一种微网电能质量控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种分布式发电电源的电能质量管理的技术领域，具体的来说，是一 种微网电能质量控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着技术的发展，以计算机微处理器为基础的用电设备在电力负荷中所占的比重 在逐步提高，这些精密设备一般有很高的电能质量要求。另一方面，为了提高生产设备的性 能、扩大设备的使用领域，在微网中使用了大量不同类型的电力电子装置，这些电力电子装 置往往会使电网电压、电流畸变，进而影响到微网设备尤其是精密设备的正常运行，严重时 甚至不能正常工作，同时也可能减少这些设备的寿命，并且使网损加大，因此亟需提高微网 供电系统的电能质量。
【发明内容】
[0003] 基于现有技术的不足，本发明提出一种微网电能质量控制方法，其中，电能质量控 制方法包括对功率波动的控制，对无功功率的补偿，对三相不平衡电流的补偿以及对谐波 的补偿。
[0004] 微网中多个微电源并行工作时，当发生功率波动时，若某微电源超出其功率上限 输出，此时需要将越限的微电源的下垂特性转为垂直特性，即功率输出维持在最大功率，而 角频率持续下降；而其他未达到输出上限的微电源按下垂特性持续增大有功功率，直至系 统达到一个新的平衡。
[0005] 微网系统运行时，根据微电源下垂特性，设角频率下降到ωι时系统实现供需平 衡，微电源DG1和DG2的输出功率之和为负载所需，此时DG2按下垂特性输出有功功率值为 P2-i，DGl 输出 Pi-u 即
[0006] ?!(〇〇=?!_!
[0007] Ρ2( ω1)=Ρ2_1
[0008] Pl〇ad = Pl-l+P2-l
[0009] 由于P2应小于等于Pmax，因而DG2的输出有功功率应保持为Pmax，角频率保持下降， 此时DG由下垂特性转为垂直特性;DG1按照下垂特性加大输出，直至两个微电源的共同输出 有功功率能再次满足负荷的需要，系统达到新的供需平衡为止，此时工作角频率为ω 2，则
[0010] Ρ1(ω2)=Ρι-2
[0011] Ρ2(ω2)=Ρ腹
[0012] Pload = Pl-2+Pmax
[0013] 由上面两式可得
[0014] Pi-l_Pl-2 = Pmax_P2-1= Δ Pmax
[0015] 4*Δ wmax= ωχ-ω2
[0016] 则DG2的角频率与功率的关系为
[001 7 ] Q ? - CO *+JI ( P*_P i ) _ Δ CO max
[0018] 式中ω!为DG2的稳定后工作角频率，ω*为标准角频率（co* = 2Jif，f为标准频率）， P*为微电源输出角频率为标准角频率时输出的有功功率，Pi为DG2沿下垂曲线中首次达到系 统平衡时所对应的输出功率；
[0019] 微网系统中某些负荷出现故障被切除后，DG1和DG2需通过下垂特性减少有功功 率输出，以再次实现系统内的供需平衡。若按照下垂特性调整功率输出后，DG1输出有功功 率下降至小于Pmin时，则需将其下垂特性强制为垂直特性，维持最小功率输出，同时角频率 持续升高;DG2则按照下垂特性再次减少功率输出，以最终在两个微电源输出功率都在功率 限值许可的范围内再次达到供需平衡，
[0020] 此时DG1的角频率-有功功率特性可表示为
[0021] ω j= co*+Ji(P*-Pj)+A comin
[0022] 式中
[0023 ] Δ CO 皿；^ - ^ 2_ 〇 1
[0024] ω」为DG1的稳定后工作角频率，匕为DG1沿下垂曲线中首次达到系统平衡时所对应 的输出功率，ω*为标准角频率（co* = 2Jif，f为标准频率），P*为微电源输出角频率为标准角 频率时输出的有功功率
[0025]当微网中需要进行无功补偿时，采用TCR进行无功补偿，TCR正常工作时，晶闸管的 触发时刻一般位于电压从峰值到过零点的时间间隔内。在该时间间隔内，两个反并联晶闸 管中正在承受正向电压的那个先触发导通，这样整个线路导通，从而使电抗器也进入导通 状态。为了表示晶闸管触发的时刻，采用触发延迟角α，它是电源电压从最大峰值点到晶闸 管触发时刻之间的电角度，它的大小决定了流过电抗器中电流的有效值。电感中通过的电 流比施加于它两端的电压在相位上滞后约90°，且为纯无功电流。
[0026] 在(Ji/2~π)范围内控制晶闸管的触发延迟角α，从而在电流从零到最大值之间， 对应着晶闸管从全阻断到全导通之间，连续调节电抗器中的电流，这就相当于最终改变了 电抗器的等效电抗值。即α值增大，电感电流中基波成分减小，也就相当于电抗器的电抗值 增大，从而使得基波无功功率减小。
[0027] TCR接入点电压为：
[0028] u(t) =Umsin ω t
[0029] Um为电压峰值
[0030] 当电压正半波时，流过电抗器的电流为：
[0031]
[0032]式中Xl= c〇L为基波电抗，L是电抗器电感值
[0033] 当电压负半波时，晶闸管反向导通，流过电抗器的电流为：
[0034]
[0035] 通过改变晶闸管触发延迟角，就可以改变支路上的电流，而且支路电流在α = Ji/2 时达到最大值，在α = π时达到最小值
[0036] 对上式进行分解，得到基波分量的幅值：
[0037]
[0038]即可得到TCR的基波等效电纳为
[0039]
[0040] 即可以在O-1/Xl之间连续调节TCR的基波电纳，
[0041 ]从而TCR补偿的无功功率为：
[0042]
[0043] 当微网中存在不平衡电流时，采用TCR进行不平衡电流的补偿
[0044] 当a相发生不平衡时，补偿目标值为
[0045]
vΑ …a丄一 一 Aa丄一 w
[0046] 式中，Tu*和Fa*分别表示电流变量的实部和虚部;表示TCR中a相电流的基 波负序分量，
[0047] 缘表示微网a相电流1?的基波负序分量：
[0048] TCR补偿不平衡电流的电纳为
[0049]
[0050] 式中Uf为X相公共连接点电压的有效值，X为不平衡相，取a，b，c
[0051] 当b，c相存在不平衡电流时，同理采用上述方式计算TCR补偿电纳，即通过TCR提供 电纳来补偿三相电流不平衡
[0052]当微网中存在谐波时，采用APF进行谐波补偿，APF由指令电流运算模块和补偿电 流生成模块两大部分组成，补偿电流生成模块包含电流跟踪控制、驱动电路和主电路三大 模块，对补偿对象电流中的谐波电流分量检测是指令电流运算模块的作用;而根据计算出 的指令信号控制PWM逆变器产生所需的补偿电流是补偿电流生成模块的作用。
[0053] APF的工作方式为：首先通过检测负荷电流，指令电流运算模块计算出指令信号， 然后经过补偿电流发生模块生成所需的补偿电流，最后补偿电流抵消负载电流中需要补偿 的电流分量，从而得到理想的电流，即当补偿谐波电流时，APF检测出负荷电流i L中的谐波 电流kH时，指令信号由kH反极性后得到，最后补偿模块产生的补偿电流ic，由于谐波电流 iLH与补偿电流i C方向相反、大小相等，二者的电流和为零，从而电源电流i中仅包含含基波 电流成分，这样就达到了补偿谐波的目的。
[0054] 在进行补偿时，先要基于三相电流获得参考电流
[0055] 将三相电流ia，ib，ic通过Clark变换得到ia，ie
[0056]
*- ~L· -
[0057]式中c为变换系数，为一常数
[0058] 通过基波正序提取器提取正序基波
[0059] 将iaf，iM进行Clark反变换得到三相正序基波电流i af，ibf，icf
[0060]
[0061] 式中，C'为反变换系数，为一常数
[0062] 用二相电流?目号减去相应的二相正序基波电流，即可得到参考电流?目号ia, ib,
[0063]
[0064] 将补偿电流ic和参考电流进行比较，将差值送入到滞环比较器中，滞环比较器产 生控制主电路中晶闸管通断的PWM信号，该信号经过驱动电路来控制晶闸管的通断，从而达 到谐波补偿的目的。
[0065] 本发明在微网功率波动时，通过功率角频率调节来使得微网满足负载的需求，通 过TCR的调节来补偿微网系统中的无功和三相不平衡，采用有源滤波器来补偿微网系统中 的谐波，从而保证微网的稳定高效地运行。
【附图说明】
[0066] 图1是本发明微网电能质量控制方法的微网结构图
[0067] 图2是本发明微网电能质量控制方法的TCR补偿电路图
[0068] 图3是本发明微网电能质量控制方法的APF补偿电路图
【具体实施方式】
[0069] 如图1-3所示，一种微网电能质量控制方法，其中，电能质量控制方法包括对功率 波动的控制，对无功功率的补偿，对三相不平衡电流的补偿以及对谐波的补偿。
[0070] 微网中多个微电源并行工作时，当发生功率波动时，若某微电源超出其功率上限 输出，此时需要将越限的微电源的下垂特性转为垂直特性，即功率输出维持在最大功率，而 角频率持续下降;而其他未达到输出上限的微电源按下垂特性持续增大有功功率，直至系 统达到一个新的平衡。
[0071] 微网系统运行时，根据微电源下垂特性，设角频率下降到ωι时系统实现供需平 衡，微电源DG1和DG2的输出功率之和为负载所需，此时DG2按下垂特性输出有功功率值为 Ρ2-i，DGl 输出 Pi-u 即
[0072] Ρ1( ωι)=Ρι-ι
[0073] Ρ2( ωι)=Ρ2-ι
[0074] Pl〇ad = Pl-l+P2-l
[0075] 由于Ρ2应小于等于Pmax，因而DG2的输出有功功率应保持为Pmax，角频率保持下降， 此时DG由下垂特性转为垂直特性;DG1按照下垂特性加大输出，直至两个微电源的共同输出 有功功率能再次满足负荷的需要，系统达到新的供需平衡为止，此时工作角频率为ω 2，则
[0076] Ρ1( ω2)=Ρι-2
[0077] Ρ2( ω 2) = Pmax
[0078] Pl〇ad = Pl-2+Pmax
[0079] 由上面两式可得
[0080] Pl-1-Pl-2 = Pmax-P2-l= APmax
[0081] 4*Δ wmax= ωι-ω2
[0082] 则DG2的角频率与功率的关系为
[0083] ο i= 〇 ^+jt(P^-Pi)-Δ omax
[0084] 式中ω!为DG2的稳定后工作角频率，ω*为标准角频率（co* = 2Jif，f为标准