一种并网多母线微电网系统的电压不平衡补偿方法及系统与流程

1.本发明属于并网多母线微电网系统技术领域，具体涉及一种并网多母线微电网系统的电压不平衡补偿方法及系统。


背景技术：

2.现如今，由于分布式发电单元利用率的快速提升，微电网获得了更多的关注，其可以并网运行，也可以孤岛运行。然而，微电网中存在稳定性、电压不平衡、频率控制、分布式电源(dg)单元放置、功率均分等诸多挑战。由于居民负荷的单相性，系统中不平衡现象增多，使得电压不平衡成为普遍存在的问题。电压不平衡在电机运行中会产生电压质量降低、额外功率损耗和扰动等不利影响。
3.近年来，许多研究提出了缓解电压不平衡的方法，例如静止同步补偿器(statcom)，电能质量控制器(upqc)，静止无功补偿器(svc)的应用，但是这些设备的使用使得整个系统变得更加复杂，同时也增加了系统的整体成本。也有通过利用dg(分布式电源)作为补偿装置来缓解电压不平衡的研究，但大多数都集中在缓解特定母线处的电压不平衡，即在敏感负荷母线或pcc处。对特定节点进行补偿具有一定局限性，且能会对其他节点产生负面影响。另一方面，在不同的母线上，可以连接不同类型的负载，并且在不同母线上用户可能具有不同的电能质量要求，若进行高质量的配电则增加了配电成本。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种并网多母线微电网系统的电压不平衡补偿方法及系统，用以解决现有的电压不平衡补偿方法存在成本高的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明提供了一种并网多母线微电网系统的电压不平衡补偿方法，包括如下步骤：
6.1)获取并网多母线微电网系统的负序网络图中各节点的数据信息；
7.2)根据各节点的数据信息运用数学模型，得到每个节点处的负序电压以及分布式电源的负序电流；所述数学模型包括分布式电源的负序电压、各节点处的负序电压以及各节点的数据信息之间的对应关系，以及分布式电源的负序电压、分布式电源的负序电流以及各节点的数据信息之间的对应关系；
8.3)将分布式电源的负序电压作为自变量，运用优化算法优化该自变量的值，使得得到的每个节点处的负序电压不超过预设的每个节点的节点负序电压限值，且得到的分布式电源的输出电流不超过变流器的限值；
9.4)将优化后的自变量的值作为分布式电源的最终参考负序电压，运用该参考负序电压进行补偿。
10.其有益效果为：本发明中通过运用并网多母线微电网系统对应的负序网络图中各节点的数据信息，以及相应的对应关系得到需要的每个节点处的负序电压以及分布式电源的负序电流，因本发明中考虑到由于不平衡负荷的存在使得每个节点负序电压升高，或超
过允许限值，且每个节点的允许限值都不同，且在dg(即分布式电源)参与补偿降低负荷节点的负序电压同时，dg不仅输出正序量，还输出负序量，会导致dg输出电流增大甚至超出变流器的限值，所以本发明中为了避免每个节点负序电压超过允许限值以及dg输出电流超出变流器的限值的情况，通过以该每个节点处的负序电压以及分布式电源的负序电流作为限制对分布式电源的负序电压进行优化，使得优化后每个节点处的负序电压以及分布式电源的负序电流满足安全条件，进而得到的分布式电源的最终负序电压更为可靠，因此基于此最终负序电压能够实现对并网多母线微电网系统的电压不平衡补偿。因本发明的方法没有增加其他的装置，因此相较于运用静止同步补偿器、电能质量控制器或静止无功补偿器实现电压不平衡补偿的过程来说降低了成本，并且基于本发明的方法基于数学模型以及优化算法在面对不同类型的负载以及不同母线上用户可能具有不同的电能质量要求时，也能够准确可靠的实现电压不平衡补偿过程，因此减少了针对不同负载或不同母线上用户可能具有不同的电能质量要求需要进行高质量配电的成本，进而降低了电压不平衡补偿的成本。
11.进一步地，步骤1)中，各节点的数据信息包括分布式电源的负序导纳、各节点的负荷负序电流、相邻两个节点之间的联络线负序导纳；步骤2)中，分布式电源的负序电压、各节点处的负序电压以及各节点的数据信息之间的对应关系为：
[0012][0013]
其中为分布式电源的负序电压；为分布式电源的负序导纳；为k节点处的负荷负序电流；为k节点处的负序电压；为节点j和节点k之间的联络线负序导纳；为与k节点相邻的母线节点j的负序电压。
[0014]
进一步地，步骤2)中，分布式电源的负序电压、分布式电源的负序电流以及各节点的数据信息之间的对应关系为：根据分布式电源的负序电压、各节点处的负序电压以及各节点的数据信息之间的对应关系，计算各节点处的负序电压，根据各节点处的负序电压计算分布式电源的负序电流；其中根据各节点处的负序电压计算分布式电源的负序电流的计算公式为：
[0015][0016]
其中为k节点处的分布式电源的负序电流。
[0017]
进一步地，步骤3)中，通过运用优化算法对包括每个节点处的负序电压以及分布式电源的负序电流进行限制的综合目标函数进行迭代优化，当综合目标函数收敛或者达到最大迭代次数时，得到的每个节点处的负序电压不超过预设的每个节点的节点负序电压限值，且得到的分布式电源的输出电流不超过变流器的限值。
[0018]
进一步地，所述综合目标函数为：
[0019]fobj
＝w1f1+w2f2；
[0020]
其中w1，w2为权重系数且w1＜w2，为节点负序电压限值，分别为分布式电源的输
出a，b，c三相电流，为变流器的限值。
[0021]
本发明中将限制每个节点的负序电压的目标函数与限制分布式电源的负序电流的目标函数进行结合，并且为了保证分布式电源的安全运行在结合形成综合目标时，限制每个节点的负序电压的目标函数的权重参数值(w1)小于限制分布式电源的负序电流的目标函数的权重参数值(w2)。
[0022]
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种并网多母线微电网系统的电压不平衡补偿系统，包括存储器以及处理器，所述处理器用于执行指令以实现如下步骤：
[0023]
1)获取并网多母线微电网系统的负序网络图中各节点的数据信息；
[0024]
2)根据各节点的数据信息运用数学模型，得到每个节点处的负序电压以及分布式电源的负序电流；所述数学模型包括分布式电源的负序电压、各节点处的负序电压以及各节点的数据信息之间的对应关系，以及分布式电源的负序电压、分布式电源的负序电流以及各节点的数据信息之间的对应关系；
[0025]
3)将分布式电源的负序电压作为自变量，运用优化算法优化该自变量的值，使得得到的每个节点处的负序电压不超过预设的每个节点的节点负序电压限值，且得到的分布式电源的输出电流不超过变流器的限值；
[0026]
4)将优化后的自变量的值作为分布式电源的最终参考负序电压，运用该参考负序电压进行补偿。
[0027]
其有益效果为：本发明中通过运用并网多母线微电网系统对应的负序网络图中各节点的数据信息，以及相应的对应关系得到需要的每个节点处的负序电压以及分布式电源的负序电流，因本发明中考虑到由于不平衡负荷的存在使得每个节点负序电压升高，或超过允许限值，且每个节点的允许限值都不同，且在dg(即分布式电源)参与补偿降低负荷节点的负序电压同时，dg不仅输出正序量，还输出负序量，会导致dg输出电流增大甚至超出变流器的限值，所以本发明中为了避免每个节点负序电压超过允许限值以及dg输出电流超出变流器的限值的情况，通过以该每个节点处的负序电压以及分布式电源的负序电流作为限制对分布式电源的负序电压进行优化，使得优化后每个节点处的负序电压以及分布式电源的负序电流满足安全条件，进而得到的分布式电源的最终负序电压更为可靠，因此基于此最终负序电压能够实现对并网多母线微电网系统的电压不平衡补偿。因本发明没有增加其他的装置，因此相较于运用静止同步补偿器、电能质量控制器或静止无功补偿器实现电压不平衡补偿的过程来说降低了成本，并且基于本发明是基于数学模型以及优化算法在面对不同类型的负载以及不同母线上用户可能具有不同的电能质量要求时，也能够准确可靠的实现电压不平衡补偿过程，因此减少了针对不同负载或不同母线上用户可能具有不同的电能质量要求需要进行高质量配电的成本，进而降低了电压不平衡补偿的成本。
[0028]
进一步地，步骤1)中，各节点的数据信息包括分布式电源的负序导纳、各节点的负荷负序电流、相邻两个节点之间的联络线负序导纳；步骤2)中，分布式电源的负序电压、各节点处的负序电压以及各节点的数据信息之间的对应关系为：
[0029][0030]
其中为分布式电源的负序电压；为分布式电源的负序导纳；为k节点处的
负荷负序电流；为k节点处的负序电压；为节点j和节点k之间的联络线负序导纳；为与k节点相邻的母线节点j的负序电压。
[0031]
进一步地，步骤2)中，分布式电源的负序电压、分布式电源的负序电流以及各节点的数据信息之间的对应关系为：根据分布式电源的负序电压、各节点处的负序电压以及各节点的数据信息之间的对应关系，计算各节点处的负序电压，根据各节点处的负序电压计算分布式电源的负序电流；其中根据各节点处的负序电压计算分布式电源的负序电流的计算公式为：
[0032][0033]
其中为k节点处的分布式电源的负序电流。
[0034]
进一步地，步骤3)中，通过运用优化算法对包括每个节点处的负序电压以及分布式电源的负序电流进行限制的综合目标函数进行迭代优化，当综合目标函数收敛或者达到最大迭代次数时，得到的每个节点处的负序电压不超过预设的每个节点的节点负序电压限值，且得到的分布式电源的输出电流不超过变流器的限值。
[0035]
进一步地，所述综合目标函数为：
[0036]fobj
＝w1f1+w2f2；
[0037]
其中w1，w2为权重系数且w1＜w2，为节点负序电压限值，分别为分布式电源的输出a，b，c三相电流，为变流器的限值。
[0038]
本发明中将限制每个节点的负序电压的目标函数与限制分布式电源的负序电流的目标函数进行结合，并且为了保证分布式电源的安全运行在结合形成综合目标时，限制每个节点的负序电压的目标函数的权重参数值(w1)小于限制分布式电源的负序电流的目标函数的权重参数值(w2)。
附图说明
[0039]
图1是本实施例运用的微电网系统示意图；
[0040]
图2是图1对应的微电网系统负序网络图；
[0041]
图3是本发明的并网多母线微电网系统的电压不平衡补偿方法流程图。
具体实施方式
[0042]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
[0043]
并网多母线微电网系统的电压不平衡补偿方法实施例：
[0044]
为了实现对并网多母线微电网系统的电压不平衡进行补偿，以避免电压不平衡在电机运行中会产生电压质量降低以及额外功率损耗和扰动等不利影响的问题，本实施例的方法通过利用微电网中的dg(分布式电源)注入负序量进行不平衡电压补偿，并且本实施例
中在进行不平衡电压补偿时，通过考虑功率变换器安全性的同时，采用人工协调搜索算法(acs)优化得到dg注入负序量的精确组合的最优参考，基于该最优参考实现电压不平衡补偿。并且基于本实施例的方法每个母线处的电压质量可以根据用户需求制定，中央控制系统(mccs)可以跟踪负荷母线处的负序负荷电流，因此方法不受负荷变化的影响，能够准确缓解电压不平衡的情况，实现电压不平衡的补偿。
[0045]
如图3所示为实施例方法流程：
[0046]
1)根据微电网系统建立数学模型，给出负序网络图。
[0047]
本实施例中以图1所示的微电网系统为例，图1微电网系统对应的负序网络图如图2所示。
[0048]
2)潮流计算，获得各个负荷节点的负序电压、负序电压限值、负序负荷电流以及各个分布式电源(dg)的相电流。
[0049]
本实施例中根据图2，在任意节点k处(即各个负荷节点，如图2所示的i,j,k,l,n,m处)，负荷负序电流由式(1)给出：
[0050][0051]
式(1)经变换后得到式(2)：
[0052][0053]
式(1)与式(2)中，为dg负序电压；为dg负序导纳；为负荷负序电流；v
k2
为某时刻节点负序电压；为节点j和k的联络线负序导纳；为k节点的相邻母线节点负序电压。其中如果分布式电源(dg)未接入，则与值则为0。
[0054]
根据式(2)得到n个节点数的n个线性方程组，根据图2可得本实施例中的微电网系统由6个节点(i,j,k,l,n,m)组成，因此对6个节点基于式2建立对应的负荷负序电流方程，方程如下：
[0055][0056][0057][0058][0059][0060][0061]
式(3)至式(8)中的已知量为：联络线负序导纳dg负序
导纳以及节点的负荷负序电流通过设置变量为dg负序电压能够通过求解线性方程组(3)至(8)得到每个节点处的负序电压
[0062]
由于不平衡负荷的存在使得每个节点负序电压升高，或超过允许限值，且每个节点的允许限值都不同，给出目标函数(9)，利用dg(分布式电源)使得每个负荷节点的负序电压保持在期限值内。
[0063][0064]
式中：f1为目标函数，n为母线数量，为某时刻的节点负序电压值，为节点负序电压限值。
[0065]
因在dg参与补偿降低负荷节点的负序电压同时，dg不仅输出正序量，还输出负序量，会导致dg输出电流增大甚至超出变流器的限值，由式(10)可以计算出dg的相电流。配电网一般为三相三线制系统，零序电流可忽略不计，根据式(11)由负序母线电压和联络线导纳可知dg的负序电流。
[0066][0067]
式(10)中：a为中间变量，a＝1∠120
°
；分别为dg的零序电流，dg的正序电流，dg的负序电流。
[0068][0069]
本实施例中通过不允许dg相电流超出变流器安全极限，保证dg安全运行，给出目标函数(12)：
[0070][0071]
式(12)中，f2为目标函数，m为dg的数量，分别为dg的输出a，b，c三相电流，为变流器的限值。
[0072]
本实施例中为了确定dg实际提供的负序能量保证电压质量在期望水平内且保证dg相电流不越限，采用人工协调搜索算法(acs)进行优化，目标函数定义为整体优化目标函数(13)：
[0073]fobj
＝w1f1+w2f2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
[0074]
式中：f
obj
为整体优化目标函数，w1，w2为权重系数，以dg安全运行为主，保证dg相电流不越限，必须赋予w1＜w2的值。
[0075]
3)借助acs优化算法计算各dg的负序电压最优参考值，并将最优参考值赋予dg。
[0076]
本实施例中根据已知参数负序负荷电流、负序母线电压限制、正序dg电流等输入数据，通过数学模型，由式(1)至式(8)计算每个母线处的负序电压，然后利用式(10)以及式(11)计算所有dg的相电流，最后利用式(13)得到综合目标函数，然后基于acs优化算法当综合目标函数收敛或者达到最大迭代次数时得到各dg的负序电压最优参考值。
[0077]
4)dg根据最优参考值，提供补偿电流，达到降低节点负序电压，维持电压质量。
[0078]
本实施例中基于步骤3)获取的每个dg获得负序dg电压最优参考，各dg根据该最优参考信号完成补偿。
[0079]
本发明中通过运用并网多母线微电网系统对应的负序网络图中各节点的数据信息，以及相应的对应关系得到需要的每个节点处的负序电压以及分布式电源的负序电流，因本发明中考虑到由于不平衡负荷的存在使得每个节点负序电压升高，或超过允许限值，且每个节点的允许限值都不同，且在dg(即分布式电源)参与补偿降低负荷节点的负序电压同时，dg不仅输出正序量，还输出负序量，会导致dg输出电流增大甚至超出变流器的限值，所以本发明中为了避免每个节点负序电压超过允许限值以及dg输出电流超出变流器的限值的情况，通过以该每个节点处的负序电压以及分布式电源的负序电流作为限制对分布式电源的负序电压进行优化，使得优化后每个节点处的负序电压以及分布式电源的负序电流满足安全条件，进而得到的分布式电源的最终负序电压更为可靠，因此基于此最终负序电压能够实现对并网多母线微电网系统的电压不平衡补偿。因本发明的方法没有增加其他的装置，因此相较于运用静止同步补偿器、电能质量控制器或静止无功补偿器实现电压不平衡补偿的过程来说降低了成本，并且基于本发明的方法基于数学模型以及优化算法在面对不同类型的负载以及不同母线上用户可能具有不同的电能质量要求时，也能够准确可靠的实现电压不平衡补偿过程，因此减少了针对不同负载或不同母线上用户可能具有不同的电能质量要求需要进行高质量配电的成本，进而降低了电压不平衡补偿的成本。
[0080]
并网多母线微电网系统的电压不平衡补偿系统实施例：
[0081]
本实施例并网多母线微电网系统的电压不平衡补偿系统包括存储器以及处理器，处理器用于执行指令以实现并网多母线微电网系统的电压不平衡补偿方法步骤，而具体的并网多母线微电网系统的电压不平衡补偿方法步骤，已经在并网多母线微电网系统的电压不平衡补偿方法实施例中详细介绍，此处不再赘述。
[0082]
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种并网多母线微电网系统的电压不平衡补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：1)获取并网多母线微电网系统的负序网络图中各节点的数据信息；2)根据各节点的数据信息运用数学模型，得到每个节点处的负序电压以及分布式电源的负序电流；所述数学模型包括分布式电源的负序电压、各节点处的负序电压以及各节点的数据信息之间的对应关系，以及分布式电源的负序电压、分布式电源的负序电流以及各节点的数据信息之间的对应关系；3)将分布式电源的负序电压作为自变量，运用优化算法优化该自变量的值，使得得到的每个节点处的负序电压不超过预设的每个节点的节点负序电压限值，且得到的分布式电源的输出电流不超过变流器的限值；4)将优化后的自变量的值作为分布式电源的最终参考负序电压，运用该参考负序电压进行补偿。2.根据权利要求1所述的并网多母线微电网系统的电压不平衡补偿方法，其特征在于，步骤1)中，各节点的数据信息包括分布式电源的负序导纳、各节点的负荷负序电流、相邻两个节点之间的联络线负序导纳；步骤2)中，分布式电源的负序电压、各节点处的负序电压以及各节点的数据信息之间的对应关系为：其中为分布式电源的负序电压；为分布式电源的负序导纳；为k节点处的负荷负序电流；为k节点处的负序电压；为节点j和节点k之间的联络线负序导纳；为与k节点相邻的母线节点j的负序电压。3.根据权利要求2所述的并网多母线微电网系统的电压不平衡补偿方法，其特征在于，步骤2)中，分布式电源的负序电压、分布式电源的负序电流以及各节点的数据信息之间的对应关系为：根据分布式电源的负序电压、各节点处的负序电压以及各节点的数据信息之间的对应关系，计算各节点处的负序电压，根据各节点处的负序电压计算分布式电源的负序电流；其中根据各节点处的负序电压计算分布式电源的负序电流的计算公式为：其中为k节点处的分布式电源的负序电流。4.根据权利要求3所述的并网多母线微电网系统的电压不平衡补偿方法，其特征在于，步骤3)中，通过运用优化算法对包括每个节点处的负序电压以及分布式电源的负序电流进行限制的综合目标函数进行迭代优化，当综合目标函数收敛或者达到最大迭代次数时，得到的每个节点处的负序电压不超过预设的每个节点的节点负序电压限值，且得到的分布式电源的输出电流不超过变流器的限值。5.根据权利要求4所述的并网多母线微电网系统的电压不平衡补偿方法，其特征在于，所述综合目标函数为：f
obj
＝w1f1+w2f2；
其中w1，w2为权重系数且w1＜w2，为节点负序电压限值，分别为分布式电源的输出a，b，c三相电流，为变流器的限值。6.一种并网多母线微电网系统的电压不平衡补偿系统，其特征在于，包括存储器以及处理器，所述处理器用于执行指令以实现如下步骤：1)获取并网多母线微电网系统的负序网络图中各节点的数据信息；2)根据各节点的数据信息运用数学模型，得到每个节点处的负序电压以及分布式电源的负序电流；所述数学模型包括分布式电源的负序电压、各节点处的负序电压以及各节点的数据信息之间的对应关系，以及分布式电源的负序电压、分布式电源的负序电流以及各节点的数据信息之间的对应关系；3)将分布式电源的负序电压作为自变量，运用优化算法优化该自变量的值，使得得到的每个节点处的负序电压不超过预设的每个节点的节点负序电压限值，且得到的分布式电源的输出电流不超过变流器的限值；4)将优化后的自变量的值作为分布式电源的最终参考负序电压，运用该参考负序电压进行补偿。7.根据权利要求6所述的并网多母线微电网系统的电压不平衡补偿系统，其特征在于，步骤1)中，各节点的数据信息包括分布式电源的负序导纳、各节点的负荷负序电流、相邻两个节点之间的联络线负序导纳；步骤2)中，分布式电源的负序电压、各节点处的负序电压以及各节点的数据信息之间的对应关系为：其中为分布式电源的负序电压；为分布式电源的负序导纳；为k节点处的负荷负序电流；为k节点处的负序电压；为节点j和节点k之间的联络线负序导纳；为与k节点相邻的母线节点j的负序电压。8.根据权利要求7所述的并网多母线微电网系统的电压不平衡补偿系统，其特征在于，步骤2)中，分布式电源的负序电压、分布式电源的负序电流以及各节点的数据信息之间的对应关系为：根据分布式电源的负序电压、各节点处的负序电压以及各节点的数据信息之间的对应关系，计算各节点处的负序电压，根据各节点处的负序电压计算分布式电源的负序电流；其中根据各节点处的负序电压计算分布式电源的负序电流的计算公式为：其中为k节点处的分布式电源的负序电流。9.根据权利要求8所述的并网多母线微电网系统的电压不平衡补偿系统，其特征在于，步骤3)中，通过运用优化算法对包括每个节点处的负序电压以及分布式电源的负序电流进行限制的综合目标函数进行迭代优化，当综合目标函数收敛或者达到最大迭代次数时，得
到的每个节点处的负序电压不超过预设的每个节点的节点负序电压限值，且得到的分布式电源的输出电流不超过变流器的限值。10.根据权利要求9所述的并网多母线微电网系统的电压不平衡补偿系统，其特征在于，所述综合目标函数为：f
obj
＝w1f1+w2f2；其中w1，w2为权重系数且w1＜w2，为节点负序电压限值，分别为分布式电源的输出a，b，c三相电流，为变流器的限值。

技术总结
本发明属于并网多母线微电网系统技术领域，具体涉及一种并网多母线微电网系统的电压不平衡补偿方法及系统，该方法在得到每个节点处的负序电压以及分布式电源的负序电流后，将分布式电源的负序电压作为自变量，运用优化算法优化该自变量的值，使得得到的每个节点处的负序电压不超过预设的每个节点的节点负序电压限值，且得到的分布式电源的输出电流不超过变流器的限值，然后运用优化后的负序电压实现电压不平衡补偿。因本发明的方法没有增加其他的装置，并且在面对不同类型的负载以及不同母线上用户可能具有不同的电能质量要求时，也能够准确可靠的实现电压不平衡补偿过程，因此避免了高质量配电的成本，进而降低了电压不平衡补偿的成本。补偿的成本。补偿的成本。


技术研发人员：刘星 杨云鹏 韦祥远 刘春波 马运亮 张俊岭 王虎森 许垚 王亚楠 司浩阳 陈春宇 赵蓓
受保护的技术使用者：许继电气股份有限公司
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/10/6