％和濾波電感電流I 2計(jì)算得出有 功功率Pw和無功功率Q ，輸入功率控制器得到參考電壓Vm，功率控制器的表達(dá)式如下：
[0018] 其中，為參考角頻率，Ei為參考電壓幅值，m為有功功率下垂系數(shù)，η為無功功 率下垂系數(shù)，P ratod為逆變器的額定有功功率，Qrated為逆變器的額定無功功率。
[0019] 進(jìn)一步的，當(dāng)微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)，當(dāng)接入點(diǎn)電流不平衡度或畸變度小于設(shè)定閾值 時(shí)，分布式電源逆變器采用電壓最優(yōu)控制策略，提高交流母線的電壓質(zhì)量；當(dāng)電流不平衡度 或畸變度大于設(shè)定閾值時(shí)，分布式電源逆變器采用電流補(bǔ)償控制策略，補(bǔ)償非線性負(fù)載或 不平衡負(fù)載對(duì)交流母線電能質(zhì)量的影響。
[0020] 當(dāng)微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，若接入點(diǎn)電流不平衡度或畸變度小于設(shè)定閾值時(shí)，分布式 電源逆變器采用電流最優(yōu)控制策略，提高交流母線的電流質(zhì)量；當(dāng)電流不平衡度或畸變度 大于設(shè)定閾值時(shí)，分布式電源逆變器采用電流補(bǔ)償控制策略，補(bǔ)償非線性負(fù)載或不平衡負(fù) 載對(duì)交流母線電能質(zhì)量的影響。
[0021] 所述步驟（2)的具體方法包括：
[0022] 將參考電壓VD(；與濾波電容電壓V此較之后的誤差輸入基波電壓控制器G FV和諧 波電壓控制器Ghv，輸出累加得到參考電流Iek?；妷嚎刂破鱃 fv的表達(dá)式如下：
[0024] 其中，KPV，K1V分別為比例增益和積分增益。諧波電壓控制器G hv的表達(dá)式如下：
[0026] 其中，Krvh為諧波頻率土h · ω s處的諧振增侃，ω cvh為諧波頻率土h · ω s處的截 止頻率，〇^為基波角頻率，h為諧波次數(shù)。
[0027] 所述步驟⑶中，將參考電壓VD(；與濾波電容電壓V此較之后的誤差輸入基波電 壓控制器G fv，將參考諧波電流Im= 0與濾波電感電流I 2比較之后的誤差輸入諧波電流控 制器GHe，6"和G %輸出累加得到參考電流I D(；?；妷嚎刂破鱃fv的表達(dá)式如下：
[0029] 其中，Kpv，Klv分別為比例增益和積分增益，諧波電流控制器G HC的表達(dá)式如下：
[0031] 其中，Krih為諧波頻率土h · ω s處的諧振增侃，ω cih為諧波頻率土h · ω s處的截 止頻率，〇^為基波角頻率，h為諧波次數(shù)。
[0032] 所述步驟⑷中，將參考電壓VD(；與濾波電容電壓V。比較之后的誤差輸入基波電 壓控制器G fv，將參考諧波電流ID(；= I lc^與濾波電感電流12比較之后的誤差輸入諧波電流 控制器GHe，6"和G %輸出累加得到參考電流I D(；，基波電壓控制器Gfv的表達(dá)式如下：
[0034] 其中，KPV，K1V分別為比例增益和積分增益。諧波電流控制器GHe的表達(dá)式如下：
[0036] 其中，Krih為諧波頻率土h · ω s處的諧振增侃，ω cih為諧波頻率土h · ω s處的截 止頻率，〇^為基波角頻率，h為諧波次數(shù)。
[0037] 所述步驟（5)中，參考電流ID(；與逆變器輸出電流I 2比較之后的誤差輸入內(nèi)環(huán)電 流控制器&"_，輸出進(jìn)入逆變器的脈寬調(diào)制（PffM)發(fā)生器中。內(nèi)環(huán)電流控制器G innCT的表達(dá) 式如下：
[0038] Ginner (s) = Kpi
[0039] 其中，Kpi為比例增益。
[0040] 進(jìn)一步的，微電網(wǎng)內(nèi)的每個(gè)分布式電源逆變器均采集其各自接入點(diǎn)處的電流 Ilciral，并計(jì)算電流不平衡度和電流畸變度，電流畸變度HF為對(duì)電流進(jìn)行快速傅里葉變換后 對(duì)多次諧波進(jìn)行累加的值。
[0041] 進(jìn)一步的，對(duì)不平衡度UF的計(jì)算公式：
[0043] 其中，ItwIa I 分別為IicitiaI的負(fù)序分量旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換后的D軸分量和Q軸分 量；，/二分別為IlcK：aj^正序分量旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換后的D軸分量和Q軸分量。
[0044] 本發(fā)明的有益效果為：
[0045] (1)該發(fā)明中的微電網(wǎng)分布式電源逆變器自動(dòng)采集接入交流母線處的電流并計(jì)算 不平衡度和畸變度，實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單且投入成本低，滿足微電網(wǎng)內(nèi)分布式電源的即插即用和 熱插拔的功能需要。
[0046] (2)該發(fā)明提出了三種基于比例積分控制器+諧振控制器的微電網(wǎng)分布式電源逆 變器控制策略，電壓最優(yōu)控制策略能夠提高逆變器輸出電壓的質(zhì)量，電流最優(yōu)控制策略能 夠提高逆變器輸出電流的質(zhì)量，電流補(bǔ)償控制策略能夠補(bǔ)償接入點(diǎn)的電流諧波，三種控制 策略能夠同時(shí)補(bǔ)償不平衡負(fù)載和非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波，而且三種控制策略的可以實(shí)現(xiàn)平 滑切換，對(duì)微電網(wǎng)的暫態(tài)過程沒有影響。
[0047] (3)該發(fā)明中微電網(wǎng)內(nèi)的每個(gè)分布式電源