本發(fā)明涉及一種控制系統(tǒng)，具體涉及一種主動配電網(wǎng)分布式電源與有源濾波器協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，屬于電能質(zhì)量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年，隨著利用電力電子裝置等非線性負(fù)荷和分布式發(fā)電系統(tǒng)大量接入配電網(wǎng)，電網(wǎng)電流的諧波含量驟增，上述諧波污染使電力系統(tǒng)在負(fù)載側(cè)和電源側(cè)均面臨嚴(yán)峻的電能質(zhì)量問題。較大的諧波電流將直接威脅到配網(wǎng)變壓器的運(yùn)行安全。在現(xiàn)有技術(shù)手段中，apf技術(shù)是治理電網(wǎng)諧波污染的有效手段，但限于建設(shè)和維護(hù)成本，很難在配電網(wǎng)中大量接入apf裝置。同時，考慮到dg與apf具有相似的并網(wǎng)逆變器形式，可充分利用dg的剩余容量，參與系統(tǒng)電能質(zhì)量的治理。因此研究dg與apf的協(xié)調(diào)控制方法對于解決電力系統(tǒng)諧波污染等電能質(zhì)量問題具有積極促進(jìn)意義。

為使用dg的剩余容量對系統(tǒng)電能質(zhì)量進(jìn)行復(fù)合控制，國內(nèi)外學(xué)者提出了眾多新穎的dg并網(wǎng)端控制策略。有學(xué)者提出對dg的基波和諧波指令進(jìn)行解耦控制，在諧波域?qū)g等效為一個小值電阻，實(shí)現(xiàn)對諧波電流的補(bǔ)償。有學(xué)者借鑒基頻域功率下垂控制的思想，將dg在諧波域等效為一個與其補(bǔ)償容量呈反比的電導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)對dg并網(wǎng)點(diǎn)諧波電壓的補(bǔ)償。又有學(xué)者提出基于pcc處諧波擾動的功率，使用dg對pcc處的電能質(zhì)量問題進(jìn)行補(bǔ)償。

現(xiàn)有涉及dg并網(wǎng)發(fā)電與電能質(zhì)量治理的復(fù)合控制策略，雖可充分利用dg電力電子接口容量，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)電能質(zhì)量的補(bǔ)償，但dg所輸出的諧波補(bǔ)償電流將干擾其并網(wǎng)點(diǎn)的電能質(zhì)量，惡化dg并聯(lián)點(diǎn)處其他設(shè)備的工況，降低設(shè)備的使用壽命。同時，由于dg的輸出功率具有波動性，不能時刻保證提供充足的剩余容量用于關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)電能質(zhì)量的補(bǔ)償，需要與apf相配合，以便提高主動配電網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)的電能質(zhì)量。鑒于此，本文提出了一種主動配電網(wǎng)內(nèi)分布式電源與有源濾波器協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明正是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，提供一種主動配電網(wǎng)分布式電源與有源濾波器協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，該技術(shù)方案將有源配電網(wǎng)劃分成若干區(qū)域電網(wǎng)，每個區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)至少包含一個dg，并在區(qū)域電網(wǎng)的公共并網(wǎng)點(diǎn)(pointsofcommoncoupling,pcc)處安裝有apf，各dg與apf通過各自并網(wǎng)逆變器本地控制策略控制輸出，且在每個區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)，利用dg源網(wǎng)復(fù)合控制器和區(qū)域裝置協(xié)調(diào)控制器給定dg與apf并網(wǎng)逆變器本地控制策略的參考值，實(shí)現(xiàn)主動配電網(wǎng)內(nèi)dg與apf協(xié)調(diào)控制的目的。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下，一種主動配電網(wǎng)分布式電源與有源濾波器協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)將有源配電網(wǎng)劃分成若干區(qū)域電網(wǎng)，每個區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)至少包含一個dg，并在區(qū)域電網(wǎng)的公共并網(wǎng)點(diǎn)(pointsofcommoncoupling,pcc)處安裝有apf，各dg與apf通過各自并網(wǎng)逆變器本地控制策略控制輸出，所述控制系統(tǒng)包括dg與apf并網(wǎng)端本地控制器、dg源網(wǎng)復(fù)合控制器以及區(qū)域裝置協(xié)調(diào)控制器，其中dg與apf并網(wǎng)端本地控制器，使用電壓環(huán)和電流源控制策略，以及逆變器調(diào)制策略，控制dg與apf并網(wǎng)端逆變器完成對電壓或電流指令值的跟蹤，穩(wěn)定裝置直流母線電壓；dg源網(wǎng)復(fù)合控制器，利用下垂控制策略實(shí)現(xiàn)dg的功率輸出，向dg并網(wǎng)端本地控制器下發(fā)指令值，監(jiān)視各dg接入點(diǎn)電能質(zhì)量信息，向區(qū)域裝置協(xié)調(diào)控制器上傳電能質(zhì)量信息，并根據(jù)區(qū)域pcc處諧波含量調(diào)節(jié)dg的諧波補(bǔ)償值，實(shí)現(xiàn)對pcc的諧波補(bǔ)償；

區(qū)域裝置協(xié)調(diào)控制器，與控制區(qū)域內(nèi)的各dg及pcc點(diǎn)處apf的本地控制器相聯(lián)，根據(jù)pcc的諧波含量及dg源網(wǎng)復(fù)合控制器所上傳的各接入點(diǎn)電能質(zhì)量信息，協(xié)調(diào)控制區(qū)域內(nèi)各dg及apf，實(shí)現(xiàn)對各dg并網(wǎng)點(diǎn)及pcc的諧波補(bǔ)償。該技術(shù)方案將綜合利用dg與apf的補(bǔ)償容量對主動配網(wǎng)的電能質(zhì)量進(jìn)行治理，充分利用dg并網(wǎng)逆變器的容量，在并網(wǎng)饋能的同時與配電網(wǎng)內(nèi)apf分?jǐn)傠娔苜|(zhì)量補(bǔ)償容量，減小apf的建設(shè)和維護(hù)成本。通過apf可彌補(bǔ)dg電能質(zhì)量補(bǔ)償容量波動性的缺點(diǎn)，通過apf與dg間的協(xié)調(diào)控制，改善dg諧波補(bǔ)償電流對其并網(wǎng)點(diǎn)電能質(zhì)量的干擾，令有源配電網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)的電能質(zhì)量均能得到提高。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述dg與apf并網(wǎng)端本地控制器獲取逆變器電壓或電流跟蹤誤差信號，與逆變器直流側(cè)穩(wěn)壓控制指令相疊加，輸入逆變器電壓環(huán)和電流環(huán)控制器，產(chǎn)生調(diào)制信號，使用脈寬調(diào)制(pulsewidthmodulation,pwm)算法，控制并網(wǎng)端逆變器跟蹤指令值，實(shí)現(xiàn)dg和apf的輸出控制和直流側(cè)穩(wěn)壓控制。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述dg源網(wǎng)復(fù)合控制器使用下垂控制算法實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)各dg間有功、無功指令的分配，避免出現(xiàn)有功、無功環(huán)流，其采用的下垂控制算法為

f＝f^*-gp(s)·(p-p^*)(1)

e＝e^*-gq(s)·(q-q^*)(2)

式中，e和f分別為提供給dg并網(wǎng)端本地控制器的電壓幅值和頻率指令值，e^*和f^*為電壓幅值和頻率的參考值，p和q為dg并網(wǎng)端實(shí)際輸出的有功和無功功率，p^*和q^*為dg并網(wǎng)端有功和無功功率的參考值，gp(s)和gq(s)為dg下垂控制系數(shù)。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述dg源網(wǎng)復(fù)合控制器中，獲取各dg并網(wǎng)點(diǎn)電壓的當(dāng)前總諧波畸變率(totalharmonicsdistortion,thd)dx及對應(yīng)各節(jié)點(diǎn)thd限值mx，上傳給區(qū)域裝置協(xié)調(diào)控制器。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述dg源網(wǎng)復(fù)合控制器中，獲取區(qū)域配電網(wǎng)pcc處thd值，并與其參考thd比較，將比較的差值輸入比例積分控制器，從而獲得此時所需的等效諧波功率hx(x＝1,2,3,…)，根據(jù)節(jié)點(diǎn)x處dg輸出的基波功率，確定節(jié)點(diǎn)x處dg可用于諧波補(bǔ)償?shù)氖Ｓ嗳萘?，即額定諧波補(bǔ)償功率hx0(x＝1,2,3,…)，并使同一區(qū)域內(nèi)各dg的諧波補(bǔ)償系數(shù)bx(x＝1,2,3,…)滿足b1h10＝b2h20＝…＝bxhx0，利用諧波下垂補(bǔ)償算法，使區(qū)域內(nèi)各dg按其剩余容量，成比例分配諧波補(bǔ)償指令，較常采用的諧波下垂算法為

gx＝g0-bx·(hx0-hx)(3)

其中，g0為額定諧波電導(dǎo)。獲取各dg進(jìn)行諧波補(bǔ)償?shù)牡刃щ妼?dǎo)值gxh，將gxh與區(qū)域pcc處對應(yīng)的諧波電壓eh相乘，即可獲得區(qū)域內(nèi)各dg的諧波電流補(bǔ)償指令即：

將下發(fā)給dg并網(wǎng)端本地控制器，并將其與對應(yīng)基波下垂功率控制的電流指令相疊加，從而在dg并網(wǎng)饋能的同時，可實(shí)現(xiàn)對pcc的諧波補(bǔ)償。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述區(qū)域裝置協(xié)調(diào)控制器中，根據(jù)dg的剩余容量hx0(x＝1,2,3,…)和反映dg并網(wǎng)點(diǎn)電壓thd值的系數(shù)hxd(x＝1,2,3,…)，來協(xié)調(diào)區(qū)域內(nèi)dg與apf的諧波補(bǔ)償指令。

將區(qū)域內(nèi)總計n臺dg的hx0和hxd相乘后進(jìn)行累加，再除以n獲得一個能反映區(qū)域內(nèi)dg對pcc處電能質(zhì)量補(bǔ)償能力的系數(shù)hg，將hg限定為[0,1]，當(dāng)hg＝1時，表示pcc處的諧波將由dg完全補(bǔ)償，此時可不啟動apf；當(dāng)hg＝0時，表示dg無實(shí)現(xiàn)諧波補(bǔ)償?shù)氖Ｓ嗳萘?，此時pcc處的諧波將由apf單獨(dú)補(bǔ)償；當(dāng)hg＝(0,1)時，apf進(jìn)行諧波補(bǔ)償?shù)南禂?shù)ha＝1-hg，將ha與區(qū)域pcc處對應(yīng)的諧波電壓ih相乘，即可獲得pcc處apf的諧波電流補(bǔ)償指令即

將下發(fā)給apf并網(wǎng)端本地控制器，并將其與apf直流穩(wěn)壓指令電流相疊加，實(shí)現(xiàn)apf對pcc的諧波補(bǔ)償。

所述其系數(shù)hxd的獲取過程為將dg并網(wǎng)點(diǎn)電壓的當(dāng)前總諧波畸變率dx與對應(yīng)節(jié)點(diǎn)的thd限制mx相比較，若dx>mx，則通過積分控制器來減小hxd，避免因dg參與區(qū)域pcc處電能質(zhì)量的補(bǔ)償，而過度惡化其接入點(diǎn)處的電能質(zhì)量。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)，(1)該技術(shù)方案充分利用dg并網(wǎng)逆變器的容量，在并網(wǎng)饋能的同時與配電網(wǎng)內(nèi)apf分?jǐn)傠娔苜|(zhì)量補(bǔ)償容量，提高dg并網(wǎng)逆變器的利用率，同時減小apf的建設(shè)和維護(hù)成本；(2)該技術(shù)方案利用apf補(bǔ)償容量可控性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)由于dg功率波動，而造成的dg電能質(zhì)量補(bǔ)償容量不確定的缺點(diǎn)；3)該技術(shù)方案通過apf與dg并網(wǎng)逆變器協(xié)調(diào)控制，減小dg諧波補(bǔ)償電流對其并網(wǎng)點(diǎn)電能質(zhì)量的干擾，改善pcc處電能質(zhì)量，令有源配電網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)的電能質(zhì)量均能得到改善，提升配電網(wǎng)整體電能質(zhì)量水平。

附圖說明

圖1是主動配電網(wǎng)分區(qū)示意圖；

圖2是主動配電網(wǎng)內(nèi)分布式電源與有源濾波器協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)原理圖；

圖3是dg源網(wǎng)復(fù)合控制器原理圖；

圖4是區(qū)域裝置協(xié)調(diào)控制器原理圖；

圖5是dg并網(wǎng)點(diǎn)諧波畸變系數(shù)獲取過程示意圖。

具體實(shí)施方式：

為了加深對本發(fā)明的理解，下面結(jié)合附圖對本實(shí)施例做詳細(xì)的說明。

實(shí)施例1：圖1給出了主動配電網(wǎng)區(qū)域劃分方法。圖1將有源配電網(wǎng)劃分成若干區(qū)域電網(wǎng)，每個區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)至少包含一個dg，并在區(qū)域電網(wǎng)的公共并網(wǎng)點(diǎn)(pointsofcommoncoupling,pcc)處安裝有apf，各dg與apf通過各自并網(wǎng)逆變器本地控制策略控制輸出，且在每個區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)，利用dg源網(wǎng)復(fù)合控制器，控制dg在并網(wǎng)饋能的同時，根據(jù)諧波下垂算法向電網(wǎng)注入諧波補(bǔ)償量，以改善區(qū)域pcc處電能質(zhì)量。但dg輸出的諧波補(bǔ)償電流將在并網(wǎng)線路阻抗zx(x＝1,2,3,…,n)上產(chǎn)生壓降，從而干擾dg并網(wǎng)點(diǎn)電能質(zhì)量。并且dg的輸出功率具有波動性，不能時刻保證提供充足的補(bǔ)償容量，實(shí)現(xiàn)對pcc處電能質(zhì)量的補(bǔ)償，因此需使用區(qū)域裝置協(xié)調(diào)控制器給定dg與apf并網(wǎng)逆變器本地控制策略的參考值，實(shí)現(xiàn)主動配電網(wǎng)內(nèi)dg與apf協(xié)調(diào)控制的目的。

圖2給出了主動配電網(wǎng)內(nèi)分布式電源與有源濾波器協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)原理圖。由圖2可見本發(fā)明所提系統(tǒng)可分為dg與apf并網(wǎng)端本地控制器、dg源網(wǎng)復(fù)合控制器、區(qū)域裝置協(xié)調(diào)控制器此三類子模塊。其中dg與apf并網(wǎng)端本地控制器，使用電壓環(huán)和電流源控制策略，以及逆變器調(diào)制策略，控制dg與apf并網(wǎng)端逆變器完成對電壓或電流指令值的跟蹤，穩(wěn)定裝置直流母線電壓。dg源網(wǎng)復(fù)合控制器，利用下垂控制策略實(shí)現(xiàn)dg的功率輸出，向dg并網(wǎng)端本地控制器下發(fā)指令值，監(jiān)視各dg接入點(diǎn)電能質(zhì)量信息，向區(qū)域裝置協(xié)調(diào)控制器上傳電能質(zhì)量信息，并根據(jù)區(qū)域pcc處諧波含量，利用諧波下垂算法調(diào)節(jié)dg的諧波補(bǔ)償值，實(shí)現(xiàn)對pcc的諧波補(bǔ)償。區(qū)域裝置協(xié)調(diào)控制器，與控制區(qū)域內(nèi)的各dg及pcc點(diǎn)處apf的本地控制器相聯(lián)，根據(jù)pcc的諧波含量及dg源網(wǎng)復(fù)合控制器所上傳的各接入點(diǎn)電能質(zhì)量信息，協(xié)調(diào)控制區(qū)域內(nèi)各dg及apf，實(shí)現(xiàn)對各dg并網(wǎng)點(diǎn)及pcc的諧波補(bǔ)償。

圖2所示協(xié)調(diào)控制策略綜合利用dg與apf的補(bǔ)償容量對主動配網(wǎng)的電能質(zhì)量進(jìn)行治理，充分利用dg并網(wǎng)逆變器的容量，在并網(wǎng)饋能的同時與配電網(wǎng)內(nèi)apf分?jǐn)傠娔苜|(zhì)量補(bǔ)償容量，減小apf的建設(shè)和維護(hù)成本。通過apf可彌補(bǔ)dg電能質(zhì)量補(bǔ)償容量波動性的缺點(diǎn)，通過apf與dg間的協(xié)調(diào)控制，改善dg諧波補(bǔ)償電流對其并網(wǎng)點(diǎn)電能質(zhì)量的干擾，令有源配電網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)的電能質(zhì)量均能得到提高。

如圖3所示為dg源網(wǎng)復(fù)合控制器原理圖，其中dg本地控制器將基頻下垂控制器產(chǎn)生的電壓參考值與dg并網(wǎng)點(diǎn)電壓vm作差后，經(jīng)電壓外環(huán)外環(huán)控制器，并將電壓外環(huán)的輸出值與pcc處所需dg諧波電流補(bǔ)償值相疊加，作為電流內(nèi)環(huán)參考值，再與dg并網(wǎng)點(diǎn)電流im比較，經(jīng)電流內(nèi)環(huán)控制器，最后通過pwm調(diào)制算法獲得dg并網(wǎng)逆變器的開關(guān)脈沖，實(shí)現(xiàn)對dg的輸出控制。

使用下垂控制算法實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)各dg間有功、無功指令的分配，避免出現(xiàn)有功、無功環(huán)流，其較常采用的下垂控制算法為

f＝f^*-gp(s)·(p-p^*)(1)

e＝e^*-gq(s)·(q-q^*)(2)

式中，e和f分別為提供給dg并網(wǎng)端本地控制器的電壓幅值和頻率指令值，e^*和f^*為電壓幅值和頻率的參考值，p和q為dg并網(wǎng)端實(shí)際輸出的有功和無功功率，p^*和q^*為dg并網(wǎng)端有功和無功功率的參考值，gp(s)和gq(s)為dg下垂控制系數(shù)。

獲取各dg并網(wǎng)點(diǎn)電壓的當(dāng)前總諧波畸變率(totalharmonicsdistortion,thd)dx及對應(yīng)各節(jié)點(diǎn)thd限值mx，上傳給區(qū)域裝置協(xié)調(diào)控制器。

獲取區(qū)域配電網(wǎng)pcc處thd值，并與其參考thd比較，將比較的差值輸入比例積分控制器，從而獲得此時所需的等效諧波功率hx(x＝1,2,3,…)，根據(jù)節(jié)點(diǎn)x處dg輸出的基波功率，確定節(jié)點(diǎn)x處dg可用于諧波補(bǔ)償?shù)氖Ｓ嗳萘?，即額定諧波補(bǔ)償功率hx0(x＝1,2,3,…)，并使同一區(qū)域內(nèi)各dg的諧波補(bǔ)償系數(shù)bx(x＝1,2,3,…)滿足b1h10＝b2h20＝…＝bxhx0，利用諧波下垂補(bǔ)償算法，使區(qū)域內(nèi)各dg按其剩余容量，成比例分配諧波補(bǔ)償指令，較常采用的諧波下垂算法為

gx＝g0-bx·(hx0-hx)(3)

其中，g0為額定諧波電導(dǎo)。獲取各dg進(jìn)行諧波補(bǔ)償?shù)牡刃щ妼?dǎo)值gxh，將gxh與區(qū)域pcc處對應(yīng)的諧波電壓eh相乘，即可獲得區(qū)域內(nèi)各dg的諧波電流補(bǔ)償指令即：

將下發(fā)給dg并網(wǎng)端本地控制器，并將其與對應(yīng)基波下垂功率控制的電流指令相疊加，從而在dg并網(wǎng)饋能的同時，可實(shí)現(xiàn)對pcc的諧波補(bǔ)償。

如圖4所示區(qū)域裝置協(xié)調(diào)控制器原理圖，根據(jù)dg的剩余容量hx0(x＝1,2,3,…)和反映dg并網(wǎng)點(diǎn)電壓thd值的系數(shù)hxd(x＝1,2,3,…)，來協(xié)調(diào)區(qū)域內(nèi)dg與apf的諧波補(bǔ)償指令。

在apf并網(wǎng)端本地控制器中，通過將apf在諧波頻率處等效為并聯(lián)電導(dǎo)gc，并將gc與pcc處電壓vpccn的對應(yīng)次諧波提取值相乘，獲得apf在單獨(dú)補(bǔ)償時的電流值，將該電流值乘以區(qū)域裝置協(xié)調(diào)控制器產(chǎn)生的補(bǔ)償系數(shù)ha，再與apf直流側(cè)穩(wěn)壓控制所對應(yīng)的電流值idcn相疊加，作為apf電流內(nèi)環(huán)的參考值，通過電流控制器，最后經(jīng)pwm調(diào)制算法調(diào)制后，產(chǎn)生apf開關(guān)脈沖，控制apf最終輸出。

在區(qū)域裝置協(xié)調(diào)控制器中，將區(qū)域內(nèi)總計n臺dg的hx0和hxd相乘后進(jìn)行累加，再除以n獲得一個能反映區(qū)域內(nèi)dg對pcc處電能質(zhì)量補(bǔ)償能力的系數(shù)hg，將hg限定為[0,1]，當(dāng)hg＝1時，表示pcc處的諧波將由dg完全補(bǔ)償，此時可不啟動apf；當(dāng)hg＝0時，表示dg無實(shí)現(xiàn)諧波補(bǔ)償?shù)氖Ｓ嗳萘?，此時pcc處的諧波將由apf單獨(dú)補(bǔ)償；當(dāng)hg＝(0,1)時，apf進(jìn)行諧波補(bǔ)償?shù)南禂?shù)ha＝1-hg，將ha與區(qū)域pcc處對應(yīng)的諧波電流ih相乘，即可獲得pcc處apf的諧波電流補(bǔ)償指令即

將下發(fā)給apf并網(wǎng)端本地控制器，并將其與apf直流穩(wěn)壓指令電流相疊加，實(shí)現(xiàn)apf對pcc的諧波補(bǔ)償。

如圖5為dg并網(wǎng)點(diǎn)諧波畸變系數(shù)hxd獲取過程示意圖。將dg并網(wǎng)點(diǎn)電壓的當(dāng)前總諧波畸變率dx與對應(yīng)節(jié)點(diǎn)的thd限制mx相比較，若dx>mx，則通過積分控制器來減小hxd，避免因dg參與區(qū)域pcc處電能質(zhì)量的補(bǔ)償，而過度惡化其接入點(diǎn)處的電能質(zhì)量，其中限幅環(huán)節(jié)的上、下限分別為1和0。

需要說明的是上述實(shí)施例，并非用來限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上所作出的等同變換或替代均落入本發(fā)明權(quán)利要求所保護(hù)的范圍。