一种微电网电能质量控制方法及系统与流程

本发明属于电力系统微电网技术领域，具体涉及一种微电网电能质量控制方法及系统。

背景技术：

随着风能、太阳能等新型可再生能源的大量应用，微电网(microgrid，mg)作为分布式电源(distributiongeneration，dg)接入电网越来越多。微电网为负荷和微型电源的集合，并作为一个单一的系统同时提供电能和热能。因微电网中存在着多种能源输入(风、光、氢、天然气等)，多种能源输出(电、热、冷)，多种能源转换单元(光/电、热/电、风/电、交流/直流/交流)以及多种运行状态(并网、离网)使得微电网的动态特性相对于单个的分布式发电系统而言更加复杂。

然而传统配电网无法适应分布式电源的高渗透率接入。大规模的分布式电源接入以及其输出能量的不确定性，使得电网不稳定性因素增大，电网电压和供电可靠性面临挑战。传统的有源电能质量专用治理设备造价高、普遍补偿容量较小，经济性和实用性都不高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种微电网电能质量控制方法及系统，用以解决传统配电网无法适应分布式电源的高渗透率接入的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

本发明的一种微电网电能质量控制方法，包括如下步骤：

检测电网中需补偿的无功量，确定微电网需投入无功量的级数，以及综合治理装置的补偿系数和无功补偿电流；

根据综合治理装置的补偿系数和无功补偿电流，计算电能质量扰动补偿系数；

微电网中央控制器根据微电网需投入无功量的级数，对分布式电源进行控制；综合治理装置根据电能质量扰动补偿系数，得到补偿容量的安全阈值，在补偿容量的安全阈值范围内提供无功补偿电流。

进一步地，所述确定微电网需投入无功量的级数包括：

如果且iqstat＞0，则p＝k+1；

如果且iqstat＞0，则p＝m-n；

如果且iqstat＜0，则p＝-(k+1)；

如果且iqstat＜0，则p＝-n；

如果且iqstat＞0，则p＝k；

如果iqstat＞0，则p＝m-n；

如果且iqstat＜0，则p＝-k；

如果且iqstat＜0，则p＝-n；

其中，m表示微电网可供输出的无功功率的级数，n表示某时刻已投入的无功量对应的级数，p表示该时刻需投入的无功量的级数；ic表示微电网每级提供的无功电流，iqstat表示综合治理装置提供的实时无功电流，其正负表示容性和感性。

进一步地，所述微电网中央控制器采用pq功率控制方法、调频调压控制方法或下垂控制方法来决定投入的无功量。

进一步地，所述综合治理装置根据电能质量扰动补偿系数，得到补偿容量的安全阈值，在补偿容量的安全阈值范围内提供无功补偿电流包括：

当补偿容量在安全阈值内时，直接进行补偿；当补偿容量在安全阈值外时，在安全阈值内最大化输出无功，并输出谐波和负序补偿电流。

本发明的一种微电网电能质量控制系统，包括决策处理单元、无功智能控制单元和执行单元，所述执行单元包括微电网和综合治理装置，所述决策处理单元与无功智能控制单元连接，所述无功智能控制单元和微电网、综合治理装置连接，所述微电网用于与电网连接，所述综合治理装置用于与电网连接，所述决策处理单元用于采样连接电网；

所述决策处理单元用于检测电网中需补偿的无功量，确定微电网需投入无功量的级数，以及综合治理装置的补偿系数和无功补偿电流；

所述无功智能控制单元用于根据综合治理装置的补偿系数和无功补偿电流，计算电能质量扰动补偿系数；

所述微电网包括微电网中央控制器，所述微电网中央控制器用于根据微电网需投入无功量的级数，对分布式电源进行控制；所述综合治理装置用于根据电能质量扰动补偿系数，得到补偿容量的安全阈值，在补偿容量的安全阈值范围内提供无功补偿电流。

进一步地，所述决策处理单元确定微电网需投入无功量的级数包括：

如果且iqstat＞0，则p＝k+1；

如果且iqstat＞0，则p＝m-n；

如果且iqstat＜0，则p＝-(k+1)；

如果且iqstat＜0，则p＝-n；

如果且iqstat＞0，则p＝k；

如果iqstat＞0，则p＝m-n；

如果且iqstat＜0，则p＝-k；

如果且iqstat＜0，则p＝-n；

其中，m表示微电网可供输出的无功功率的级数，n表示某时刻已投入的无功量对应的级数，p表示该时刻需投入的无功量的级数；ic表示微电网每级提供的无功电流，iqstat表示综合治理装置提供的实时无功电流，其正负表示容性和感性。

进一步地，所述微电网中央控制器采用pq功率控制方法、调频调压控制方法或下垂控制方法来决定投入的无功量。

进一步地，所述综合治理装置用于根据电能质量扰动补偿系数，得到补偿容量的安全阈值，在补偿容量的安全阈值范围内提供无功补偿电流包括：

当补偿容量在安全阈值内时，直接进行补偿；当补偿容量在安全阈值外时，在安全阈值内最大化输出无功，并输出谐波和负序补偿电流。

本发明的有益效果：

本发明将微电网和综合治理装置协同运作，将较小容量的综合治理装置作为可快速补偿的连续子系统，将微电网内可调度电源作为无功补偿节点，使其提供较大容量分级无功功率，而且，为控制方便，给微电网下达的调度无功指令是分级的，是系统的离散子系统。通过检测配电网情况，计算并分配连续子系统和离散子系统各自需要提供的补偿容量，并给微电网发出无功调度指令以及给综合治理装置发出触发信号，实现了在电网电压跌落时快速连续大容量的无功补偿。本发明既能发挥微电网无功功率实时调度的优势，有效利用微电网的储备功能，又能发挥其在稳定配网瞬时电压波动以及补偿三相不平衡等的优势，在不增加更多开销的条件下，使微电网承担更多的责任并提高供电品质。

附图说明

图1是交直流混合微电网电能质量分层协调控制系统结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，下面结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式并不局限于此。

一种交直流混合微电网电能质量分层协调控制系统，该系统是一种交流侧电能质量统一治理装置(该装置综合补偿谐波、无功、三相不平衡，以下简称为综合治理装置)与微电网协同运行的综合电能质量治理系统，使微电网更易被配电网接纳并担当更多职责。该系统将较小容量的综合治理装置作为可快速补偿的连续子系统，控制目标为保持电能质量监测点(一般为微电网交流侧并网点)电能质量综合指标最优，减少电网的瞬时扰动对微电网运行的干扰。同时，在微电网容量富裕、不影响有功出力的条件下，将微电网内可调度的分布式电源作为无功补偿节点，提供较大容量分级无功功率，作为联合系统的离散子系统。

如图1所示，该系统包括三层结构，分别为决策处理级、无功智能控制级和执行级。

决策处理级的核心在于专家控制器，主要完成综合治理装置补偿系统优化计算及无功补偿电流定值计算。

无功智能控制级包括电能质量控制器，电能质量控制器在专家推理的基础上进一步计算综合治理装置的典型电能质量扰动补偿系统，直接控制执行级的电能质量综合治理装置及直流侧纹波抑制装置，同时通过与执行级的微电网中央控制器(microgridcentralcontroller，mgcc)通信，间接控制交流侧可参与电能质量治理的dg。

执行级包括mgcc和综合治理装置，mgcc通过功率控制和调频调压控制实现对不同dg的控制。就地治理装置能够提供感性无功或容性无功，抑制电网电压瞬时跌落和电压波动，包括综合治理装置(即交流侧就地治理装置)和直流纹波治理装置。

在谐波抑制层面，无论是交流或是直流侧纹波治理，装置层面的治理相对独立，其协调机制更多体现在规划期设备期间在谐波抑制频段的分配。如：相对廉价的无源滤波可针对系统内的含量较高的特定频段进行集中补偿，综合治理装置由于涉及多种补偿功能，需要合理分配总的补偿容量，并根据系统的运行工况变化，对补偿系数进行更新。直流纹波治理以2倍频谐波分量作为主要补偿对象，考虑到2倍频主要来源于交流侧三相不平衡，因此2次谐波抑制以交流侧抑制为主，在综合治理装置可以完全补偿负序(一般不考虑零序)分量条件下，可以选择待机状态，避免低载条件下装置本身输出的谐波扰动到直流侧，在不平衡电流无法完全补偿时，通过直流侧就地治理装置完成辅助抑制。针对综合治理装置多种扰动补偿的容量分配问题，通过构建电能质量综合评估指标实现最优配置。

基于该系统的控制方法为：

首先，检测出电网中需要补偿的无功量，经过决策处理级的专家控制器判断，确定微电网提供分级无功容量，以及综合治理装置各参数补偿系统及无功补偿电流。

然后，无功智能控制级的电能质量控制器在专家推理的基础上进一步计算综合治理装置的典型电能质量扰动补偿系统。

最后，根据无功智能控制级的结果，执行级中的mgcc通过功率控制、调频调压控制及下垂控制方法决定投入的无功量，实现对不同dg的控制；综合治理装置根据优化补偿系数更新补偿容量的安全阈值：当补偿方案在阈值范围内时，直接执行补偿方案，当补偿方案超出阈值范围，在补偿系统约束范围内最大化输出无功，并分别输出谐波及负序补偿电流。

其中，决策处理级首先确定微电网投入分级的无功量，然后计算期望综合治理装置输出电流。假设在微电网额定容量和功率因数约束条件允许前提下，微电网共有m级无功功率可供输出，某时刻已投入的无功量对应的级数为n，而该时刻应投入无功量级数为p，参数正负分别代表级数增加和减少。专家决策处理的规则如下：

如果且iqstat＞0，则p＝k+1；

如果且iqstat＞0，则p＝m-n；

如果且iqstat＜0，则p＝-(k+1)；

如果且iqstat＞0，则p＝-n；

如果且iqstat＞0，则p＝k；

如果iqstat＞0，则p＝m-n；

如果且iqstat＜0，则p＝-k；

如果且iqstat＜0，则p＝-n。

其中，ic表示微电网每级提供的无功电流，iqstat表示综合治理装置提供的实时无功电流，其正负表示容性和感性。

根据四舍五入的思想，后四个公式跟前四个公式是相同的。当综合治理装置输出容性无功时，微电网会在容量范围内尽可能多的输出无功，从而减少综合治理装置的负担；当综合治理装置输出感性无功时，微电网会在容量范围内尽可能多的减少容性无功的输出。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。