0　引言

近年来，由于环境污染和能源枯竭的问题日益严峻，微电网得到了较快的发展。微电网是一个可实现自我控制管理和保护的完整电力系统，可以实现功率平衡、故障检测和电能质量调节等功能[1]。微电网除了并网运行之外还可以脱离大电网实现孤岛运行。

微电网孤岛运行时，三相负载较难达到完全对称[2]，负载的不平衡会导致微网母线电压的不平衡，从而导致整个微网的电能质量下降。此外，不平衡电压会对设备和整个电力系统产生不利影响，不仅使得电力系统的稳定性降低[3]，还会产生更多的电能损耗。因此，国内外相关专家学者对其不平衡问题进行了大量研究。文献[4]提出在系统中采用串联有源滤波器的方法来实现负序电压的补偿；文献[5]通过并联有源滤波器来补偿由于负载不平衡而产生的负序电流。这些方法都需要在系统中增加额外的电力电子装置，不仅会加大系统的控制难度，而且会增加额外的费用成本。

负载不平衡时反馈电压经过正序同步旋转坐标变换，其中电压的负序分量在正序坐标系下呈现2倍频谐波，同样正序电压在负序坐标系下也为2倍频谐波,因此采用传统的PI 控制会存在一定的误差[6]。对此本文首先利用二阶广义积分器[7]对输出电压的正负序进行分离，然后分别在正负序旋转坐标系下对正负序电压分量进行控制，从而达到对负载不平衡时所产生的负序电压的抑制作用，最后通过仿真验证了该方法的可行性。

1　逆变器拓扑结构

为了验证上述控制方法的有效性，利用matlab/simulink仿真平台搭建了一台三相逆变器的仿真模型，如图1所示，Rc为不平衡负载，阻值为30 Ω，跨接在BC两相之间，三相负载R为三相平衡负载，作为逆变器的公共负载，R=40+j15.7Ω。

图1　微网逆变器并联控制框图

2　正负序分离控制

从式(15)和式(16)中可以看出，有功功率P和相位φ、无功功率Q和幅值E之间是呈对应关系的。因此，可以通过有功功率调节相位、无功功率调节幅值实现逆变器并联。这就是下垂并联控制的基本原理，其下垂控制方程为

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令

(1)

则三相不平衡电压Ua、Ub、Uc可表示为

(2)

其中

(3)

为在abc坐标系下三相不平衡电压的正序电压转换矩阵；

(4)

为在abc坐标系下三相不平衡电压的负序电压转换矩阵。

abc坐标系变换到αβ坐标系的转换矩阵为

(5)

(6)

(7)

由此可求得在αβ坐标系下的正负序分量

Uαβp=

(8)

Uαβn=

(9)

式中t为90°移相算子，t=e-j90°。本文采用二阶广义积分器SOGI的移相电路实现90°的延时。图2为SOGI移相框图。

图2　SOGI移相电路图

图中ω0为积分器的谐振频率，当输入信号频率为谐振频率ω0时SOGI具有无穷大增益，根据图2可得传递函数如下：

(3)如全面开放转专业在高职院校可行，能更好的满足人才培养需求，有利于提高大学生就业率，减轻就业难的问题。

(10)

(11)

根据传递函数绘制出的伯德图如图3所示。可以看出，在谐振频率为50 Hz处，幅值增益保持不变，且二者的相位角相差90°。

图3　传递函数D(S)、Q(S)的伯德图

虽然该系统对高次谐波具有一定的抑制作用，但是通过对三相不平衡电压进行分离发现，该系统不能完全消除谐波带来的影响。当正负序分量转换到dq坐标系下后仍存在一定的谐波分量，如图4(a)所示；在电路输出端增加一个陷波器(notch filter)，可以达到有效消除谐波的作用，经滤波后的输出电压波形如图4(b)所示。

图4　dq坐标系下输出电压波形

3　下垂控制

图5　逆变器并联等效电路

在输电系统中线路的电抗比阻抗大得多，此时可令sin φ=φ，cos φ=1，式(13)、(14)可写为

(12)

微网逆变器输出的有功功率和无功功率分别为

在国外，大型仪器设备的产权归属是清晰明确的，政府和科研平台在整个体系中的责任权利也是清晰明确的。而我国各种大型仪器设备都被笼统地视为国有资产，但又无法确认所谓国有到底是归谁负责，仪器设备的产权事实上属于模糊状态，各方的责任权利不明，也难以设计出合理的管理及开放共享机制。

（3）企业的安置措施不能满足员工安置需求。企业能解决部分历史遗留问题，但对于一些难点问题并未给予较好的解决措施，不能很好地化解职工的不满情绪，更无法给予员工相应的生活保障。

(13)

(14)

图5为2台逆变器并联等效电路，图中E1∠θ1、E2∠θ2、I01、I02为逆变器输出的电压和电流幅值，I0为流经负载的电流。U为公共母线处电压，Z1、Z2为线路阻抗，Z0为逆变器负载阻抗。逆变器输出电流

根据瞬时对称分量法，可将三相不平衡电压分解成3组对称分量之和,即正序电压Uap、Ubp、Ucp。负序电压Uan、Ubn、Ucn和零序电压Ua0、Ub0、Uc0。由于所研究电路为三相三线电路，此时不存在零序分量，可以对零序分量不作考虑。

(15)

(16)

负载不平衡情况下逆变器输出电压和电流经过正序旋转坐标变换后，其正序分量变为直流量，负序分量变为二倍频交流分量。为了使旋转坐标系中只含有直流量，需要将输出电压和电流进行正负序分，然后再分别加以控制[8]。

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(17)

E=E*-kQQ

(18)

当微网带不平衡负载时，逆变器的瞬时有功功率P和瞬时无功功率Q通过正负序分离后的基波正序分量计算获得：

(19)

将式(19)求得的瞬时有功和无功功率代入式(18)即可求得参考电压的幅值E,最后通过电压合成就能得到电压外环的参考电压Uabcn。

ω=ω*-kQP

4　电压不平衡控制

传统的下垂控制只能在负载平衡的情况下进行[9-10]。微电网在大多数情况下三相负载不可能达到完全平衡。当其三相负载不平衡时，反馈电压经过正序同步旋转坐标变换，其中电压的负序分量在正序坐标系下呈现2倍频谐波[11]，输出电压中的负序分量得不到有效控制，从而引起了微网母线电压的不平衡[12]。

图6为电压不平衡控制框图。为了使输出电压的负序分量得到有效控制，本文采用了基于二阶广义积分器的正负序分离法对输出的不平衡电压和电流进行正负序分离，然后计算得到正序有功功率和无功功率，最后通过下垂控制和电压合成得到电压外环的参考电压Uabc。

(1) 目前国内外对于能源互联网主要有两种理解——类互联网和互联网+。学术界偏向于类互联网,属于远景设想;德国和中国的实践偏向于互联网+,立足于历史形成的电力系统。中国的电力市场发育程度远不及德国,这是两国现阶段最根本的差别。

图6　电压不平衡控制框图

电压的负序分量经过坐标变换在dq坐标系下转换为直流量，负序电压在dq轴上的参考电压都为零，通过PI控制的无静差调节最终达到消除负序电压的目的。将负序电压经PI控制的运算结果转换为二倍频谐波分量，叠加到电压外环PI控制的运算结果中作为电流内环的参考值。通过该方法对负序电压进行控制，可以有效降低输出三相电压的不平衡度。

5　仿真验证

图1为单台逆变器的拓扑结构。L为逆变器滤波电感，C为滤波电容，R为逆变器负载。其中Rc为逆变器的不平衡负载。由于不平衡负载的存在会导致逆变器输出电压不平衡，会造成额外的能量损失，从而影响整个微网系统的稳定性。

图7(a)和图8(a)为当负载不平衡时逆变器输出电压和电流波形。仿真过程为：在初始时刻未加入电压不平衡负载，在时间t=0.1 s时加入不平衡负载。通过仿真波形可以看出在未加入不平衡负载前，逆变器输出三相对称的电压和电流波形，在0.2 s时加入不平衡负载，由于不平衡负载的存在，输出电压的不平衡度达到了9.2%，已经严重超出了电压不平衡度的限制范围。

图7　改进控制方法前后输出电压波形对比

图7(b)和图8(b)为在时间t=0.1 s时加入本文所采用的电压不平衡控制方法输出电压和电流的变化情况，通过仿真波形可以看见，当加入本文所采用的电压不平衡控制方法后，虽然在0.2 s时加入不平衡负载但是逆变器输出电压的不平衡度仍然保持在2%以内，而且过渡时间非常短，整个系统基本上不受不平衡负载的影响。

图8　改进控制方法前后输出电流波形对比

6　结束语

针对微电网孤岛运行时由于负载不平衡而引起的电网电能质量下降这一问题，本文在传统的下垂控制方法的基础上提出了一种电压不平衡的控制方法。通过采用二阶广义积分器的正负序分离方法对输出的不平衡电压和电流进行正负序分离，然后分别在正负序旋转坐标系下对不平衡分量进行控制。通过仿真和实验验证可以看出该方法对由于负载不平衡而引起的微网母线电压的不平衡具有很好的控制作用和良好的动态特性。

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