带不对称非线性负载的微电网系统及功率均衡控制方法

摘要

本发明公开了一种带不对称非线性负载的微电网系统及功率均衡控制方法，系统包括多个并联的DG单元及分别与每个DG单元连接的线路阻抗，线路阻抗通过PCC点连接至微电网母线上，负载单元的三相平衡阻性负载、不对称线性负载和二极管整流非线性负载均通过PCC点接入微电网母线，微电网母线上还连接有用于测量PCC点电压基波正序、负序分量及谐波分量的测量模块，微电网母线依次通过静态开关和变压器连接10kV主电网。本发明利用基于虚拟基波正序、负序阻抗及虚拟可变谐波阻抗的选择性虚拟阻抗来实现微电网的无功和谐波功率均衡，谐波和不平衡电压补偿控制器可以实现不平衡功率及谐波功率的均分，解决了微电网谐波和电压不平衡问题。

权利要求

1.带不对称非线性负载的微电网系统功率均衡控制方法，其特征在于，包括多个并联的DG单元及分别与每个DG单元连接的线路阻抗、负载单元和静态开关，线路阻抗通过PCC点连接至微电网母线上，负载单元包括三相平衡阻性负载、不对称线性负载和二极管整流非线性负载，三相平衡阻性负载、不对称线性负载和二极管整流非线性负载均通过PCC点接入微电网母线，微电网母线上还连接有用于测量PCC点电压基波正序、负序分量及谐波分量的测量模块，微电网母线依次通过静态开关和变压器连接10kV主电网；

所述DG单元由可再生能源、三相全桥逆变器、LCL滤波器和DG单元本地控制器构成，可再生能源依次与三相全桥逆变器、LCL滤波器连接，LCL滤波器与线路阻抗相连，DG单元本地控制器通过低带宽通信电缆LBC连接测量模块，将测量模块检测到的PCC点的电压基波正序、负序分量及谐波分量传输至DG单元本地控制器，DG单元本地控制器的输出与三相全桥逆变器相连；

包括以下步骤：

S1、实时检测微电网系统DG单元中的三相全桥逆变器侧电流iLabc、三相输出电压voabc和三相输出电流ioabc，并将检测到的数据通过Clark变换转换为αβ坐标轴下的逆变器侧电流iLαβ、输出电压voαβ和输出电流ioαβ；

S2、将Clark变换得到的逆变器输出电流ioαβ通过二阶广义积分和延时信号相消模块来精确提取输出电流ioαβ的基波正序分量 基波负序分量 以及谐波次数为5、7、11和13次的谐波分量 和S3、将S2得到的输出电流基波正序分量 基波负序分量 以及谐波次数为5、7、11和

13次的谐波分量 和 与逆变器输出电压voαβ相结合，计算出瞬时功率，通过

低通滤波器得到滤波器输出的基波正序有功功率P+、基波正序无功功率Q+、基波谐波功率D和基波负序不平衡无功功率QN；

S4、将S3得到的基波正序有功功率P+和基波正序无功功率Q+通过基波正序有功-频率下垂控制和正序无功-电压幅值下垂控制，构造出逆变器参考电压信号vref,αβ的幅值E和频率ω分量，其表达式如下：其中，ω*和E*代表额定频率和额定电压幅值，P+*和Q+*表示正序基波有功功率和无功功率的参考值，kp和kq表示基波正序有功-频率和正序无功-电压幅值下垂系数；

S5、将三相逆变器输出电压voabc通过Park变换转换为dq坐标轴下的电压分量，与通过PLL提取出的本地输出电压角频率ωlf、各次谐波次数及低通滤波器相配合，提取三相逆变器输出电压voabc的电压基波负序 以及5、7、11和13次谐波分量 和 构造两个常值KN和KH与基波负序不平衡功率QN以及基波谐波功率D分别相乘，得到的值再分别与输出电压基波负序 分量及各次谐波分量之和 相乘，所得结果相加之后即可得到谐波和不平衡电压均衡补偿控制的补偿系数KUHCR：其中，KN和KH为电压不平衡及谐波分量的补偿设定值；

S6、将构造出的输出电流基波正序 基波负序 以及谐波次数为5、7、11和13的谐波分量 和 分别与基于虚拟基波正序阻抗、基于虚拟基波负序阻抗和虚拟可变谐波阻抗的选择性虚拟阻抗相互作用，得到用来实现微电网无功功率与谐波功率均衡的选择性虚拟阻抗压降：选择性虚拟阻抗压降：

虚拟基波正序阻抗压降：

虚拟基波负序阻抗压降：

虚拟可变谐波阻抗压降：

其中，ωf表示基波角频率， 和 表示虚拟的基波正序电阻和电感， 和 表示虚拟的基波负序电阻和电感，Rv,h和Lv,h代表h次谐波分量虚拟电阻和电感，h＝5、7、11、13；

S7、实时检测PCC点电压，提取PCC点电压在dq轴下的基波正序 负序 及主要谐波分量 和 通过LBC线将PCC点电压的基波正负序及谐波分量传送至谐波畸变率计算单元，计算得出各次电压谐波畸变指数HDv5±、HDv7±、HDv11±和HDv13±，与电压谐波畸变指数参考值 和 相比较，之后通过饱和限制器与比例积分控制器，再与PCC点电压基波正序 负序 及主要谐波分量 和 相乘，构造出PCC点电压谐波

补偿值 和 并通过LBC传送至PCC点电压谐波补偿控制器中；

S8、提取逆变器输出电流ioαβ在α轴的基波正序 基波负序 及主要包含5、7、11和13次谐波的谐波分量ioα,5±、ioα,7±、ioα,11±及ioα,13±，通过谐波畸变率计算单元输出各次谐波电流的各次谐波电流畸变指数HDI,5±、HDI,7±、HDI,11±和HDI,13±，将其与各次电压谐波畸变指数的最大值 相比较，得出的值与PCC点电压谐波补偿值 和h次电压谐波的补偿系数CGh±相乘，输出值再与该DG单元额定功率S0,i所占总功率 的比例系数相乘并构造出dq轴下该DG单元的各次电压谐波补偿值 其中，n为DG单元的个数，通过坐标变换将 转换为 其中，θ为PCC点电压通过PLL提取的相位，最后将各次电压谐波的补偿值累加起来即可得出最终的PCC点电压谐波补偿值S9、将逆变器输出电压voαβ、选择性虚拟阻抗压降vvαβ、参考电压信号vref,αβ、谐波及不平衡电压均衡补偿系数KUHCR以及PCC点电压谐波补偿值 相加减，得到逆变器输出电压参考信号将上述电压参考信号 经过由电压控制器和电流控制器组成的电压电流双闭环控制及空间矢量脉冲宽度调制后构造出逆变器H桥IGBT所需的触发信号。

2.根据权利要求1所述的带不对称非线性负载的微电网系统功率均衡控制方法，其特征在于，所述的步骤S1具体实现方法为：其中，

3.根据权利要求2所述的带不对称非线性负载的微电网系统功率均衡控制方法，其特征在于，所述的步骤S2具体实现方法为：首先通过SOGI算法得到输出电流基波及各次谐波分量，接着DSC对基波电流分量经过T/4延时得到输出电流基波频率的正负序分量对5次谐波电流经过T/20延时构造出5次谐波输出电流的负序分量 对7次谐波电流经过T/28延时构造出7次谐波输出电流的正序分量 对11次谐波电流经过T/44延时构造出11次谐波输出电流的负序分量 对13次谐波电流经过T/52延时构造出13次谐波输出电流的正序分量 T为基波频率周期。

4.根据权利要求3所述的带不对称非线性负载的微电网系统功率均衡控制方法，其特+ +征在于，所述的步骤S3中基波正序有功功率P、基波正序无功功率Q 、基波谐波功率D和基波负序不平衡功率QN的具体计算方法为：其中，ωLPF为低通滤波器的截止频率，v*表示额定DG相电压瞬时值。

5.根据权利要求3所述的带不对称非线性负载的微电网系统功率均衡控制方法，其特征在于，所述的步骤S9中的电流控制器Gi(s)为比例电流控制器，电压控制器Gv(s)为含多谐振比例谐振的电压控制器，其表达式为：其中，kpv表示电压控制器的比例增益，krv表示电压控制器在基波上的谐振增益，khv表示电压控制器h次谐波的谐振增益，ωc为电压控制器的剪切频率，ωf为基波角频率。

说明书

带不对称非线性负载的微电网系统及功率均衡控制方法

技术领域

[0001] 本发明属于电力系统中的新能源分布式发电、微电网控制技术领域，涉及一种带不对称非线性负载的微电网系统及功率均衡控制方法，特别是一种带不对称非线性负载的孤岛微电网不平衡无功及谐波功率均衡控制方法。

背景技术

[0002] 光伏发电和风力发电等新能源分布式发电(Distributed Generation，DG)系统的广泛应用，使得基于分布式电源、储能装置、负荷和控制装置构成的微电网系统成为智能电网的重要组成部分。与传统的配电网不同，微电网系统可以工作在并网和孤岛两种运行模式，在孤岛模式时，微电网系统需要实现DG单元间的功率均分。然而，电力系统配电网往往存在大量的不平衡和非线性负载，从而造成电能质量问题并影响微电网系统的运行稳定性。针对低压微电网系统，GB/T 14549-1993和GB/T 15543-2008国家标准规定电网系统公共连接点(Point of Common Coupling，PCC)正常情况下的总谐波畸变率(Total Harmonic Distortion，THD)和三相电压不平衡度分别不超过5％和2％。因此，需要采取措施使得微电网系统能够可靠运行在不平衡和非线性负载下，并保证系统的整体性能，维持微电网不平衡无功和谐波功率均衡。

[0003] 电力系统中通常采用有源电力滤波器来保证配电网的电能质量，串联有源电力滤波器通过耦合变压器向配电线路注入负序和谐波电压来补偿电网电压不平衡和谐波分量。但是，针对基于分布式发电系统的微电网而言，在每个DG单元上配备额外的有源电力滤波器会显著增加成本。孤岛型微电网系统中的分布式电源和负载通过电压源型逆变器来连接，因此可以通过控制逆变器来补偿电网电压不平衡和谐波分量。授权公告号为
CN103296700B的中国专利提出向微电网注入适当比例的谐波和无功电流，进而实现微电网谐波和无功电流的有效治理，但该方法会使输出电压产生畸变且未考虑微电网系统经常发生的PCC点电压不平衡故障，且计算过程复杂，补偿效果较差。授权公告号为CN103236702B的中国专利通过实时动态改变下垂系数和虚拟阻抗的方法，改善了无功功率的稳态和动态均分特性，但针对带非线性负载的微电网系统，此时的虚拟阻抗及动态变系数和暂态变系数方法无法实现无功功率的均分。申请公布号为CN104578884A的中国专利提出一种针对低压微电网多逆变器并联的电压不平衡控制方法，采用鲁棒下垂控制、虚拟负阻抗以及电流无差拍控制等实现微电网孤岛不平衡运行，但该控制方法仅针对线性不对称负载的情况，并未考虑不平衡无功功率的均衡问题且较难实施。Mehdi Savaghebi在IEEE Transactions on Industrial Electronics发表的题为《Autonomous voltage unbalance compensation in an islanded droop-controlled microgrid》的文章提出一种自适应的微电网负序补偿控制方法来维持PCC点处母线的电压平衡，但该方法同样仅考虑单一线性不对称负载的情况，不适用于实际的不对称非线性微电网系统。授权公告号为CN103368191B的中国专利-
通过引入负序无功Q-G不平衡下垂控制环来实现微电网电压的不平衡补偿，但该方法也仅仅局限于不对称线性负载，在不对称非线性负载的微电网系统并不适用，并且未考虑DG单元线路阻抗不平衡的情况。

[0004] 综上所述，现有的微电网控制技术主要研究线性对称负载或者非线性负载中的单一情况，对于不对称非线性负载以及线路阻抗不一致的情况尚无报道。因此，有必要研究一种同时实现不平衡无功和谐波功率均衡的控制方法，可广泛应用于带不对称非线性负载的微电网系统。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用基于虚拟基波正序、负序阻抗及虚拟可变谐波阻抗的选择性虚拟阻抗来实现微电网的无功和谐波功率均衡，谐波和不平衡电压补偿控制器可以实现不平衡功率及谐波功率的均分，解决了微电网谐波和电压不平衡问题的带不对称非线性负载的微电网系统及功率均衡控制方法。

[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种新型交流微电网系统，包括多个并联的DG单元及分别与每个DG单元连接的线路阻抗、负载单元和静态开关，线路阻抗通过PCC点连接至微电网母线上，负载单元包括三相平衡阻性负载、不对称线性负载和二极管整流非线性负载，三相平衡阻性负载、不对称线性负载和二极管整流非线性负载均通过PCC点接入微电网母线，微电网母线上还连接有用于测量PCC点电压基波正序、负序分量及谐波分量的测量模块，微电网母线依次通过静态开关和变压器连接10kV主电网。

[0007] 进一步地，所述的DG单元由可再生能源、三相全桥逆变器、LCL滤波器和DG单元本地控制器构成，可再生能源依次与三相全桥逆变器、LCL滤波器连接，LCL滤波器与线路阻抗相连，DG单元本地控制器通过低带宽通信(Low Bandwidth Communication，LBC)电缆连接测量模块，将测量模块检测到的PCC点的电压基波正序、负序分量及谐波分量传输至DG单元本地控制器，DG单元本地控制器的输出与三相全桥逆变器相连。

[0008] 本发明的一种新型交流微电网系统功率均衡控制方法，包括以下步骤：

[0009] S1、实时检测微电网系统DG单元中的三相全桥逆变器侧电流iLabc、三相输出电压voabc和三相输出电流ioabc，并将检测到的数据通过Clark变换转换为αβ坐标轴下的逆变器侧电流iLαβ、输出电压voαβ和输出电流ioαβ；

[0010] S2、将Clark变换得到的逆变器输出电流ioαβ通过二阶广义积分(Second Order Generalized Integrator，SOGI)和延时信号相消(Delayed Signal Cancellation，DSC)模块来精确提取输出电流ioαβ的基波正序分量 基波负序分量 以及谐波次数为5、7、11和13次的谐波分量 和

[0011] S3、将S2得到的输出电流基波正序分量 基波负序分量 以及谐波次数为5、7、11和13次的谐波分量 和 与逆变器输出电压voαβ相结合，计算出瞬时功率，
+
通过低通滤波器(Low Pass Filter，LPF)得到滤波器输出的基波正序有功功率P、基波正序无功功率Q+、基波谐波功率D和基波负序不平衡无功功率QN；

[0012] S4、将S3得到的基波正序有功功率P+和基波正序无功功率Q+通过基波正序有功-频率(P+-ω)下垂控制和正序无功-电压幅值(Q+-E)下垂控制，构造出逆变器参考电压信号vref,αβ的幅值E和频率ω分量，其表达式如下：

[0013]

[0014] 其中，ω*和E*代表额定频率和额定电压幅值，P+*和Q+*表示正序基波有功功率和无功功率的参考值，kp和kq表示基波正序有功-频率(P+-ω)和正序无功-电压幅值(Q+-E)下垂系数，在微电网孤岛运行时，通常将P+*和Q+*的值设置为0；

[0015] S5、根据图4所示的谐波及电压不平衡补偿控制器的结构图，将三相逆变器输出电压voabc通过Park变换转换为dq坐标轴下的电压分量，与通过PLL提取出的本地输出电压角频率ωlf、各次谐波次数及低通滤波器相配合，提取三相逆变器输出电压voabc的电压基波负序 以及5、7、11和13次谐波分量 和 构造两个常值KN和KH与基波负序不平衡功率QN以及基波谐波功率D分别相乘，得到的值再分别与输出电压基波负序 分量及各次谐波分量之和 相乘，所得结果相加之后即可得到谐波和不平衡电压均衡补偿控制的补偿系数KUHCR：

[0016]

[0017] 其中，KN和KH为电压不平衡及谐波分量的补偿设定值，通过谐波及不平衡电压均衡补偿控制器，可以有效地补偿谐波和不平衡功率；值得注意的是，KN和KH的值补偿电压不平衡及谐波分量的同时，需要确保微电网系统的稳定性。

[0018] S6、将构造出的输出电流基波正序 基波负序 以及谐波次数为5、7、11和13的谐波分量 和 分别与基于虚拟基波正序阻抗、基于虚拟基波负序阻抗和虚拟可变谐波阻抗的选择性虚拟阻抗相互作用，得到用来实现微电网无功功率与谐波功率均衡的选择性虚拟阻抗压降：

[0019] 选择性虚拟阻抗压降：

[0020] 虚拟基波正序阻抗压降：

[0021] 虚拟基波负序阻抗压降：

[0022] 虚拟可变谐波阻抗压降：

[0023] 其中，ωf表示基波角频率， 和 表示虚拟的基波正序电阻和电感， 和 表示虚拟的基波负序电阻和电感，Rv,h和Lv,h代表h次谐波分量虚拟电阻和电感，h＝5、7、11、13；

[0024] S7、实时检测PCC点电压，提取PCC点电压在dq轴下的基波正序 负序 及主要谐波分量 和 通过LBC线将PCC点电压的基波正负序及谐波分量传送至谐波畸变率计算单元，计算得出各次电压谐波畸变指数HDv5±、HDv7±、HDv11±和HDv13±，与电压谐波畸变指数参考值 和 相比较，之后通过饱和限制器与比例积分控制器
(Proportional Integral，PI)，再与PCC点电压基波正序 负序 及主要谐波分量
和 相乘，构造出PCC点电压谐波补偿值 和 并通过LBC传送至
PCC点电压谐波补偿控制器中；

[0025] S8、提取逆变器输出电流ioαβ在α轴的基波正序 基波负序 及主要包含5、7、11和13次谐波的谐波分量ioα,5±、ioα,7±、ioα,11±及ioα,13±，通过谐波畸变率计算单元输出各次谐波电流的各次谐波电流畸变指数HDI,5±、HDI,7±、HDI,11±和HDI,13±，将其与各次电压谐波畸变指数的最大值 相比较，得出的值与PCC点电压谐波补偿值和h次电压谐波的补偿系数CGh±相乘，输出值再与该DG单元额定功率S0,i所占总功率 的比例系数相乘并构造出dq轴下该DG单元的各次电压谐波补偿值 其中，n为DG单元的个数，通过坐标变换将 转换为 其中，θ为PCC点电压通过PLL提取的相位，最后将各次电压谐波的补偿值累加起来即可得出最终的PCC点电压谐波补偿值

[0026]

[0027] S9、将逆变器输出电压voαβ、选择性虚拟阻抗压降vvαβ、参考电压信号vref,αβ、谐波及不平衡电压均衡补偿系数KUHCR以及PCC点电压谐波补偿值 相加减，得到逆变器输出电压参考信号

[0028]

[0029] 将上述电压参考信号 经过由电压控制器和电流控制器组成的电压电流双闭环控制及空间矢量脉冲宽度调制(Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM)后构造出逆变器H桥IGBT所需的触发信号。

[0030] 进一步地，所述的步骤S1具体实现方法为：

[0031]

[0032] 其中，

[0033] 进一步地，所述的步骤S2具体实现方法为：首先通过SOGI算法得到输出电流基波及各次谐波分量，接着DSC对基波电流分量经过T/4延时得到输出电流基波频率的正负序分量 对5次谐波电流经过T/20延时构造出5次谐波输出电流的负序分量 对7次谐波电流经过T/28延时构造出7次谐波输出电流的正序分量 对11次谐波电流经过T/44延时构造出11次谐波输出电流的负序分量 对13次谐波电流经过T/52延时构造出13次谐波输出电流的正序分量 T为基波频率周期。

[0034] 进一步地，所述的步骤S3中基波正序有功功率P+、基波正序无功功率Q+、基波谐波功率D和基波负序不平衡功率QN的具体计算方法为：

[0035]

[0036]

[0037]

[0038]

[0039] 其中，ωLPF为低通滤波器的截止频率，v*表示额定DG相电压瞬时值。

[0040] 进一步地，所述的步骤S9中的电流控制器Gi(s)为比例(kc)电流控制器，电压控制器Gv(s)为含多谐振比例谐振的电压控制器，其表达式为：

[0041]

[0042] 其中，kpv表示电压控制器的比例增益，krv表示电压控制器在基波上的谐振增益，khv表示电压控制器h次谐波的谐振增益，ωc为电压控制器的剪切频率，ωf为基波角频率。

[0043] 本发明的有益效果是：

[0044] 1、本发明提出一种新型的针对微电网不平衡无功及谐波功率均衡的控制方法来实现多个变流器的功率均分，利用基于虚拟基波正序、负序阻抗及虚拟可变谐波阻抗的选择性虚拟阻抗来实现微电网的无功和谐波功率均衡，谐波和不平衡电压补偿控制器可以实现不平衡功率及谐波功率的均分，解决现有方法应用于微电网系统带不对称非线性负载时，微电网谐波和电压不平衡问题；

[0045] 2、孤岛微电网带不对称非线性负载情况下，即使各台DG线路阻抗不一致，本发明所提控制方法也能实现多个并联DG单元间的无功和谐波功率均分；

[0046] 3、本发明提出的针对于微电网PCC点电压谐波补偿控制器能够对PCC点的主要电压谐波分量进行补偿，对整个微电网孤岛系统的各个节点电压谐波进行治理，能够有效提高微电网的电能质量并增强微电网多个并联变流器间的功率均分能力；

[0047] 4、本发明仅通过微电网的综合控制策略即可实现对不平衡无功及谐波功率的均衡控制，改善微电网的电能质量，降低微电网的投资成本，提高孤岛微电网系统在复杂负载工况下运行的稳定性和可靠性。

附图说明

[0048] 图1为由本发明的交流微电网系统拓扑结构图；

[0049] 图2为本发明微电网系统单个DG单元的电路结构和控制原理图；

[0050] 图3为加入选择性虚拟阻抗和基于DSC及SOGI电流基波正序、负序分量及谐波分量提取模块的逆变器电压电流双闭环控制结构图；

[0051] 图4为谐波及电压不平衡补偿控制器的结构图；

[0052] 图5为PCC点电压谐波补偿控制器的原理结构图；

[0053] 图6为微电网仿真模型结构图；

[0054] 图7为微电网系统在不平衡线性负载下使用传统下垂控制策略的DG1和DG2输出电压及电流仿真波形图；

[0055] 图8为微电网系统在不平衡线性负载下使用本发明所提控制策略的DG1和DG2输出电压及电流仿真波形图；

[0056] 图9为微电网系统在不平衡非线性负载下使用传统下垂控制策略的DG1和DG2输出电压及电流仿真波形图；

[0057] 图10为微电网系统在不平衡非线性负载下使用本发明所提控制策略的DG1和DG2输出电压及电流仿真波形图；

[0058] 图11为微电网系统分别使用传统下垂控制策略以及本发明所提出的控制策略的有功功率及无功功率仿真波形图。

具体实施方式

[0059] 下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。

[0060] 如图1所示，一种新型交流微电网系统，包括多个并联的DG单元及分别与每个DG单元连接的线路阻抗、负载单元和静态开关，线路阻抗通过PCC点连接至微电网母线上，负载单元包括三相平衡阻性负载、不对称线性负载和二极管整流非线性负载，三相平衡阻性负载、不对称线性负载和二极管整流非线性负载均通过PCC点接入微电网母线，微电网母线上还连接有用于测量PCC点电压基波正序、负序分量及谐波分量的测量模块，微电网母线依次通过静态开关和变压器连接10kV主电网。

[0061] 进一步地，所述的DG单元由可再生能源、三相全桥逆变器、LCL滤波器和DG单元本地控制器构成，可再生能源依次与三相全桥逆变器、LCL滤波器连接，LCL滤波器与线路阻抗相连，DG单元本地控制器通过低带宽通信(Low Bandwidth Communication，LBC)电缆连接测量模块，将测量模块检测到的PCC点(公共连接点)的电压基波正序、负序分量及谐波分量传输至DG单元本地控制器，DG单元本地控制器的输出与三相全桥逆变器相连。

[0062] 如图2所示，本发明的一种新型交流微电网系统功率均衡控制方法，包括以下步骤：

[0063] S1、实时检测微电网系统DG单元中的三相全桥逆变器侧电流iLabc、三相输出电压voabc和三相输出电流ioabc，并将检测到的数据通过Clark变换转换为αβ坐标轴下的逆变器侧电流iLαβ、输出电压voαβ和输出电流ioαβ；

[0064] S2、将Clark变换得到的逆变器输出电流ioαβ通过二阶广义积分(Second Order Generalized Integrator，SOGI)和延时信号相消(Delayed Signal Cancellation，DSC)模块来精确提取输出电流ioαβ的基波正序分量 基波负序分量 以及谐波次数为5、7、11和13次的谐波分量 和

[0065] S3、将S2得到的输出电流基波正序分量 基波负序分量 以及谐波次数为5、7、11和13次的谐波分量 和 与逆变器输出电压voαβ相结合，计算出瞬时功
+
率，通过低通滤波器(Low Pass Filter，LPF)得到滤波器输出的基波正序有功功率P 、基波正序无功功率Q+、基波谐波功率D和基波负序不平衡无功功率QN；

[0066] S4、将S3得到的基波正序有功功率P+和基波正序无功功率Q+通过基波正序有功-频率(P+-ω)下垂控制和正序无功-电压幅值(Q+-E)下垂控制，构造出逆变器参考电压信号vref,αβ的幅值E和频率ω分量，其表达式如下：

[0067]

[0068] 其中，ω*和E*代表额定频率和额定电压幅值，P+*和Q+*表示正序基波有功功率和无功功率的参考值，kp和kq表示基波正序有功-频率(P+-ω)和正序无功-电压幅值(Q+-E)下垂系数，在微电网孤岛运行时，通常将P+*和Q+*的值设置为0；

[0069] S5、将三相逆变器输出电压voabc通过Park变换转换为dq坐标轴下的电压分量，与通过PLL提取出的本地输出电压角频率ωlf、各次谐波次数及低通滤波器相配合，提取三相逆变器输出电压voabc的电压基波负序 以及5、7、11和13次谐波分量 和构造两个常值KN和KH与基波负序不平衡功率QN以及基波谐波功率D分别相乘，得到的值再分别与输出电压基波负序 分量及各次谐波分量之和 相乘，所得结果相加之后即可得到谐波和不平衡电压均衡补偿控制的补偿系数KUHCR：

[0070]

[0071] 其中，KN和KH为电压不平衡及谐波分量的补偿设定值，通过谐波及不平衡电压均衡补偿控制器，可以有效地补偿谐波和不平衡功率；值得注意的是，KN和KH的值补偿电压不平衡及谐波分量的同时，需要确保微电网系统的稳定性。

[0072] S6、将构造出的输出电流基波正序 基波负序 以及谐波次数为5、7、11和13的谐波分量 和 分别与基于虚拟基波正序阻抗、基于虚拟基波负序阻抗和虚拟可变谐波阻抗的选择性虚拟阻抗相互作用，得到用来实现微电网无功功率与谐波功率均衡的选择性虚拟阻抗压降；如图3所示的电压电流双闭环控制框图中，对输出电流基波正序、负序分量及谐波分量和选择性虚拟阻抗的结构进行了详细的描述。如图3所示，由虚拟基波正序阻抗压降 虚拟基波负序阻抗压降 与虚拟可变谐波阻抗压降vvαβ,h组成的选择性虚拟阻抗压降vvαβ的表达式为：

[0073] 选择性虚拟阻抗压降：

[0074] 虚拟基波正序阻抗压降：

[0075] 虚拟基波负序阻抗压降：

[0076] 虚拟可变谐波阻抗压降：

[0077] 其中，ωf表示基波角频率， 和 表示虚拟的基波正序电阻和电感， 和 表示虚拟的基波负序电阻和电感，Rv,h和Lv,h代表h次谐波分量虚拟电阻和电感，h＝5、7、11、13；

[0078] S7、针对微电网PCC点电压在非线性负载条件下存在大量的谐波分量，本发明采用如图2和图5所示的控制方法实现PCC点电压的谐波补偿。如图2所示，实时检测PCC点电压，提取PCC点电压在dq轴下的基波正序 负序 及主要谐波分量 和 通过LBC(低带宽通信)线将PCC点电压的基波正负序及谐波分量传送至谐波畸变率计算单元，计算得出各次电压谐波畸变指数HDv5±、HDv7±、HDv11±和HDv13±，与电压谐波畸变指数参考值和 相比较，之后通过饱和限制器与比例积分控制器(Proportional 
Integral，PI)，再与PCC点电压基波正序 负序 及主要谐波分量 和 相
乘，构造出如图2所示的PCC点电压谐波补偿值 和 并通过LBC传送至图5
所示的PCC点电压谐波补偿控制器中；

[0079] S8、提取逆变器输出电流ioαβ在α轴的基波正序 基波负序 及主要包含5、7、11和13次谐波的谐波分量ioα,5±、ioα,7±、ioα,11±及ioα,13±，通过谐波畸变率计算单元输出各次谐波电流的各次谐波电流畸变指数HDI,5±、HDI,7±、HDI,11±和HDI,13±，将其与各次电压谐波畸变指数的最大值 相比较，得出的值与PCC点电压谐波补偿值和h次电压谐波的补偿系数CGh±相乘，输出值再与该DG单元额定功率S0,i所占总功率 的比例系数相乘并构造出dq轴下该DG单元的各次电压谐波补偿值 其中，n为DG单元的个数，通过坐标变换将 转换为 其中，θ为PCC点电压通过PLL(锁相环)提取的相位，最后将各次电压谐波的补偿值累加起来即可得出最终的PCC点电压谐波补偿值 如图5所示，PCC点电压谐波补偿值为：

[0080]

[0081] S9、将逆变器输出电压voαβ、选择性虚拟阻抗压降vvαβ、参考电压信号vref,αβ、谐波及不平衡电压均衡补偿系数KUHCR以及PCC点电压谐波补偿值 相加减，得到逆变器输出电压参考信号

[0082]

[0083] 将上述电压参考信号 经过由电压控制器和电流控制器组成的电压电流双闭环控制及空间矢量脉冲宽度调制(Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM)后构造出逆变器H桥IGBT所需的触发信号，如图3所示，微电网系统在SVPWM处理信号传输和计算过程中存在延时Gd(s)＝1/(1+1.5Tss)，Ts为采样周期。

[0084] 进一步地，所述的步骤S1具体实现方法为：

[0085]

[0086] 其中，

[0087] 进一步地，所述的步骤S2具体实现方法为：首先通过SOGI算法得到输出电流基波及各次谐波分量，接着DSC对基波电流分量经过T/4延时得到输出电流基波频率的正负序分量 对5次谐波电流经过T/20延时构造出5次谐波输出电流的负序分量 对7次谐波电流经过T/28延时构造出7次谐波输出电流的正序分量 对11次谐波电流经过T/44延时构造出11次谐波输出电流的负序分量 对13次谐波电流经过T/52延时构造出13次谐波输出电流的正序分量 T为基波频率周期。

[0088] 进一步地，所述的步骤S3中基波正序有功功率P+、基波正序无功功率Q+、基波谐波功率D和基波负序不平衡无功功率QN的具体计算方法为：

[0089]

[0090]

[0091]

[0092]

[0093] 其中，ωLPF为低通滤波器的截止频率，v*表示额定DG相电压瞬时值。

[0094] 进一步地，所述的步骤S9中的电流控制器Gi(s)为比例(kc)电流控制器，电压控制器Gv(s)为含多谐振比例谐振的电压控制器，其表达式为：

[0095]

[0096] 其中，kpv表示电压控制器的比例增益，krv表示电压控制器在基波上的谐振增益，khv表示电压控制器h次谐波的谐振增益，ωc为电压控制器的剪切频率，ωf为基波角频率。

[0097] 上面所分析的微电网系统其中一个DG单元对于不平衡无功及谐波功率均衡控制的实施方式适用于并联的多台DG单元的情况。

[0098] 为验证本发明所提方法的可行性，如图6所示，在Matlab/Simulink上搭建了含有两个DG单元的在非线性负载及不对称线性负载条件下的微电网仿真平台。二极管整流的非线性负载和线性不对称负载通过开关1和开关2连接在PCC上；逆变器H桥的IGBT开关频率为10kHz，两台逆变器的直流侧电压均为650V，两个DG单元LCL滤波器的逆变器侧电感L1和L2均为1.8mH，滤波器电容C1和C2均为25μF，滤波器输出电感Lo1和Lo2均为1.8mH；线路阻抗1的电感Lf1为3mH，电阻Rf1为0.2Ω，线路阻抗2的电感Lf2为1mH，电阻Rf2为0.2Ω；不对称负载RUL为
230Ω，三相二极管整流桥的非线性负载电感LNL为84μF，电阻RNL为460Ω，电容CNL为235μF。

[0099] 图6中的开关1断开、开关2闭合，在c相未接线性不对称负载条件下，DG1和DG2补偿前和补偿后的三相输出电压和电流仿真波形分别如图7和图8所示，其中vo1abc和vo2abc分别表示DG1和DG2的三相输出电压，io1abc和io2abc分别表示DG1和DG2的三相输出电流。未使用不平衡电压补偿及选择性虚拟阻抗时的仿真波形如图7所示，DG1的a、b相输出电流要io1a、io1b远小于DG2的a、b相输出电流io2a、io2b，且DG1的c相输出电流io1c的幅值较大，DG1和DG2之间存在较大环流和不平衡电流，不平衡功率没有得到均分；使用本发明所提的不平衡电压补偿及选择性虚拟阻抗后的仿真波形如图8所示，此时DG1和DG2的输出电流一致，环流电流得到有效抑制，实现了微电网系统的不平衡无功功率均衡。

[0100] 在不对称线性负载及非线性负载同时作用的情况下，即开关1和开关2同时闭合，DG1和DG2补偿前和补偿后的三相输出电压和电流仿真波形分别如图9和图10所示。从图9可以看出，未加入谐波及不平衡电压补偿以及选择性虚拟阻抗时，由于DG1的线路阻抗较小，其分配到更多的负载电流，存在不平衡无功及谐波功率均分问题；当基于虚拟基波正序、负序阻抗及虚拟可变谐波阻抗的选择性虚拟阻抗以及谐波不均衡电压补偿控制器应用于该微电网系统后，三相输出电压和电流仿真波形图10所示，DG1与DG2输出电流波形一致，环流电流得到有效抑制，表明本发明所提控制方法能够有效地解决微电网在非线性不对称负载下的功率均分问题，实现微电网系统不平衡无功及谐波功率均衡控制。此外，图9和图10所示的DG1和DG2三相输出电压波形的谐波在PCC点谐波补偿器以及多谐振控制器的作用下，均得到有效的抑制。

[0101] 图11所示为微电网系统分别使用传统下垂控制策略以及本发明所提出的控制策略的有功功率及无功功率仿真波形图。由图可见，在0～3s使用传统下垂控制策略时，DG1的无功功率Q1为100Var左右，DG2的无功功率Q2为-40Var左右，微电网总的无功功率没有得到均分；在t＝3s时，切换成本发明所提控制策略后，Q1＝Q2≈30Var，系统的总无功功率得到均衡控制，更进一步验证了本发明所提方法的有效性和可行性。

[0102] 以上所述仅为本发明的具体实施方式，本领域的技术人员将会理解，在本发明所揭露的技术范围内，可以对本发明进行各种修改、替换和改变，因此本发明不应由上述事例来限定。

[0103] 本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。