[发明专利]一种并离网双模式合并的微电网平滑切换控制的方法

摘要

本发明公开了一种并离网双模式合并的微电网平滑切换控制的方法，其特征在于，包括如下步骤：1）确定微电网主控单元逆变器采用的控制方式；2）分别运行PQ控制与V/f控制；3）合并并离网双模式控制策略；4）调制输出信号波形。这种方法能避免传统主从控制模式微电网在并离网切换过程中的出现的暂态电气量突变问题，有效缓解并离网切换暂态过程中对微电源、负荷、电气元件的干扰和冲击，保证系统稳定运行以及母线电压和频率的稳定，实现并离网的平滑切换，提高微电网内负载的供电可靠性，也可以减小对外部电网的影响。

主权项

1.一种并离网双模式合并的微电网平滑切换控制的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)确定微电网主控单元逆变器采用的控制方式：由微电网能量管理器采集到的主电网运行信息决定微电网操作模式，从而对微电网主控单元逆变器采用的控制方式进行控制：在电力系统计算机辅助设计系统中即PSCAD中搭建微电网仿真模型，微电网仿真模型遵循主从模式结构，该仿真模型中，所有分布式电源和负荷都连接在交流母线上，由交流母线连接至大电网，通过控制大电网与交流母线之间开关实现对微电网并离网状态的控制，开关合上时，微电网并网运行；开关断开时，微电网离网运行；并网运行情况下，微电网内所有的分布式单元都采用PQ控制，由微电网和大电网共同为负荷供电；当大电网发生故障时，微电网需要转为孤岛运行模式，微电网内的一个储能单元作为主控单元，采用V/f控制，为主要负荷供电，提供电压和频率的参考和支撑，其余分布式单元为从控制单元，仍然采用PQ控制；该仿真模型中设有永磁直驱风力发电机组和光伏阵列的两个从控制单元的分布式微电源，不论微电网并网运行还是孤岛运行，这两个从控制单元均采用PQ控制模式，蓄电池为主控微源，微电网并网运行时，采用PQ控制模式，微电网孤岛运行时，其采用V/f控制模式，微电网的交流母线通过公共连接点的断路器和变压器与大电网实现联网，负载在并网运行情况下，由微电网和大电网共同为其供电，在孤岛运行情况下，由微电网为其供电；2)分别运行PQ控制与V/f控制：微电网并网运行时，主控单元逆变器采用PQ控制模式，PQ控制器主要由功率外环控制部分和电流内环控制部分组成，功率外环控制部分的输出值是电流内环控制部分的输入值，在这种控制方式下，可使微电源按照系统的要求发出相应值的有功功率和无功功率，PQ控制器中电流内环的参考值由功率参考或设定的常数给出，使用功率外环控制的控制方程为：式中，i_dref和i_qref分别表示在dq参考坐标系下，电流内环参考设定值i_ref的d轴分量和q轴分量；p_ref和Q_ref为系统设定的参考值，p和Q为逆变器输出的有功功率和无功功率的实际值，是根据计算得到的测量值，K_p1表示功率比例积分控制器中比例项系数，K_i1表示功率比例积分控制器中积分项系数，1/s表示积分作用，dq参考坐标系是指将abc交流坐标系经过派克变换得到的直流旋转坐标系；有功功率和无功功率的实际值计算方法如下式：式中，i_d、i_q和V_d、V_q是通过三相瞬时电流i_abc与三相瞬时电压u_abc进行坐标变换后得到在dq旋转坐标系中的dq轴分量；将电流内环PI控制器的输出值通过电压前馈补偿和交叉耦合补偿，得到电压控制信号V_sd和V_sq,最终形成的电流内环控制方程为：式中，K_p3表示电流比例积分控制器中比例项系数，K_i3表示电流比例积分控制器中积分项系数，1/s表示积分作用；i_d和i_q分别表示在dq参考坐标系下，主逆变器输出电压的d轴分量和q轴分量；L_d和L_q表示逆变器终端所连接的LC滤波器中电感数值，ω_r为其系数；微电网孤岛运行时，其内部主控单元逆变器采用V/f控制模式，V/f控制器结构主要由电压外环控制部分和电流内环控制部分组成，电压外环控制部分的输出值是电流内环控制部分的输入值，此时蓄电池作为主控单元需要调节和支撑整个微电网系统的电压和频率，该主控微电源等效于传统电网系统平衡节点，内环控制的电流参考值是由电压外环决定的，将电压外环控制器的输出值通过交叉耦合补偿，得到内环控制的电流参考值，电压外环控制的控制方程为：式中，K_p2表示电压比例积分控制器中比例项系数，K_i2表示电压比例积分控制器中积分项系数，1/s表示积分作用；V_d和V_q分别表示在dq参考坐标系下，主逆变器输出电压的d轴分量和q轴分量；C_d和C_q表示逆变器终端所连接的LC滤波器中电容数值，ω_d和ω_q为其系数，其中，V_dref和V_qref分别表示在dq参考坐标系下，电压外环参考设定值V_ref的d轴分量和q轴分量,由V_ref和参考频率f_ref决定，ω_ref和锁相环中角频率ω的差值进行积分得到相角θ，电压参考值计算方法如下式：电压外环控制器的输出值需要通过交叉耦合补偿，消除误差，得到内环控制的电流参考值；3)合并并离网双模式控制策略：当主控制单元的逆变器从PQ控制模式切换到V/f控制模式之后的瞬间，电流内环PI控制器的输出值需要从零状态逐步调节至稳态，在这个调节过程中，电流内环PI控制器的暂态输出值易发生突变，为避免此类现象发生，将PQ控制器与V/f控制器合并在一起共用电流内环控制部分，形成双模式合并控制器模型，主要由功率外环控制部分、电压外环控制部分和电流内环控制部分组成，主控单元逆变器处于PQ控制时的功率外环控制部分的输出值以及V/f控制的电压外环控制部分的输出值均作为同一个电流内环控制部分的输入值，逆变器在两种运行模式进行切换时，只表现为功率外环和电压外环发生了切换，电流内环没有发生改变，将主控单元逆变器PQ控制与V/f控制的电流内环控制部分合并，通过这一控制结构可以缩短切换时间，避免相关调制信号的突变；4)调制输出信号波形：电流内环控制器得到的V_sd和V_sq经过abc/dq0坐标反变换得到三相电压调制波信号，经过SVPWM即空间矢量脉宽调制，传送到逆变器中IGBT的控制端，完成了整个控制器的控制流程。