一種孤島微網(wǎng)公共耦合點電壓不平衡網(wǎng)絡(luò)化分層補(bǔ)償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及新能源發(fā)電、微電網(wǎng)運行與控制領(lǐng)域，尤其涉及一種孤島微網(wǎng)公共耦 合點電壓不平衡網(wǎng)絡(luò)化分層補(bǔ)償方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，為解決分布式電源接入的問題，協(xié)調(diào)大電網(wǎng)和分布式發(fā)電間的矛盾，提高 能源綜合利用率，微電網(wǎng)被提出并受到廣泛的關(guān)注。
[0003] 微電網(wǎng)(簡稱"微網(wǎng)"）是指由分布式電源、儲能系統(tǒng)、能量變換裝置、負(fù)荷和監(jiān)控系 統(tǒng)及保護(hù)裝置匯集而成的小型發(fā)電系統(tǒng)，是一個能實現(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)， 既可與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運行，也可孤立運行。
[0004] 但在三相逆變器構(gòu)成的低壓微電網(wǎng)中，普遍存在三相負(fù)荷不對稱的現(xiàn)象，將導(dǎo)致 微電網(wǎng)的支撐電壓出現(xiàn)三相不平衡，從而影響微電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。當(dāng)公共耦合點（Point ofCommonCoupling，PCC)出現(xiàn)三相不平衡時，將影響所接的敏感設(shè)備及負(fù)載的正常運行。 為此，國際電工委員會（IEC)規(guī)定電力系統(tǒng)中，電壓不平衡度應(yīng)限制在2%以內(nèi)；且根據(jù)國 標(biāo)《電能質(zhì)量三相電壓允許不平衡度》的規(guī)定，電力系統(tǒng)PCC點正常電壓不平衡度允許值為 2%，短時不得超過4%;接于公共連接點的每個用戶，引起該點正常電壓不平衡度允許值一 般為1. 3%。因此，研宄微電網(wǎng)PCC點的電壓不平衡補(bǔ)償方法尤為重要。
[0005] 目前，電壓不平衡補(bǔ)償常使用串聯(lián)型電力濾波器，通過向線路中注入負(fù)序電壓來 實現(xiàn)° 而文獻(xiàn)Applicationofarepetitivecontrollerforathree-phaseactive powerfilter[A.G.Cerrada, 0.P.ArdilaandP.G.Gonzalez,IEEETrans. PowerElectronic, 22(1) :237 - 246，2007.]則提出用并聯(lián)電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器向補(bǔ)償線路 注入補(bǔ)償電流來抑制電壓不平衡，但該方法易使調(diào)節(jié)器過流。對于含逆變型電源的微網(wǎng)， 可以通過調(diào)整DG注入微網(wǎng)的有功和無功率來支撐整個微網(wǎng)的電壓。因而，學(xué)者們提出了 使用分布式發(fā)電的電壓不平衡補(bǔ)償方法，但多是針對DGs終端電壓的不平衡補(bǔ)償，補(bǔ)償方 法均基于本地下垂特性的對等控制，不能很好地適應(yīng)低壓微電網(wǎng)運行環(huán)境。例如中國專利 CN103368191B《一種微電網(wǎng)多逆變器并聯(lián)電壓不平衡補(bǔ)償方法》中指出使用分布式發(fā)電的 電壓不平衡補(bǔ)償方法，采用傳統(tǒng)的下垂控制策略，這種方法無功功率分配精度較差，并不能 很好地適應(yīng)低壓微電網(wǎng)運行環(huán)境。中國專利CN103715704A《一種微電網(wǎng)公共母線電壓不平 衡抑制方法》中指出使用微電網(wǎng)中的各個分布式電源來調(diào)節(jié)PCC點母線電壓不平衡補(bǔ)償方 法，采用傳統(tǒng)的下垂控制策略，無功功率分配精度較差，系統(tǒng)嚴(yán)重不平衡情況下，容易使得 逆變器過流，不能很好地適應(yīng)低壓微電網(wǎng)運行環(huán)境。
[0006] 根據(jù)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中分層控制理論，SecondaryControlSchemeforVoltage UnbalanceCompensationinanIslandedDroop-ControlledMicrogrid【Mehdi Savaghebi,AlirezaJalilian,JuanC.Vasquez,andJosepM.Guerrero,IEEE 〇/? vol. 3，no. 2，pp. 797-807，2012.】中提出了微網(wǎng)分層控 制，采用集中控制方式實現(xiàn)微電網(wǎng)的二次控制，可以完成PCC點電壓不平衡補(bǔ)償，但集中控 制的方式，要求微電網(wǎng)中央控制器（MicroGridCentralController，MGCC)與所有的DGs通信，導(dǎo)致系統(tǒng)對通信帶寬較高，可靠性較低，可擴(kuò)展性差，不適宜大規(guī)模的微電網(wǎng)并入配 電網(wǎng)。
[0007] 綜述所述，現(xiàn)有技術(shù)中并沒有徹底解決低壓微電網(wǎng)PCC點電壓三相不平衡補(bǔ)償且 功率均分的技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種對PCC點的電壓進(jìn)行全局補(bǔ)償且有效提 高無功功率分配精度的孤島微網(wǎng)公共耦合點電壓不平衡網(wǎng)絡(luò)化分層補(bǔ)償方法。
[0009] 為解決上述問題，本發(fā)明所述的一種孤島微網(wǎng)公共耦合點電壓不平衡網(wǎng)絡(luò)化分層 補(bǔ)償方法，包括以下步驟： ⑴建立孤島微電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)化分層控制體系結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括 一一一次控制層，一次控制層也稱本地控制層，包括采用基于〃 坐標(biāo)系的基頻正序 有功/頻率下垂控制和正序無功/電壓下垂控制、基于正序電流的虛擬阻抗控制、消除畸變 的電壓環(huán)和電流環(huán)準(zhǔn)比例諧振控制的與微電網(wǎng)母線相連的數(shù)個分布式發(fā)電（Distributed Generators,DGs)單元DG;所述數(shù)個分布式發(fā)電單元DG中的每一個均嵌有分布式二次控 制（DistributedSecondaryControl，DSC)器，且兩兩分布式二次控制器之間均通過雙 向互聯(lián)的通信網(wǎng)絡(luò)交換信息，并產(chǎn)生參考控制信號傳遞給一次控制； 一一二次控制層，該控制層通過所述分布式二次控制器來對所述一次控制層產(chǎn)生的電 壓/頻率偏差、無功功率偏差進(jìn)行修正，計算電壓不平衡補(bǔ)償向量； 一一三次控制層，該控制層通過通信鏈路與所述二次控制層中的所述分布式二次控制 器相連，并對微電網(wǎng)進(jìn)行目標(biāo)設(shè)定、全局信息收集和優(yōu)化，以調(diào)節(jié)單個分布式發(fā)電單元輸出 功率參考值，實現(xiàn)微電網(wǎng)優(yōu)化和能量管理； (2)實時檢測濾波電感的電流向量
，濾波電容電壓向量
饋線電流向量
公共耦合點PCC 1 J 的電壓向量
_將所述電氣量逐一變換到0)3坐標(biāo)系下，其變換表 達(dá)式如下式所示： 穴T1 :
⑶依據(jù)二階廣義積分SOGI正負(fù)序分離的原理，對輸入電壓信號進(jìn)行90°相角偏移，以 此獲得兩相靜止〃 0坐標(biāo)系下的電壓或電流正負(fù)序分量，其正負(fù)序分離計算公式為：
， ⑷基于瞬時無功功率理論，計算PCC點正序有功功率產(chǎn)，正序無功功率g+的值如下：
其中：iM+，4+為電流向量的正序分量，V(?a+，為電壓向量的正序分 量； (5)采用改進(jìn)的下垂控制法，分別獲得三相逆變器輸出參考電壓友*和參考角頻率￥ ; 其改進(jìn)下垂控制公式如下式所示：

， 其中：為參考電壓幅值，參考角頻率III% 為下垂有功比例系數(shù)，&為無功比例 系數(shù)，為有功微分系數(shù)，S為微分算子，％為額定角頻率、A為額定電壓幅值； (6)根據(jù)三相逆變器輸出參考電壓f和參考角頻率||^，分別與分布式二次控制器的輸 出偏差參考值及角頻率(Jfil相加，獲得三相電壓參考發(fā)生模塊的輸入網(wǎng)和馬， 其計算公式為：
(m十算出三相基波正序電壓參考向量，并做沾￡：->〇5(?變換，得到靜止坐標(biāo)系下 的參考電壓
； ⑶將公共耦合點PCC電壓送給二次控制器； ⑶二次控制器對pcc點電壓做abc 變換，得到0"f靜止坐標(biāo)系下的參考 電￡
采用二階廣義積分SOGI正負(fù)序分離的原理對進(jìn)行正負(fù) 序分尚，獲得正負(fù)序分量
，其正負(fù)序分 離計算公式為：
(1〇)計算實際的電壓不平衡補(bǔ)償系數(shù)_，設(shè)定值與PUF的差，經(jīng)過PJ控制 器，最終得到電壓不平衡度向量，計算公式如下：
式中，^為比例系數(shù)，為積分系數(shù)； (11) 分布式二次控制器將PCC點的控制信號，即電壓不平衡補(bǔ)償向量反饋送給 每個DG的一次控制器； (12) 提取夂邱的正序分量廣。喊=|)+M廣，將廣乘以虛擬阻抗，得到電壓 向1
取方程表不為：
其中：為虛擬電阻，為虛擬電感； (13) 電壓不平衡補(bǔ)償向量
與之和，減去，得 到電壓環(huán)控制的參考電壓，把v；^減去實際測量得到的濾波電容兩相電壓向量1_， 其差值！/作為準(zhǔn)比例諧振控制器的輸入，經(jīng)過電壓控制環(huán)的調(diào)節(jié)，得到電流控制環(huán)的參考 值r; (14) 將檢測到的三相濾波電感電流與得到的電流控制環(huán)的參考值^相減得到 電流誤差，并將該電流誤差送入電流內(nèi)環(huán)進(jìn)行控制，結(jié)合直流側(cè)電壓在脈沖寬度調(diào)制PWM的調(diào)節(jié)下，得到逆變器開關(guān)驅(qū)動脈沖；