一种提高微电网交流母线电能质量的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种提高微电网交流母线电能质量的控制方法，包括电压最优控制策略、电流最优控制策略和电流补偿控制策略。根据微电网不同的运行模式以及微电网内分布式电源受不平衡或非线性负载影响程度，微电网内的每个分布式电源逆变器自动检测各自接入交流母线处的不平衡度和畸变度，并自动切换相应的控制策略，而且切换过程对微电网运行的暂态过程没有影响。该方法能够同时补偿微电网孤岛运行模式和并网运行模式下的交流母线上的谐波和不平衡，提高微电网与大电网交换电能的质量，使微电网在并网和孤岛模式下均能满足国际标准对电能质量的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
微电网是智能电网的重要组成部分，作为新能源和分布式发电的有效载体，能够 进一步提高电力系统运行的灵活性、经济性和清洁性，更好地满足电力用户对电能质量、供 电可靠性和安全性的要求，为电力系统和用户所带来的显著的技术、经济、环境效益。微电 网可以并网运行，当电网出现波动时，也可以脱网孤岛运行。 当微电网中接入非线性负载或者不平衡负载时，如果不采取有效的应对措施，将 会导致分布式电源效率较低、用户设备损坏、供电可靠性降低，严重时甚至影响电力系统的 稳定运行。实际上，微电网中的重要负载一般都直接接在交流母线上。国际电气与电子工 程师协会（IEEE)颁布了 IEEE 1547. 4-2011国际标准对微电网和大电网交换电能的质量进 行了专门规定。当微电网孤岛运行时，保障直流电压的稳定，降低直流母线电压不平衡和谐 波畸变是首要的控制目标；当微电网并网运行时，微电网交流母线上的电能质量直接决定 了和大电网交换电能的质量，降低直流母线电流不平衡和谐波畸变是首要的控制目标。因 此，微电网交流母线的电能质量是微电网电能质量研究的重中之重。 现有的专利和文献对微电网电能质量的研究只是通过有功和无功功率控制来维 持电压稳定，如申请号为201410261493. 4的专利"一种提高微网系统电能质量的控制方 法"通过控制三相并网逆变器进行无功补偿，维持直流电压恒定。申请号为201110086457. 5 的专利通过控制逆变器补偿微电网的功率波动，以减小电压变化量。目前，对于微电网内的 三相不平衡和谐波问题尚没有研究，对于微电网并网和并网运行模式下及模式切换过程中 的电能质量问题也未有相关研究。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种提高微电网交流母线电能质量的控制方 法，该方法包括电压最优控制策略、电流最优控制策略和电流补偿控制策略。针对微电网不 同的运行模式以及受不平衡或非线性负载影响程度的不同，微电网内分布式电源逆变器自 动平滑地切换到相应的控制策略，提高微电网交流母线电能质量，使微电网在并网和孤岛 模式下的电能质量均能满足国际标准的要求。 为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案： -种提高微电网交流母线电能质量的控制方法，包括以下步骤： (1)采集微电网分布式电源逆变器的滤波电容电压和和滤波电感电流，计算有功 和无功功率，得到参考电压，根据微网运行模式，选择步骤（2)-(4)中一项控制策略进行调 -K- T ； (2)进行电压最优控制，将参考电压与滤波电容电压比较之后的误差进行基波电 压控制和谐波电压控制，输出累加后得到参考电流； (3)进行电流最优控制，将参考电压与滤波电容电压比较之后的误差进行基波电 压控制，将参考谐波电流I wi= 〇与滤波电感电流比较之后的误差进行谐波电流控制，两者 控制结果累加得到参考电流； (4)进行电流补偿控制，将参考电压与滤波电容电压比较之后的误差进行基波电 压控制，将参考谐波电流I D(；= 11￡1。31与滤波电感电流比较之后的误差进行谐波电流控制，两 者控制结果累加得到参考电流； (5)将参考电流与逆变器输出电流作比较，并进行内环电流控制，进行脉宽调制发 生。 所述步骤（1)的具体方法为： 采样微电网分布式电源逆变器的滤波电容电压％和滤波电感电流I 2计算得出有 功功率Pw和无功功率Q ，输入功率控制器得到参考电压Vm，功率控制器的表达式如下： 其中，为参考角频率，Ei为参考电压幅值，m为有功功率下垂系数，η为无功功 率下垂系数，P ratod为逆变器的额定有功功率，Qrated为逆变器的额定无功功率。 进一步的，当微电网孤岛运行时，当接入点电流不平衡度或畸变度小于设定阈值 时，分布式电源逆变器采用电压最优控制策略，提高交流母线的电压质量；当电流不平衡度 或畸变度大于设定阈值时，分布式电源逆变器采用电流补偿控制策略，补偿非线性负载或 不平衡负载对交流母线电能质量的影响。 当微电网并网运行时，若接入点电流不平衡度或畸变度小于设定阈值时，分布式 电源逆变器采用电流最优控制策略，提高交流母线的电流质量；当电流不平衡度或畸变度 大于设定阈值时，分布式电源逆变器采用电流补偿控制策略，补偿非线性负载或不平衡负 载对交流母线电能质量的影响。 所述步骤（2)的具体方法包括： 将参考电压VD(；与滤波电容电压V此较之后的误差输入基波电压控制器G FV和谐 波电压控制器Ghv，输出累加得到参考电流Iek。基波电压控制器G fv的表达式如下： 其中，KPV，K1V分别为比例增益和积分增益。谐波电压控制器G hv的表达式如下： 其中，Krvh为谐波频率土h · ω s处的谐振增侃，ω cvh为谐波频率土h · ω s处的截 止频率，〇^为基波角频率，h为谐波次数。 所述步骤⑶中，将参考电压VD(；与滤波电容电压V此较之后的误差输入基波电 压控制器G fv，将参考谐波电流Im= 0与滤波电感电流I 2比较之后的误差输入谐波电流控 制器GHe，6"和G %输出累加得到参考电流I D(；。基波电压控制器Gfv的表达式如下： 其中，Kpv，Klv分别为比例增益和积分增益，谐波电流控制器G HC的表达式如下： 其中，Krih为谐波频率土h · ω s处的谐振增侃，ω cih为谐波频率土h · ω s处的截 止频率，〇^为基波角频率，h为谐波次数。 所述步骤⑷中，将参考电压VD(；与滤波电容电压V。比较之后的误差输入基波电 压控制器G fv，将参考谐波电流ID(；= I lc^与滤波电感电流12比较之后的误差输入谐波电流 控制器GHe，6"和G %输出累加得到参考电流I D(；，基波电压控制器Gfv的表达式如下： 其中，KPV，K1V分别为比例增益和积分增益。谐波电流控制器GHe的表达式如下： 其中，Krih为谐波频率土h · ω s处的谐振增侃，ω cih为谐波频率土h · ω s处的截 止频率，〇^为基波角频率，h为谐波次数。 所述步骤（5)中，参考电流ID(；与逆变器输出电流I 2比较之后的误差输入内环电 流控制器&"_，输出进入逆变器的脉宽调制（PffM)发生器中。内环电流控制器G innCT的表达 式如下： Ginner (s) = Kpi 其中，Kpi为比例增益。 进一步的，微电网内的每个分布式电源逆变器均采集其各自接入点处的电流 Ilciral，并计算电流不平衡度和电流畸变度，电流畸变度HF为对电流进行快速傅里叶变换后 对多次谐波进行累加的值。 进一步的，对不平衡度UF的计算公式： 其中，ItwIa I 分别为IicitiaI的负序分量旋转坐标变换后的D轴分量和Q轴分 量；，/二分别为IlcK：aj^正序分量旋转坐标变换后的D轴分量和Q轴分量。 本专利技术的有益效果为： (1)该专利技术中的微电网分布式电源逆变器自动采集接入交流母线处的电流并计算 不平衡度和畸变度，实现方法简单且投入成本低，满足微电网内分布式电源的即插即用和 热插拔的功能需要。 (2)该专利技术提出了三种基于比例积分控制器+谐振控制器的微电网分布式电源逆 变器控制策略，电压最优控制策略能够提高逆变器输出电压的质量，电流最优控制策略能 够提高逆变器输出电流的质量，电流补偿控制策略能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高微电网交流母线电能质量的控制方法，其特征是：包括以下步骤：(1)采集微电网分布式电源逆变器的滤波电容电压和和滤波电感电流，计算有功和无功功率，得到参考电压，根据微网运行模式，选择步骤(2)‑(4)中一项控制策略进行调节；(2)进行电压最优控制，将参考电压与滤波电容电压比较之后的误差进行基波电压控制和谐波电压控制，输出累加后得到参考电流；(3)进行电流最优控制，将参考电压与滤波电容电压比较之后的误差进行基波电压控制，将参考谐波电流IDG＝0与滤波电感电流比较之后的误差进行谐波电流控制，两者控制结果累加得到参考电流；(4)进行电流补偿控制，将参考电压与滤波电容电压比较之后的误差进行基波电压控制，将参考谐波电流IDG＝Ilocal与滤波电感电流比较之后的误差进行谐波电流控制，两者控制结果累加得到参考电流；(5)将参考电流与逆变器输出电流作比较，并进行内环电流控制，进行脉宽调制发生。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑞琪，靳占新，吴观斌，孙树敏，张承慧，李笋，张用，赵鹏，于芃，李广磊，毛庆波，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司电力科学研究院，国家电网公司，山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37