[发明专利]基于主从控制策略微网的主电源双模式运行控制方法

说明书

技术领域

本发明属于分布式发电供能微网系统技术领域，涉及一种微网的主电源双模式运行控制方。

背景技术

近年来在能源需求和环境保护的双重压力下，分布式电源(Distributed Generator，简称DG)如光伏、风电、微型燃气轮机、燃料电池、蓄电池及飞轮储能等获得了越来越多的关注和应用。将分布式电源以微网的形式接入到大电网并网运行，与大电网互为支撑，是发挥分布式发电系统效益的最有效途径。微网是指由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，既可以与大电网并网运行，也可以独立带负荷运行。微网在可以工作在并网模式下，除了保证本地负载正常工作外，还可以把多余的电能输送给电网，实现可再生能源的高效利用。当电网正常时，微网无缝切换到独立运行模式，保证对重要负荷的不间断供电。蓄电池储能双向逆变器是微网中的重要组成部分，当微网从并网运行模式切换至独立运行模式时，储能单元可以作为系统主电源，维持微网的电压和频率稳定，保证微网的运行模式无缝切换。微网运行运行模式切换过程中为保证微网内重要负荷的不间断供电，需要采用无缝切换控制策略，并减小模式切换过程中的电压电流冲击。

目前国内外学者提出的无缝切换控制策略主要有两种：

1)并网运行时采用直接电流控制(即恒功率控制)，控制目标为跟踪给定目标电流(即给定功率)；独立运行时采用恒压、恒频控制，控制目标为交流侧负荷电压幅值和频率恒定。双向逆变器通过改变其控制结构来实现运行模式的切换；

2)双向逆变器在并网运行和独立运行时均采用下垂控制，运行模式切换时不需要改变其控制结构。

第一种控制策略中双向逆变器分别在并网运行和独立运行时的控制方式比较成熟，但逆变器控制方式及控制器结构的改变将在很大程度上会影响系统运行的稳定性，导致运行模式切换过程中容易出现过电压和过电流问题使双向逆变器保护动作，从而影响对微网内重要负荷供电的持续性，对于该类控制策略的分析也只限于应用离线电磁暂态仿真软件(如PSCAD/EMTDC)进行仿真分析。基于下垂控制的无缝切换控制在逆变器运行模式切换时逆变器控制结构不需要改变，因此理论上能够实现无缝切换。该类无缝切换控制策略已在几个典型的微网实验室得到验证，其中主要有Wisconsin实验室微网、CEC/CERTS微网实验室及NTUA实验室微网。但下垂控制对系统线路参数、下垂曲线设定点及下垂率比较敏感，且下垂控制在逆变器独立运行情况下具有电压和频率偏差特性，即逆变器输出电压和频率将由负荷来决定，相对于并网运行时的系统电压和频率可能会出现偏差。

本发明考虑结合上述两种无缝切换控制策略的优点，即双向逆变器既采用传统且成熟的控制方式，且控制结构不用或只作出很小程度的改变，设计了适用于双向逆变器并网和独立双模式运行及可实现运行模式主动切换时的控制器。本发明提出的适用于蓄电池储能双向逆变器的控制器，可实现以蓄电池储能系统为主电源的微网并网运行及独立运行的主动双模式无缝切换。

发明内容

微网内主电源双向逆变器运行模式和控制方式切换前后逆变器出口电压幅值和相位的突变极易造成切换过程中出现过压或过流等问题，从而导致无缝切换失败。为保证双向逆变器运行模式切换时微网系统的平滑过渡，本发明提供了一种适用于双向逆变器并网和独立双模式运行及可实现运行模式无缝切换的控制方法。本发明的技术方案如下：

一种基于主从控制策略微网的主电源双模式运行控制方法，该方法基于同步旋转dq坐标系，取逆时针旋转为正方向，且q轴超前d轴90°，主电源控制器通道分为d轴通道和q轴通道，主电源控制器中加入电流dq轴分量解耦项以实现dq通道完全解耦控制；采用空间矢量脉宽调制方式控制逆变器开关器件的通断，该方法为：

1)当主电源双向逆变器工作于独立运行模式时，采用电压外环、电流内环双环控制结构，控制逆变器输出交流母线电压幅值和频率恒定，当主电源双向逆变器工作于并网运行模式时，则封锁电压环输出，只采用电流闭环，控制目标为输出功率跟踪给定指令；

2)当主电源双向逆变器从独立运行模式切换至并网运行模式时，主电源控制器接收到切换控制命令后，控制方式从电压电流双环控制切换至电流闭环控制：主电源控制器记忆切换前电压环输出结果，作为切换后电流环参考输入；记忆切换前电流环输出结果，作为切换后电流环输出结果的初始值；