[發明專利]帶不對稱非線性負載的微電網系統及功率均衡控制方法

有效

• 申請號: 201510528764.2
• 申請日: 2015-08-26
• 公開（公告）號: CN105071405B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 韓楊;沈攀;羅名煜;李自鵬;趙玉龍;李紅
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H02J3/18
• 分類號: H02J3/18;H02J3/26
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務所(普通合伙)51227
• 代理人: 周永宏,王偉

技術領域

本發明屬于電力系統中的新能源分布式發電、微電網控制技術領域，涉及一種帶不對稱非線性負載的微電網系統及功率均衡控制方法，特別是一種帶不對稱非線性負載的孤島微電網不平衡無功及諧波功率均衡控制方法。

背景技術

光伏發電和風力發電等新能源分布式發電(Distributed Generation，DG)系統的廣泛應用，使得基于分布式電源、儲能裝置、負荷和控制裝置構成的微電網系統成為智能電網的重要組成部分。與傳統的配電網不同，微電網系統可以工作在并網和孤島兩種運行模式，在孤島模式時，微電網系統需要實現DG單元間的功率均分。然而，電力系統配電網往往存在大量的不平衡和非線性負載，從而造成電能質量問題并影響微電網系統的運行穩定性。針對低壓微電網系統，GB/T 14549-1993和GB/T 15543-2008國家標準規定電網系統公共連接點(Point of Common Coupling，PCC)正常情況下的總諧波畸變率(Total Harmonic Distortion，THD)和三相電壓不平衡度分別不超過5％和2％。因此，需要采取措施使得微電網系統能夠可靠運行在不平衡和非線性負載下，并保證系統的整體性能，維持微電網不平衡無功和諧波功率均衡。

電力系統中通常采用有源電力濾波器來保證配電網的電能質量，串聯有源電力濾波器通過耦合變壓器向配電線路注入負序和諧波電壓來補償電網電壓不平衡和諧波分量。但是，針對基于分布式發電系統的微電網而言，在每個DG單元上配備額外的有源電力濾波器會顯著增加成本。孤島型微電網系統中的分布式電源和負載通過電壓源型逆變器來連接，因此可以通過控制逆變器來補償電網電壓不平衡和諧波分量。授權公告號為CN103296700B的中國專利提出向微電網注入適當比例的諧波和無功電流，進而實現微電網諧波和無功電流的有效治理，但該方法會使輸出電壓產生畸變且未考慮微電網系統經常發生的PCC點電壓不平衡故障，且計算過程復雜，補償效果較差。授權公告號為CN103236702B的中國專利通過實時動態改變下垂系數和虛擬阻抗的方法，改善了無功功率的穩態和動態均分特性，但針對帶非線性負載的微電網系統，此時的虛擬阻抗及動態變系數和暫態變系數方法無法實現無功功率的均分。申請公布號為CN104578884A的中國專利提出一種針對低壓微電網多逆變器并聯的電壓不平衡控制方法，采用魯棒下垂控制、虛擬負阻抗以及電流無差拍控制等實現微電網孤島不平衡運行，但該控制方法僅針對線性不對稱負載的情況，并未考慮不平衡無功功率的均衡問題且較難實施。Mehdi Savaghebi在IEEE Transactions on Industrial Electronics發表的題為《Autonomous voltage unbalance compensation in an islanded droop-controlled microgrid》的文章提出一種自適應的微電網負序補償控制方法來維持PCC點處母線的電壓平衡，但該方法同樣僅考慮單一線性不對稱負載的情況，不適用于實際的不對稱非線性微電網系統。授權公告號為CN103368191B的中國專利通過引入負序無功Q^--G不平衡下垂控制環來實現微電網電壓的不平衡補償，但該方法也僅僅局限于不對稱線性負載，在不對稱非線性負載的微電網系統并不適用，并且未考慮DG單元線路阻抗不平衡的情況。

綜上所述，現有的微電網控制技術主要研究線性對稱負載或者非線性負載中的單一情況，對于不對稱非線性負載以及線路阻抗不一致的情況尚無報道。因此，有必要研究一種同時實現不平衡無功和諧波功率均衡的控制方法，可廣泛應用于帶不對稱非線性負載的微電網系統。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種利用基于虛擬基波正序、負序阻抗及虛擬可變諧波阻抗的選擇性虛擬阻抗來實現微電網的無功和諧波功率均衡，諧波和不平衡電壓補償控制器可以實現不平衡功率及諧波功率的均分，解決了微電網諧波和電壓不平衡問題的帶不對稱非線性負載的微電網系統及功率均衡控制方法。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種新型交流微電網系統，包括多個并聯的DG單元及分別與每個DG單元連接的線路阻抗、負載單元和靜態開關，線路阻抗通過PCC點連接至微電網母線上，負載單元包括三相平衡阻性負載、不對稱線性負載和二極管整流非線性負載，三相平衡阻性負載、不對稱線性負載和二極管整流非線性負載均通過PCC點接入微電網母線，微電網母線上還連接有用于測量PCC點電壓基波正序、負序分量及諧波分量的測量模塊，微電網母線依次通過靜態開關和變壓器連接10kV主電網。