[发明专利]一种储能变流器被动脱网的全无缝切换控制方法

说明书

本发明公开了一种储能变流器被动脱网的全无缝切换控制方法，属于储能系统研究技术领域，包括对储能变流器进行控制的附加电流环、电压环和电感电流环，在并网运行时由电感电流内环和附加电流外环调节，实现对输出电流的控制；而孤岛运行时附加电流环退出，由电压外环与电感电流内环调节，实现对输出电压的控制；在孤岛检测期间电压环中控制器输出和附加电流环中控制器输出互相配合，使电感电流环稳定输出，维持逆变器输出额定电压，为负载提供电压支撑。本发明通过调整控制器结构，使整个过程具有连续性，保证储能变流器在发生被动脱网时能无缝切换到孤岛模式。

技术领域

本发明涉及储能系统研究技术领域，尤其是一种储能变流器被动脱网的全无缝切换控制方法，用于对储能变流器在被动脱网情况下进行无缝切换控制。

背景技术

随着社会和经济的快速持续发展，对能源的需求越来越大，由于风能、太阳能等新能源具有清洁、可再生等优点，以其为代表的风力发电、光伏发电等新能源发电项目成为研究重点。但风能、太阳能等具有明显随机性、间歇性的特点，大规模并网运行会对电网的稳定运行和负荷调配带来问题，甚至对局部电网产生冲击而造成重大事故。

储能系统因其具有抑制功率波动、削峰填谷等作用，所以能够改善电网的稳定状况；而储能变流器作为整个储能系统的核心，能够实现直流侧与交流电网之间的能量双向传递，并且可以通过控制策略实现对网侧功率的控制及并网与孤岛模式之间的平滑切换等。

电网发生故障时储能变流器发生被动脱网，经过孤岛检测之后从并网运行切换至孤岛运行，过程中传统的逆变器需要在电压控制与电流控制之间切换，因此会产生严重的瞬态冲击和震荡，对系统内的重要负载造成严重损害。因此，无缝切换(seamlesstransition)的概念在2002年首次被Rohit Tirumala等学者提出，并且基于LC滤波的单相并网逆变器提出了并网运行和脱网独立运行的平滑切换方案，这对于保证敏感和关键负载的供电可靠性，以及不间断交流电源的连续稳定性至关重要。

关于无缝切换的研究大体分为两种：一种是根据自身特定情况的，主动与电网断开连接的主动脱网，另一种是因电网故障造成的强迫性脱网，也称被动脱网。近年来，对无缝切换的研究在不断深入，但大多研究的是不需要孤岛检测的主动脱网，而对于被动脱网无缝切换的研究很少，因此研究储能变流器被动脱网的无缝切换控制策略具有重要意义。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种储能变流器被动脱网的全无缝切换控制方法，是通过改变控制器结构，以实现储能变流器在发生被动脱网时能够平滑、无缝的切换到孤岛运行模式，而不产生因孤岛检测期间电压不可控所导致的冲击，实现用户负载的稳定、不间断供电。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种储能变流器被动脱网的全无缝切换控制方法，采用附加电流环、电压环和电感电流环相结合的三环结构的控制器对储能变流器进行控制；在并网运行时由电感电流内环和附加电流外环调节，实现对输出电流的控制；而孤岛运行时附加电流环退出，由电压外环与电感电流内环调节，实现对输出电压的控制；在孤岛检测期间电压环中控制器输出和附加电流环中控制器输出互相配合，使电感电流环稳定输出，维持逆变器输出额定电压，为负载提供电压支撑；保证储能变流器在发生被动脱网时能无缝切换到孤岛模式。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述储能变流器包括依次连接的储能电源V_dc，中性点箝位型三电平逆变器，LC滤波器、负载R_Load、并/脱网开关S_u、交流侧电网保护开关STS、电网；储能变流器有三种运行状态：孤岛运行模式，并网运行模式，并网运行模式转孤岛运行模式的情况下，通过控制开关S₁与S₂来选择控制方法；当并脱网开关S_u与交流侧电网保护开关STS断开时，工作于孤岛运行模式，储能变流器向负载提供电能；当并脱网开关S_u与交流侧电网保护开关STS闭合时，工作于并网运行模式，储能变流器与电网连接；具体控制以d轴为例说明如下：