CN109742790B - 一种基于三相多功能逆变器的微电网电能质量优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于三相多功能逆变器的微电网电能质量优化方法，包括：根据各个节点检测到的注入微电网的谐波电流和负序电流，计算各节点TPMFI所需补偿容量Sci；当第i个节点(1≤i≤n)对应的TPMFI的剩余容量Si大于等于Sci时，采用该TPMFI对所在节点等效谐波/负序电流源产生的谐波和负序电流进行完全补偿；另外，对于微电网中不满足Si≥Sci的TPMFI，则需对其补偿容量进行优化选择，基于熵—Shapely二次权重修正方法对微电网各个节点的电能质量问题进行评估，并确定补偿容量优化方案。本发明可以提升微电网的总体电能质量。

Description

一种基于三相多功能逆变器的微电网电能质量优化方法

技术领域

本发明涉及三相多功能逆变器的功率优化选择分配问题，涉及了一种微电网电能质量优化方法。

背景技术

微电网能够在中低压层面有效解决分布式电源高渗透率运行的问题。然而，大量电力电子设备接入微电网会严重恶化微电网的电能质量。为提升微电网的电能质量，目前微电网中一般采用专门的电能质量治理装置：如有源电力滤波器(APF)和静止无功发生器(SVG)等。由于三相逆变器与上述电能质量治理装置在拓扑结构和控制方法上有诸多相似之处，因此，有学者提出三相多功能逆变器(TPMFI)的概念：将不同功能的控制策略复合到同一台三相逆变器中，利用微源逆变器运行时的容量裕度，在实现并网发电功能的同时，对微电网中电能质量问题进行就地治理，既减少了微电网成本，又能有效改善微电网的电能质量。

为更好地发挥TPMFI对微电网电能质量综合优化的功能，需要对采用多个TPMFI对微电网进行电能质量治理时的补偿容量优化方案进行研究。然而，目前对TPMFI的研究主要集中在TPMFI自身拓扑结构的优化和各类补偿功能的实现上，缺乏对TPMFI补偿容量优化方案的相关研究。

发明内容

本发明提供了一种基于三相多功能逆变器的微电网电能质量优化方法，用于对于微电网的整体电能质量进行优化。根据各个三相多功能的剩余容量，基于熵—Shapely二次权重修正法，对各个三相多功能逆变器的补偿电流进行实时优化选择，提升微电网的整体电能质量。技术方案如下：

一种基于三相多功能逆变器的微电网电能质量优化方法，包括：

根据各个节点检测到的注入微电网的谐波电流I_ghik和负序电流I_gni，计算各节点TPMFI所需补偿容量S_ci：

其中，U_i为该节点的电压有效值，I_gni和I_ghi分别为该节点注入微电网的负序电流和总谐波电流有效值；

当第i个节点(1≤i≤n)对应的TPMFI的剩余容量S_i大于等于S_ci时，采用该TPMFI对所在节点等效谐波/负序电流源产生的谐波和负序电流进行完全补偿；另外，对于微电网中不满足S_i≥S_ci的TPMFI，则需对其补偿容量进行优化选择，补偿容量优化方案如下：

定义描述各节点的谐波严重程度的λ_THDi和描述各节点不平衡严重程度的λ_ui分别为：

其中，I_b为微电网的额定电流，I_hi和I_ni分别为各个节点注入微电网的谐波电流和负序电流有效值；

基于熵—Shapely二次权重修正方法对微电网各个节点的电能质量问题进行评估；对于包含n个节点，且以谐波及负序作为电能质量评估指标的微电网，其评估矩阵为：

其中，x_i1和x_i2的表达式分别如下：

对于矩阵X_n×2，计算熵权值H(x_j)的公式为：

将公式(6)转化为具体权重如下：

在确定了各项指标权重d_j的基础上，得到微电网中各节点的电能质量评价指标M_i(i＝2,4)如下：

M_i＝d₁Ih_i+d₂I_ni (8)

为获得微电网的最优电能质量评估指标，令各个节点的M_i均最小即可，此时，I_hi和I_ni需满足如下关系：

计算出I_hi和I_ni后，得到各个TPMFI输出的负序电流I_cni和某次谐波电流I_chik分别为：

将I_cni和I_chik叠加即得到各个TPMFI的电能质量补偿模块输出的参考电流。

附图说明

图1三相多功能逆变器的基本配置

图2微电网仿真模型的基本拓扑。

图3工况1下仿真模型中各PCC点的基波正序电压，负序电压以及谐波电压分量的变化。(a)基波正序电压分量(b)谐波电压分量(c)负序电压分量

具体实施方式

下面将结合实施例及参照附图对该发明的技术方案进行详细说明。

为验证本发明所提电能质量优化方法的有效性，在Simulink仿真环境下搭建了如图2所示的4节点微电网仿真模型(以下简称所提模型)。表1给出了各个元件参数的基本配置情况。在上述模型中，各谐波负载均为三相二极管桥式整流电路。

为验证所提优化方法的有效性，设置工况1如下：微电网运行于孤岛模式，仿真时间ts＝6s。t＝0时，所有TPMFI(VSC)均投入运行，所有负荷的三相有功负载投入运行；t＝3s时，投入负荷1—4的无功负载，投入负荷2和负荷4的谐波负载。

表1微电网的基本配置

对于图2所示的微电网，根据各个节点检测到的注入微电网的谐波电流I_ghik和负序电流I_gni，计算各节点TPMFI所需补偿容量S_ci(1≤i≤4)：

其中，U_i为该节点的电压有效值，I_gni和I_ghi分别为该节点注入微电网的负序电流和总谐波电流有效值。

根据公式(1)计算可知，PCC₁和PCC₃对应的TPMFI的剩余容量S_i大于等于S_ci，因此采用TPMFI₁和TPMFI₃对所在节点注入微电网的谐波和负序电流进行完全补偿；PCC₂和PCC₄对应的TPMFI的剩余容量S_i小于S_ci，需对其补偿容量进行优化选择，具体补偿容量优化方案如下：

定义描述各节点的谐波严重程度的λ_THDi，和描述各节点不平衡严重程度的λ_ui，(i＝2,4)分别为：

其中，I_b为微电网的额定电流，I_hi和I_ni分别为各个节点注入微电网的谐波电流和负序电流有效值。在此基础上，基于熵—Shapely二次权重修正方法对微电网各个节点的电能质量问题进行评估。对于图1所示微电网，且以谐波及负序作为电能质量评估指标的微电网，其评估矩阵为：

其中，x_i1和x_i2的表达式分别如下(i＝2,4)：

对于等效矩阵X_2×2，计算熵权值H(x_j)(j＝1,2)的公式为：

H(x_j)＝-(x_2jlnx_2j+x_4jlnx_4j)j＝1,2 (6)

将公式(6)转化为具体权重如下：

在确定了各项指标权重d_j的基础上，得到微电网中各节点的电能质量评价指标M_i(i＝2,4)如下：

M_i＝d₁I_hi+d₂I_ni (8)

为获得微电网的最优电能质量评估指标，只需令各个节点的M_i均最小即可。此时，I_hi和I_ni(i＝2,4)需满足如下关系：

计算出I_hi和I_ni后，得到各个TPMFI输出的负序电流I_cni和某次谐波电流I_chik(i＝2,4)分别为：

将I_cni和I_chik叠加即得到各个TPMFI的电能质量补偿模块输出的参考电流。

为验证所提电能质量优化方法的效果，图3给出了在工况1的仿真环境下，仿真模型中各PCC点的基波正序电压，负序电压以及谐波电压分量的变化。由图3可见，在各个节点电压稳定之后，各个TPMFI的电能质量补偿功能投入，在只有TPMFI₁和TPMFI₃的补偿容量充足的情况下，将各节点的负序电压均下降到1％左右，谐波电压均下降到0.7％以下，使得微电网获得了良好的整体电能质量治理效果。

本发明所提出的电能质量优化方法能够大大提升微电网的整体电能质量。

Claims (1)

1.一种基于三相多功能逆变器的微电网电能质量优化方法，包括：

根据各个节点检测到的注入微电网的谐波电流I_ghik和负序电流I_gni，计算各节点TPMFI所需补偿容量S_ci：

其中，U_i为该节点的电压有效值，I_gni和I_ghi分别为该节点注入微电网的负序电流和总谐波电流有效值；

当第i个节点对应的TPMFI的剩余容量S_i大于等于S_ci时，采用该TPMFI对所在节点等效谐波/负序电流源产生的谐波和负序电流进行完全补偿；另外，对于微电网中不满足S_i≥S_ci的TPMFI，则需对其补偿容量进行优化选择，补偿容量优化方案如下：

定义描述各节点的谐波严重程度的λ_THDi和描述各节点不平衡严重程度的λ_ui分别为：

其中，I_b为微电网的额定电流，I_hi和I_ni分别为各个节点注入微电网的谐波电流和负序电流有效值；

基于熵—Shapely二次权重修正方法对微电网各个节点的电能质量问题进行评估；对于包含n个节点，且以谐波及负序作为电能质量评估指标的微电网，其评估矩阵为：

其中，x_i1和x_i2的表达式分别如下：

对于矩阵X_n×2，计算熵权值H(x_j)的公式为：

将公式(6)转化为具体权重如下：

在确定了各项指标权重d_j的基础上，得到微电网中各节点的电能质量评价指标M_i，i＝2,4，如下：

M_i＝d₁I_hi+d₂I_ni (8)

为获得微电网的最优电能质量评估指标，令各个节点的M_i均最小即可，此时，I_hi和I_ni需满足如下关系：

计算出I_hi和I_ni后，得到各个TPMFI输出的负序电流I_cni和某次谐波电流I_chik分别为：

将I_cni和I_chik叠加即得到各个TPMFI的电能质量补偿模块输出的参考电流。

Images