一种多源荷直流微网的谐波功率补偿方法及系统与流程

本发明涉及微网调节，尤其涉及一种多源荷直流微网的谐波功率补偿方法及系统。

背景技术：

1、共直流母线微电网能够更高效更可靠的接纳分布式电源、储能单元、电动汽车、直流用电负荷。在今后的智能配电系统中，共直流母线微电网是实现节能减排，提高能源利用率的关键环节。

2、直流微电网系统的系统架构如图1所示，图1是以单个直流母线的架构为例，不涉及直流供电的线路架构。在这个架构中，直流母线的微电网源侧包括电压源控制储能单元和电流源控制单元。其中，电压源控制储能单元由多个dc/dc变换器构成，在检测公共直流母线电压后，闭环控制稳定直流母线电压；其他电流源控制单元分为dc/dc变换器和dc/ac变换器，电流源控制单元输出功率根据源侧发电功率的控制策略而变化。

3、在现有的多源荷构建的直流微电网的系统架构下，各电源和各负荷的功率变换设备都通过直流线路与母线构网连接以实现功率分配与汇流。绝大多数的负荷是交流负荷，需要三相逆变器来将直流变换到交流给负荷侧供电。而交流侧不平衡负载、单相负载或非线性负载等会产生谐波功率，引起直流母线电压和直流供电线路出现谐波波动。现有的治理直流电压谐波波动的方法，即直流有源滤波器(dc active power filter,dc-apf)的总思路都是通过直流母线电压的信号反馈来闭环消除谐波波动。dc-apf方法通过谐波电压的波动来获取需要注入直流系统的谐波补偿电流，但是，补偿带宽和动态性能易受限，影响补偿效果，难以有效地消除直流微网架构下的母线电压谐波波动，直流微网电能质量较差。

技术实现思路

1、本发明提供了一种多源荷直流微网的谐波功率补偿方法及系统，解决了dc-apf方法通过谐波电压的波动来获取需要注入直流系统的谐波补偿电流，补偿带宽和动态性能易受限，影响补偿效果，难以有效地消除直流微网架构下的母线电压谐波波动，直流微网电能质量较差的技术问题。

2、有鉴于此，本发明第一方面提供了一种多源荷直流微网的谐波功率补偿方法，直流微网包含直流母线，所述直流母线的微电网源侧连接有有源功率滤波器，所述方法包括：

3、实时获取所述直流母线的多个交流负荷侧的电压、电流输入信号，并根据所述电压、电流输入信号计算出多个所述交流负荷侧的负荷总功率；

4、提取所述负荷总功率的谐波功率分量，并根据所述谐波功率分量与直流母线电压确定谐波电流补偿指令；

5、根据给定的谐波补偿电流指令对所述谐波电流补偿指令进行补偿，得到直流侧谐波补偿指令；

6、基于动态跟踪算法对所述直流侧谐波补偿指令进行跟踪处理，使所述直流侧谐波补偿指令动态跟随所述谐波电流补偿指令的变化，并输出pwm指令发送至所述有源功率滤波器，所述pwm指令用于控制所述有源功率滤波器的开关动作。

7、优选地，根据所述电压、电流输入信号计算出多个所述交流负荷侧的负荷总功率的步骤，包括：

8、将所述电压、电流输入信号分别转化为静止坐标系下的电压输入信号分量和电流输入信号分量；

9、根据所述电压输入信号分量和所述电流输入信号分量确定多个所述交流负荷侧的负荷总功率。

10、优选地，所述提取所述负荷总功率的谐波功率分量，并根据所述谐波功率分量与直流母线电压确定谐波电流补偿指令的步骤，具体包括：

11、将所述负荷总功率与功率基波分量作差后，将功率作差结果分为两路功率输出，其中，一路功率输出为将所述功率作差结果输入至多通道陷波器中，另一功率输出为将所述功率作差结果通过积分运算得到输入信号频率的估计值输入至所述多通道陷波器；

12、通过所述多通道陷波器根据所输入的所述功率作差结果以及所述输入信号频率的估计值提取所述负荷总功率的各次谐波功率；

13、通过所述各次谐波功率与所述直流母线电压进行比值运算，得到谐波电流补偿指令。

14、优选地，所述多通道陷波器的状态空间为：

15、

16、式中，为子陷波器检测出来的i次谐波分量的微分值，n为谐波分量总次数，b为谐波与基波之间的频率倍数，xi为子陷波器检测出来的i次谐波分量，θ为输入信号频率的估计值，x为子陷波器检测出来的谐波分量，ζ为稳态精度，e(t)为功率差值时间函数，为子陷波器检测出来的基波角频率的微分值，γ为动态收敛速度，pload表示负荷侧提取出来的功率。

17、优选地，所述给定的谐波补偿电流指令是通过电容电压给定参考值与所述有源功率滤波器反馈的电容电压实际值作差后，作差结果输入pi控制器进行模糊控制后生成的。

18、优选地，所述基于动态跟踪算法对所述直流侧谐波补偿指令进行跟踪处理，并输出pwm指令发送至所述有源功率滤波器，所述pwm指令用于控制所述有源功率滤波器的开关动作的步骤，具体包括：

19、根据所述有源功率滤波器的电路拓扑建立模型差分方程，所述模型差分方程为：

20、

21、式中，il为电感电流，t为时间，l为有源功率滤波器的输出电感，r为有源功率滤波器的输出电阻，ubus为直流母线电压，s(i)为有源功率滤波器的开关动作函数，udc为有源功率滤波器的电容电压，其中，

22、

23、式中，&表示和的符号，1，4开表示有源功率滤波器中的第一个开关管和第四个开关管均为打开状态的开关动作组合，2，3断表示有源功率滤波器中的第二个开关管和第三个开关管均为断开状态的开关动作组合，1，2开表示有源功率滤波器中的第一个开关管和第二个开关管均为打开状态的开关动作组合，3，4断表示有源功率滤波器中的第三个开关管和第四个开关管均为断开状态的开关动作组合，2，3开表示有源功率滤波器中的第二个开关管和第三个开关管均为打开状态的开关动作组合，1，4断表示有源功率滤波器中的第一个开关管和第四个开关管均为断开状态的开关动作组合，其中，有源功率滤波器包含四个开关管，第一个开关管和第二个开关管串联形成一条开关管支路，第三开关管和第四个开关管串联形成另一条开关管支路，两条开关管支路两端并联连接；

24、对所述模型差分方程进行离散处理，得到离散参数方程，所述离散参数方程为：

25、

26、式中，il(k+1)表示第k+1开关时刻下的预测电流，ts表示离散化采样周期，k表示第k个开关时刻，il(k)表示第k个开关时刻的电感电流，udc(k)表示第k个开关时刻的有源功率滤波器的电容电压，ubus(k)表示第k个开关时刻的直流母线电压；

27、通过引入谐波电流补偿指令，并以第k+1开关时刻下的预测电流，以及第k+1开关时刻下的参考电流的绝对差值最小构建目标函数，所述目标函数为：

28、

29、式中，g为绝对差值，为第k+1开关时刻下的参考电流，ifd(k+1)为第k+1开关时刻下的谐波电流补偿指令；

30、通过所述有源功率滤波器的开关动作函数对所述目标函数进行寻优求解，确定最小绝对差值对应的开关动作组合；

31、根据最小绝对差值对应的开关动作组合生成pwm指令发送至所述有源功率滤波器。

32、第二方面，本发明还提供了一种多源荷直流微网的谐波功率补偿系统，直流微网包含直流母线，所述直流母线的微电网源侧连接有有源功率滤波器，所述系统包括：

33、负荷侧功率提取模块，用于实时获取所述直流母线的多个交流负荷侧的电压、电流输入信号，并根据所述电压、电流输入信号计算出多个所述交流负荷侧的负荷总功率；

34、补偿指令提取模块，用于提取所述负荷总功率的谐波功率分量，并根据所述谐波功率分量与直流母线电压确定谐波电流补偿指令；

35、谐波补偿模块，用于根据给定的谐波补偿电流指令对所述谐波电流补偿指令进行补偿，得到直流侧谐波补偿指令；

36、动态跟踪模块，用于基于动态跟踪算法对所述直流侧谐波补偿指令进行跟踪处理，使所述直流侧谐波补偿指令动态跟随所述谐波电流补偿指令的变化，并输出pwm指令发送至所述有源功率滤波器，所述pwm指令用于控制所述有源功率滤波器的开关动作。

37、第三方面，本发明还提供了一种电子设备，所述电子设备包括存储器及处理器，所述存储器中储存有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如上述的多源荷直流微网的谐波功率补偿方法的步骤。

38、第四方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如上述的多源荷直流微网的谐波功率补偿方法的步骤。

39、第五方面，本发明还提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，其中，当所述程序指令被计算机执行时，使所述计算机执行如上述的多源荷直流微网的谐波功率补偿方法的步骤。

40、从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

41、本发明通过实时获取直流母线的多个交流负荷侧的负荷总功率，提取负荷总功率的谐波功率分量，并确定谐波电流补偿指令，通过给定的谐波补偿电流指令对谐波电流补偿指令补偿后，利用动态跟踪算法对补偿得到的直流侧谐波补偿指令进行跟踪处理，使直流侧谐波补偿指令动态跟随所述谐波电流补偿指令的变化，并输出pwm指令，实现对有源功率滤波器的开关动作的控制，从而实现了直流侧谐波补偿指令的快速生成，并对直流侧谐波补偿指令动态跟踪补偿，从而可以更有效地消除直流微网架构下的母线电压谐波波动，提高直流微网电能质量。