一种孤岛微网公共耦合点电压不平衡网络化分层补偿方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及新能源发电、微电网运行与控制领域，尤其涉及一种孤岛微网公共耦 合点电压不平衡网络化分层补偿方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，为解决分布式电源接入的问题，协调大电网和分布式发电间的矛盾，提高 能源综合利用率，微电网被提出并受到广泛的关注。
[0003] 微电网(简称"微网"）是指由分布式电源、储能系统、能量变换装置、负荷和监控系 统及保护装置汇集而成的小型发电系统，是一个能实现自我控制、保护和管理的自治系统， 既可与外部电网并网运行，也可孤立运行。
[0004] 但在三相逆变器构成的低压微电网中，普遍存在三相负荷不对称的现象，将导致 微电网的支撑电压出现三相不平衡，从而影响微电网的稳定运行。当公共耦合点（Point ofCommonCoupling，PCC)出现三相不平衡时，将影响所接的敏感设备及负载的正常运行。 为此，国际电工委员会（IEC)规定电力系统中，电压不平衡度应限制在2%以内；且根据国 标《电能质量三相电压允许不平衡度》的规定，电力系统PCC点正常电压不平衡度允许值为 2%，短时不得超过4%;接于公共连接点的每个用户，引起该点正常电压不平衡度允许值一 般为1. 3%。因此，研宄微电网PCC点的电压不平衡补偿方法尤为重要。
[0005] 目前，电压不平衡补偿常使用串联型电力滤波器，通过向线路中注入负序电压来 实现° 而文献Applicationofarepetitivecontrollerforathree-phaseactive powerfilter[A.G.Cerrada, 0.P.ArdilaandP.G.Gonzalez,IEEETrans. PowerElectronic, 22(1) :237 - 246，2007.]则提出用并联电能质量调节器向补偿线路 注入补偿电流来抑制电压不平衡，但该方法易使调节器过流。对于含逆变型电源的微网， 可以通过调整DG注入微网的有功和无功率来支撑整个微网的电压。因而，学者们提出了 使用分布式发电的电压不平衡补偿方法，但多是针对DGs终端电压的不平衡补偿，补偿方 法均基于本地下垂特性的对等控制，不能很好地适应低压微电网运行环境。例如中国专利 CN103368191B《一种微电网多逆变器并联电压不平衡补偿方法》中指出使用分布式发电的 电压不平衡补偿方法，采用传统的下垂控制策略，这种方法无功功率分配精度较差，并不能 很好地适应低压微电网运行环境。中国专利CN103715704A《一种微电网公共母线电压不平 衡抑制方法》中指出使用微电网中的各个分布式电源来调节PCC点母线电压不平衡补偿方 法，采用传统的下垂控制策略，无功功率分配精度较差，系统严重不平衡情况下，容易使得 逆变器过流，不能很好地适应低压微电网运行环境。
[0006] 根据传统电力系统中分层控制理论，SecondaryControlSchemeforVoltage UnbalanceCompensationinanIslandedDroop-ControlledMicrogrid【Mehdi Savaghebi,AlirezaJalilian,JuanC.Vasquez,andJosepM.Guerrero,IEEE 〇/? vol. 3，no. 2，pp. 797-807，2012.】中提出了微网分层控 制，采用集中控制方式实现微电网的二次控制，可以完成PCC点电压不平衡补偿，但集中控 制的方式，要求微电网中央控制器（MicroGridCentralController，MGCC)与所有的DGs通信，导致系统对通信带宽较高，可靠性较低，可扩展性差，不适宜大规模的微电网并入配 电网。
[0007] 综述所述，现有技术中并没有彻底解决低压微电网PCC点电压三相不平衡补偿且 功率均分的技术难题。
【发明内容】
[0008] 本发明所要解决的技术问题是提供一种对PCC点的电压进行全局补偿且有效提 高无功功率分配精度的孤岛微网公共耦合点电压不平衡网络化分层补偿方法。
[0009] 为解决上述问题，本发明所述的一种孤岛微网公共耦合点电压不平衡网络化分层 补偿方法，包括以下步骤： ⑴建立孤岛微电网的网络化分层控制体系结构，该结构包括 一一一次控制层，一次控制层也称本地控制层，包括采用基于〃 坐标系的基频正序 有功/频率下垂控制和正序无功/电压下垂控制、基于正序电流的虚拟阻抗控制、消除畸变 的电压环和电流环准比例谐振控制的与微电网母线相连的数个分布式发电（Distributed Generators,DGs)单元DG;所述数个分布式发电单元DG中的每一个均嵌有分布式二次控 制（DistributedSecondaryControl，DSC)器，且两两分布式二次控制器之间均通过双 向互联的通信网络交换信息，并产生参考控制信号传递给一次控制； 一一二次控制层，该控制层通过所述分布式二次控制器来对所述一次控制层产生的电 压/频率偏差、无功功率偏差进行修正，计算电压不平衡补偿向量； 一一三次控制层，该控制层通过通信链路与所述二次控制层中的所述分布式二次控制 器相连，并对微电网进行目标设定、全局信息收集和优化，以调节单个分布式发电单元输出 功率参考值，实现微电网优化和能量管理； (2)实时检测滤波电感的电流向量
，滤波电容电压向量
馈线电流向量
公共耦合点PCC 1 J 的电压向量
_将所述电气量逐一变换到0)3坐标系下，其变换表 达式如下式所示： 穴T1 :
⑶依据二阶广义积分SOGI正负序分离的原理，对输入电压信号进行90°相角偏移，以 此获得两相静止〃 0坐标系下的电压或电流正负序分量，其正负序分离计算公式为：
， ⑷基于瞬时无功功率理论，计算PCC点正序有功功率产，正序无功功率g+的值如下：
其中：iM+，4+为电流向量的正序分量，V(?a+，为电压向量的正序分 量； (5)采用改进的下垂控制法，分别获得三相逆变器输出参考电压友*和参考角频率￥ ; 其改进下垂控制公式如下式所示：
， 其中：为参考电压幅值，参考角频率III% 为下垂有功比例系数，&为无功比例 系数，为有功微分系数，S为微分算子，％为额定角频率、A为额定电压幅值； (6)根据三相逆变器输出参考电压f和参考角频率||^，分别与分布式二次控制器的输 出偏差参考值及角频率(Jfil相加，获得三相电压参考发生模块的输入网和馬， 其计算公式为：
(m十算出三相基波正序电压参考向量，并做沾￡：->〇5(?变换，得到静止坐标系下 的参考电压
； ⑶将公共耦合点PCC电压送给二次控制器； ⑶二次控制器对pcc点电压做abc 变换，得到0"f静止坐标系下的参考 电￡
采用二阶广义积分SOGI正负序分离的原理对进行正负 序分尚，获得正负序分量
，其正负序分 离计算公式为：
(1〇)计算实际的电压不平衡补偿系数_，设定值与PUF的差，经过PJ控制 器，最终得到电压不平衡度向量，计算公式如下：
式中，^为比例系数，为积分系数； (11) 分布式二次控制器将PCC点的控制信号，即电压不平衡补偿向量反馈送给 每个DG的一次控制器； (12) 提取夂邱的正序分量广。喊=|)+M广，将广乘以虚拟阻抗，得到电压 向1
取方程表不为：
其中：为虚拟电阻，为虚拟电感； (13) 电压不平衡补偿向量
与之和，减去，得 到电压环控制的参考电压，把v；^减去实际测量得到的滤波电容两相电压向量1_， 其差值！/作为准比例谐振控制器的输入，经过电压控制环的调节，得到电流控制环的参考 值r; (14) 将检测到的三相滤波电感电流与得到的电流控制环的参考值^相减得到 电流误差，并将该电流误差送入电流内环进行控制，结合直流侧电压在脉冲宽度调制PWM的调节下，得到逆变器开关驱动脉冲；