[发明专利]一种MMC半桥串联结构微电网系统并离网切换控制方法

说明书

一种MMC半桥串联结构微电网系统并离网切换控制方法，目的是为了降低系统并离网切换时产生的输出电压偏移、并网电流直流偏差量和电流冲击。首先，介绍了系统的拓扑结构；然后，为降低系统孤岛运行时输出电压的偏移量和并网运行时电流中所含的直流分量，在电压、电流双闭环控制中加入电压谐波补偿；最后，将虚拟同步发电机控制与预同步控制相结合，以缓解系统孤岛转并网时的电流冲击和频率波动。

技术领域

本发明涉及微电网控制技术领域，尤其是涉及一种MMC半桥串联结构微电网(Modular Multilevel Converter Microgrid,MMC-MG)系统并离网切换控制方法。

背景技术

由于环境污染问题日益严重，以光伏、风力和储能组成的微电网逐渐受到国内外学者的关注，其中交流微电网是主要的研究对象。传统微电网中微源通过桥式逆变器进行并网，不同微源逆变器之间并联，且每个逆变环节输出的电压幅值、相位、频率均不同，从而使系统内产生环流，降低系统电能质量。专利《一种微源半桥变流器串联型微电网系统》提出一种新型微电网拓扑结构。该专利将光伏微源、风力微源经过变换器后与储能系统(Energy Storage System,ESS)并联，然后接入MMC半桥子模块的电容两端，构建了一种模块化多电平串联结构微电网(Modular Multilevel Converter Microgrid,MMC-MG)。该微电网具有输出电压正弦度高、频率稳定性好、输出功率等级易扩展等优点。

微电网具有孤岛和并网两种运行模式，当系统进行模式切换时，易发生大范围电压、频率波动现象，从而影响系统稳定运行。现有的微电网并离网切换方法有基于状态同步跟随控制的平滑切换控制；在双闭环控制中加入单位增益控制，通过控制模式转换前后电压环和电流环具有相同增益来减少主从结构微电网模式切换时的扰动和暂态影响；将虚拟电流、虚拟功率控制与虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)相结合，使公共耦合点(Point of Common Coupling,PCC)两端电压幅值、相位、频率同步；在传统下垂控制中引入积分环节和相位前馈补偿环节，有效减小模式切换过程中的电流冲击。

本系统中含有风、光两种随机性微源，微源出力不稳定，导致发电模块(Generation Module,GM)直流链电压存在偏差量，这些偏差相互叠加会导致系统输出电压包含直流偏差量和基频偏差量。系统孤岛运行时，这些偏差量会使逆变环节的输出电压产生偏移；当系统由孤岛转为并网运行时，直流偏差量入网会降低并网电流质量，此时直接采用传统微电网并离网切换方法是不可行的。因此，研究一种适用于MMC-MG系统并离网切换控制方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是降低随机性微源波动造成的系统逆变环节输出电压偏移和并网电流直流偏差量，使系统在并离网切换时冲击电流和频率波动有效减小。

本发明是一种MMC半桥串联结构微电网系统并离网切换控制方法，其步骤为：

步骤(1)计算GM直流链电压波动时，MMC-MG系统逆变环节输出线电压；

在载波移相调制下系统输出线电压U_ab：

式中：u_dc为GM直流链电压；M为调制比；ω₀为调制波角频率；N为投入GM个数；Δu_pa为系统A相上桥臂GM直流链电压偏差量；Δu_pb为系统B相上桥臂GM直流链电压偏差量；Δu_na为系统A相下桥臂GM直流链电压偏差量；Δu_nb为系统B相下桥臂GM直流链电压偏差量；U_ab为A相和B相之间的线电压；