[发明专利]一种微网和孤岛模式平滑切换控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微网和孤岛模式的切换，尤其涉及一种微网和孤岛模式平滑切换控制方法。

背景技术

微网通常接在用户侧，既可以与大电网联网运行，又可与大电网断开独立运行，具有较高的灵活性和可调度性。很多国家均将其纳入未来电网发展规划中，欧洲以及美国、日本等国家积极开展微网研究并且已经将微网的技术水平从理论层面过渡到应用层面，我国也开展了微网的研究和示范工程的建设，如微网技术体系研究、微网接入对大电网的影响研究等多项研究课题及2010 年在张北开工建设的风光互补微网系统综合示范项目和2011 年海南MW级风光柴氢储多能互补微网技术集成与示范项目等。

微网的控制是微网研究的重要内容。主要控制目标包括：1）调节微网内的馈线潮流，对有功和无功功率进行独立解耦控制；2）调节每个微型电源接口处的电压，保证电压的稳定性；3）孤岛运行时，确保每个微电源能快速响应，并分担用户负荷；4）根据故障情况或系统需要，平滑自主地与主网分离、并列，或实现二者的过渡转化运行。其中，微网并网运行和孤岛运行模式的平滑切换是控制的重点和难点。

发明内容

为了克服微网并网运行和孤岛运行模式平滑切换控制的难题，本发明提出一种微网和孤岛模式平滑切换控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明以风光储微网为研究对象，采用基于储能的新型综合控制策略，确保微网功率的平衡、电压和频率的稳定，保证微网并网/孤岛运行模式的平滑切换。微网与常规电网并联运行，向电网提供多余的电能或由电网补充自身发电量的不足，这就是并网运行。当检测到电网故障或电能质量不满足要求时，微网可与主网断开由DG 单独向微网内的负荷供电，这就是孤岛运行。平滑切换是指切换过程中保证微网的电压、频率在允许范围内波动。

微网和孤岛模式平滑切换控制方法包括DG控制、微网综合控制和储能系统的综合控制三个部分。

所述DG控制通过频率偏差和电压的计算，从而确定DG 需要增发的出力，采用PI控制器实现频率和电压的无差控制。

所述微网综合控制采用主从控制与对等控制相结合的综合控制策略，并在微网运行和孤岛运行模式下采用不同的策略。

所述储能系统的综合控制根据电压和频率变化情况，决定运用下垂控制或V/f控制。

本发明的有益效果是：本发明提出的综合控制策略能够保证运行模式切换前后，微网的功率平衡、电压和频率保持在允许范围内，可以实现微网运行模式的平滑切换。微网综合控制实现了负载功率变化的自动分配，同时也发挥了主从控制策略可以维持系统电压和频率稳定的优点，而且减少了对主控单元的依赖性，增加了系统运行的可靠性。储能综合控制减少储能装置控制方式切换的次数，降低了切换失败的可能性，从而提高了微网运行的可靠性。

附图说明

图1为微网综合控制图。

图2为平滑切换图。

图3为储能综合控制图。

具体实施方式

请参阅图1，为实现风能和太阳能的最大利用率，风力和光伏发电系统始终采用P-Q 控制策略，由储能装置调节出力维持微网稳定运行。在并网运行模式下，储能装置采用下垂控制。微网孤岛运行后，当电压偏差和频率偏差在允许范围内时，储能装置仍保持下垂控制，根据微网频率偏差和电压偏差调节出力；如果电压偏差或频率偏差超出允许范围，储能装置逆变器快速切换为V/f控制，以保持微网电压和频率稳定。

当控制器切换时，为了避免产生较大的暂态震荡，可以采用基于控制器状态跟随的平滑切换。图2中，将V/f 控制器状态与下垂控制器的输出设计为一个负反馈作为V/f 控制器的输入，使得切换前V/f 控制器随时跟随下垂控制器的输出，保证两控制器的输出状态时刻一致。同时合理控制逻辑开关K1—K4：采用下垂控制时，K1 和K4 闭合，K2 和K3 打开；控制策略切换时，K1 和K4 打开，K2 和K3 闭合。

图3中，储能系统采用下垂控制时，电压参考值U_ref和电压测量值U_m的差值经过比例环节，输出无功偏差△Q；频率参考值f_ref和频率测量值f_m的差值经过比例环节，输出有功偏差△P。当微网△U或△f超出运行范围，控制方式切换为V/f控制，电压参考值U_ref和电压测量值U_m的差值经过比例积分环节，输出无功偏差△Q；频率参考值f_ref和频率测量值f_m的差值经过比例积分环节，输出有功偏差△P。△P和△Q分别与有功和无功初值P₀、Q₀相加得到功率参考值P_ref和Q_ref；输入到功率外环控制器与有功和无功测量值P_m、Q_m进行比较，通过PI控制器得到dq坐标系下电流参考值i_dref、i_qref；输入到电流内环控制器与电流测量值i_d、i_q进行比较，并通过相应的PI调节器控制分别实现对i_d、i_q的无静差控制。电流内环PI调节器的输出信号经过dq-αβ变换后，即可通过正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation，SPWM)得到并网逆变器相应的开关驱动信号S_a、S_b、S_c，从而实现逆变器的并网控制。u_a、u_b、u_c为逆变器交流侧母线三相电压的瞬时值，i_a、i_b、i_c为逆变器交流侧母线电流的瞬时值。