光伏参与配电网分布式不平衡电流补偿方法、装置及介质与流程

本发明属于电能质量补偿和分布式光伏逆变器控制，涉及一种光伏参与配电网分布式不平衡电流补偿方法、装置及介质。

背景技术：

1、随着三相四线制(3p-4w)低压配电网中三相和单相设备的大量增加，特别是负荷和分布式电源分布不均匀的情况下，相电流的不平衡给配电网的高效安全运行带来了极大的挑战。不平衡电流带来的问题包括电能质量受损、电压不平衡、配电变压器过热、中性线过载、附加线损、配电网容量利用率降低和保护继电器误动作等。

2、因此，为了提高供电质量和可靠性，低压配电网应配备不平衡补偿功能，其中光伏逆变器作为一种常见的分布式电源，可以利用光伏发电的剩余容量实现不平衡补偿等电能质量治理的功能，从而减少了对专用电能质量治理设备（如statcom，apf，svc）的依赖。

3、在三相四线制系统中，若采用单相光伏进行不平衡电流的补偿，需要在配网中同时具备相对相连接和相对地连接的光伏逆变器，而三相四线制的三相逆变器提供了额外的零序电流通路，是一种理想的不平衡电流补偿设备。现有技术大多着眼于补偿不平衡的局部负载，然而配网中产生不平衡电流的设备点多面广，仅补偿局部的不平衡无法缓解变压器过热、中性线过载、容量利用率低的问题，因此需要配网中的光伏逆变器协同参与治理。

技术实现思路

1、针对现有集中式控制和基于点对点通信控制方法大规模数据处理效率低的局限性，本发明提供光伏参与配电网分布式不平衡电流补偿方法、装置及介质，结合分布式控制器和单向通信的特征，利用配网中变电站变压器出口处测量的三相有功、无功功率，在分布式控制器中计算补偿指令，进一步根据不同光伏逆变器的容量分配补偿指令，通过低带宽单向通信链路将补偿指令发送到下游的光伏逆变器中执行，进而缓解流经变电站变压器的三相不平衡电流。

2、为此，本发明为一种光伏参与配电网分布式不平衡电流补偿方法，其包括如下步骤：

3、s1，设置参与补偿的逆变器，使其能够根据补偿指令向电网注入负序和零序电流；所述补偿指令为变电站变压器通过低带宽单向通信向配网中参与补偿任务的光伏逆变器分发的补偿指令；

4、s2，采样当前周期的三相电压电流以及上一周期的有功补偿指令和无功补偿指令，计算当前周期的流经变电站变压器的各相有功功率和无功功率，以及可实现变电站变压器三相电流完全补偿的理想补偿指令；

5、s3，基于步骤s2的结果计算各个光伏逆变器的补偿系数，通过加和所有的光伏逆变器的补偿系数并获得总补偿系数，将实际补偿指令和理想补偿指令进行关联；

6、s4，根据补偿指令获得每相补偿电流，使得光伏保证输出最大可用功率的同时，利用剩余的容量进行不平衡电流补偿。

7、本发明提出一种光伏参与配电网分布式不平衡电流补偿方法，能够通过低带宽单向通信链路使配网中的光伏逆变器进行不平衡电流补偿，从而减少流经变电站变压器的三相不平衡电流，提升系统电能质量。

8、进一步地，步骤s2具体过程为：

9、将当前周期每相的采样的有功功率减去三相平均有功功率再加上上一周期的有功补偿指令，获得每相的理想有功补偿指令；

10、将当前周期每相的采样的无功功率减去三相平均无功功率再加上上一周期的无功补偿指令，获得每相的理想无功补偿指令。

11、步骤s2具体采用的公式为：

12、（1）；

13、式中，为测得的a、b、c三相有功功率，为三相无功功率，和分别为上一控制周期的有功、无功补偿指令，、分别为采样得到的有功功率和无功功率，、分别为每相的理想有功补偿指令和理想无功补偿指令，m取a、b、c。

14、进一步地，步骤s3具体过程为：

15、s3.1，基于配电网中最小电压，计算理想状态下的功率指令对应的有功、无功电流指令的最大幅值和；

16、（2）；

17、式中，和分别为理想状态下的功率指令对应的有功、无功电流指令的最大幅值。

18、s3.2，根据距离变压器最近的光伏变流器（编号pv-1）的正序电压幅值和正序电流参考值以及配电网中最小电压，以修正正序电流参考值；

19、（3）；

20、式中，为台区中距离变压器最近的光伏变流器的正序电流参考值，为该光伏逆变器正序电压的幅值；为修正后的正序电流参考值；

21、s3.3，构建光伏逆变器电流限幅约束条件构成的方程组，通过求解该方程组分别获得三相电流限幅对应的不平衡补偿系数和中性线电流限幅对应的不平衡补偿系数，并将中的最小值设为第 i台光伏逆变器的补偿系数（下标i表示与第i台光伏逆变器相关的变量）；

22、构建的光伏逆变器电流限幅约束条件构成的方程组表达式为：

23、（4）；

24、其中，分别为第 i台光伏逆变器abc三相和中性线电流的幅值，均应小于等于光伏逆变器的最大允许电流，为光伏逆变器的额定电流与容量系数的乘积，即=；、分别表示a相和b相的理想有功补偿电流，、分别表示a相和b相的理想无功补偿电流，为三相和中性线最大允许电流对应的补偿系数，即公式(4)中一元二次方程的正根，取三相和中性线最大允许电流对应的补偿系数的最小值，即min()；

25、s3.4，加和各个光伏逆变器的补偿系数，得到所有光伏逆变器的不平衡补偿系数之和，根据所有光伏逆变器的不平衡补偿系数之和赋值总补偿系数 k，根据理想功率补偿指令（和）与总补偿系数 k的乘积计算得到实际功率补偿指令（和）。

26、进一步地，步骤s3.4具体过程为：

27、当所有光伏逆变器的补偿系数之和大于0小于1时，令总补偿系数 k等于，随后计算实际功率补偿指令；

28、当所有光伏逆变器的补偿系数之和大于1时，先令总补偿系数 k为1，以所有光伏逆变器的补偿系数之和的倒数作为比率，采用该比率改变各个光伏逆变器不平衡补偿系数，获得改变后的各个光伏逆变器不平衡补偿系数并将其加和，随后计算改变后的各个光伏逆变器不平衡补偿系数所占改变后的不平衡补偿系数总和的比例，根据各个光伏逆变器对应的比例从实际功率补偿指令分配出各个光伏逆变器的三相功率指令。

29、采用的公式为：

30、（5）；

31、等比例地改变每台光伏逆变器的不平衡补偿系数：

32、（6）；

33、（7）；

34、（8）；

35、式中，为改变后的不平衡补偿系数。

36、进一步地，步骤s4具体过程为：

37、基于实际功率补偿指令和各个光伏逆变器的正序电压，计算各个光伏逆变器的三相有功、无功电流的幅值，随后根据有功、无功电流的幅值计算光伏逆变器三相补偿电流指令，与直流电压控制得到的正序电流参考值相加得到每相的电流参考值，再对每相的参考电流进行跟踪，同时直流侧采用扰动观察法使光伏输出最大可用功率。

38、进一步地，步骤s4采用的公式为：

39、（9）；

40、（10）；

41、（11）；

42、式中，为第 i台光伏逆变器三相有功电流的幅值，为第 i台光伏逆变器无功电流的幅值，为第 i台光伏逆变器锁相环得到的正序电压的幅值；为光伏逆变器三相补偿电流指令，为第 i台光伏逆变器实际三相有功补偿指令，为第 i台光伏逆变器实际三相无功补偿指令；为电流向量与电压向量的相位差，分别对应于a,b,c三相，为锁相环获得的本地正序电压的相位；

43、本发明还提供一种光伏参与配电网分布式不平衡电流补偿装置，其包括：

44、dc-dc变流器，其位于pv侧，用于调节光伏阵列的出力；

45、dc-ac逆变器，其位于电网侧，用于向电网输送功率；

46、数据采样单元，包括位于dc-ac逆变器输出端口的电压传感器和电流传感器以及光伏变流器输入端口的电压传感器和电流传感器，通过dc-ac逆变器输出端口的电压传感器和电流传感器分别采样，获得dc-ac逆变器并网点(pcc)电压和当前输出电流；利用光伏变流器输入端口的电压传感器和电流传感器，分别采样光伏阵列当前的端口电压与电流；

47、锁相环单元，通过锁相环(pll)确定并网点(point of common coupling , pcc)电压的角度，保持逆变器与电网的同步；

48、直流电压、电流控制模块，通过电压电流双闭环控制保持直流电容上的电压恒定，通过比例谐振(pr)控制器对参考电流进行跟踪；

49、光伏功率调节模块，采用扰动观察法进行最大功率跟踪(mppt)；

50、光伏电压()控制模块，通过电压电流双闭环控制将光伏阵列的电压()调整为其参考值；

51、补偿电流生成模块，通过单向通信接收来自分布式控制器的功率指令，并生成对应的三相补偿电流指令。

52、一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时，实现上述的光伏参与配电网分布式不平衡电流补偿方法。

53、与现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：

54、（1）本发明能够克服集中式控制和基于点对点通信控制方法大规模数据处理效率低的局限性，仅需要利用变电站变压器与光伏之间的低带宽单向通信链路，具有较低的通信带宽要求和可靠应对通信故障的能力。

55、（2）本发明无需配置额外的储能设备，在保证光伏发出最大可用功率的同时，根据不同光伏逆变器的容量分配补偿指令，能有效缓解流经变电站变压器的三相不平衡电流。

56、（3）本发明将每相电流控制在光伏逆变器的最大允许电流以下，最大化利用光伏逆变器的剩余容量。

57、（4）本发明在减少流经变电站变压器的三相不平衡电流的同时，还能缓解电压不平衡，可应用于多种类型拓扑的配电网。