一種對等控制下基于儲能變流器的主動微電網(wǎng)無縫切換方法
【專利摘要】一種對等控制下基于儲能變流器的主動微電網(wǎng)無縫切換方法，屬于分布式發(fā)電微電網(wǎng)【技術(shù)領(lǐng)域】。該方法通過協(xié)調(diào)控制層的模式控制器進行模式切換，并網(wǎng)時采用傳統(tǒng)P/Q電流源控制，離網(wǎng)時采用基于單電壓環(huán)的相電壓幅值/相角控制，實現(xiàn)了并離網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運行時，控制易整定，控制環(huán)節(jié)少，動態(tài)響應(yīng)快，克服了現(xiàn)有微電網(wǎng)進行模式切換依賴控制方式基本一致從而導(dǎo)致的對參數(shù)敏感、不能同時保持并網(wǎng)、離網(wǎng)控制穩(wěn)定性的問題。本發(fā)明實現(xiàn)了微電網(wǎng)運行狀態(tài)的平滑切換，切換過程中儲能變流器出力平滑、連續(xù)，對負載及其他分布式能源提供不間斷電源，控制策略具有良好的普適性。
【專利說明】-種對等控制下基于儲能變流器的主動微電網(wǎng)無縫切換方 法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)領(lǐng)域，涉及含分布式電源的微電網(wǎng)控制技術(shù)，具體為一種對 等控制下基于儲能變流器的主動微電網(wǎng)無縫切換方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在目前的微電網(wǎng)建設(shè)時，由于運行成本的需求，一般儲能變流器的配置功率不能 覆蓋微電網(wǎng)內(nèi)的所有負載功率及其他分布式能源的功率（如光伏、風(fēng)電等），在進行模式切 換時，需要根據(jù)儲能變流器額定功率、儲能元件的荷電狀態(tài)、負載的重要程度、分布式能源 的發(fā)電狀態(tài)等條件，有選擇切除微電網(wǎng)內(nèi)部分單元。即微電網(wǎng)在進行模式切換前需要網(wǎng)內(nèi) 負載和其他分布式能源進行調(diào)整，因此，一般以儲能變流器為主電源的微電網(wǎng)在進行模式 切換前需要對網(wǎng)內(nèi)運行狀態(tài)進行預(yù)控制，即主動的模式切換。本發(fā)明亦從微電網(wǎng)主動模式 切換出發(fā)，研究微電網(wǎng)模式平滑切換的方法和策略。
[0003] 為了實現(xiàn)微電網(wǎng)并離網(wǎng)模式的平滑切換，目前國內(nèi)外學(xué)者提出的微電網(wǎng)并離網(wǎng)狀 態(tài)切換控制方式一般有2種：
[0004] 1.)并離網(wǎng)時均采用電流閉環(huán)控制，如附圖1所示。
[0005] 優(yōu)點是，并網(wǎng)時采用P/Q控制，功率控制穩(wěn)定。且由于模式切換前后均采用相似的 電流閉環(huán)控制，在狀態(tài)切換時，將并網(wǎng)P/Q的計算輸出量作為V/f控制的初始值，可實現(xiàn)控 制器模式的平滑切換。
[0006] 缺點是，在離網(wǎng)運行時，由于存在電流內(nèi)環(huán)，調(diào)節(jié)參數(shù)較復(fù)雜，且負載發(fā)生變化時， 電流環(huán)的調(diào)節(jié)速度會影響調(diào)節(jié)效果。在狀態(tài)切換前后，雖然V/f控制和P/Q控制的控制過 程相似，但是控制參數(shù)不能通用，特別是離網(wǎng)時內(nèi)環(huán)電流參數(shù)U配置不合理擾動較大甚至 失穩(wěn)。即在狀態(tài)切換時，不但要進行控制器的切換，還要完成控制參數(shù)的切換。
[0007] 2.)并離網(wǎng)時均采用下垂控制，如附圖2所示。
[0008] 優(yōu)點是，為模式切換前后控制原理相似，僅在離網(wǎng)時去掉并網(wǎng)時的功率閉環(huán)即可。
[0009] 缺點是，并網(wǎng)功率控制時，儲能變流器間容易存在環(huán)流問題。由于線路阻抗、控制 參數(shù)等因素考慮不充分，并網(wǎng)帶功率外環(huán)的下垂容易在儲能變流器間存在功率環(huán)流問題， 特別是無功環(huán)流，且無功環(huán)流大小對電壓幅值下垂系數(shù)敏感。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的是提供一種對等控制下基于儲能變流器的主動微電網(wǎng)無縫切換方 法，它能方便地實現(xiàn)微電網(wǎng)并網(wǎng)運行和離網(wǎng)運行間的相互切換，切換時瞬間沖擊小。
[0011] 本發(fā)明具體通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)上述目的：
[0012] 一種對等控制下基于儲能變流器的主動微電網(wǎng)無縫切換方法如附圖3所示，包括 如下步驟：
[0013] (1)微電網(wǎng)與電網(wǎng)并網(wǎng)運行時，對微電網(wǎng)采用傳統(tǒng)的P/Q控制；
[0014] (2)接到微電網(wǎng)由并網(wǎng)運行轉(zhuǎn)離網(wǎng)運行的指令后先采用下垂控制，通過對下垂控 制起始值的計算，保持各儲能變流器的輸出功率和傳統(tǒng)的P/Q控制時相同，然后對微電網(wǎng) 內(nèi)的所有儲能變流器的下垂曲線的頻率初始值和電壓幅值初值％同時進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)所 有儲能變流器總輸出功率不變的前提下，儲能變流器總輸出功率按照容量在各變流器間分 配；
[0015] (3)微電網(wǎng)斷開并網(wǎng)開關(guān)，由并網(wǎng)狀態(tài)切換為離網(wǎng)狀態(tài)；
[0016] (4)在微電網(wǎng)離網(wǎng)運行時采用基于下垂的相電壓幅值/相角控制，對微電網(wǎng)的運 行頻率、電壓幅值進行調(diào)整；
[0017] (5)接到微電網(wǎng)由離網(wǎng)運行轉(zhuǎn)并網(wǎng)運行的指令后，微電網(wǎng)進行準(zhǔn)同期并網(wǎng)控制。對 微電網(wǎng)的運行頻率和電壓幅值采用有差調(diào)節(jié)，頻率期望根據(jù)需同步的電源頻率、同步時間、 最大允許頻率差、最大允許角度差計算得到，電壓幅值期望為需同步的電源電壓幅值。滿足 準(zhǔn)同期并網(wǎng)條件后，合上并網(wǎng)開關(guān)。
[0018] (6)將微電網(wǎng)在離網(wǎng)運行狀態(tài)下的基于下垂的相電壓幅值/相角控制轉(zhuǎn)并網(wǎng)P/Q 控制，對微電網(wǎng)內(nèi)各儲能變流器的功率采用逐步恢復(fù)到設(shè)定值的爬坡控制。
[0019] 本發(fā)明有益效果：
[0020] 本發(fā)明提供了對等模式下基于儲能變流器的主動微電網(wǎng)無縫切換方法，并網(wǎng)時采 用傳統(tǒng)的P/Q控制，離網(wǎng)時采用了基于下垂控制的單相電壓閉環(huán)控制，克服了現(xiàn)有儲能變 流器并離網(wǎng)運行模式互相轉(zhuǎn)換時，依賴控制方式基本一致從而導(dǎo)致的參數(shù)敏感、不能同時 保持并網(wǎng)、離網(wǎng)控制穩(wěn)定性的問題。實現(xiàn)了基于儲能變流器的主動微電網(wǎng)無縫切換，保證微 電網(wǎng)狀態(tài)切換時，對微電網(wǎng)內(nèi)負荷的不間斷供電。
[0021] 本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)在微電網(wǎng)從并網(wǎng)運行轉(zhuǎn)為孤島運行時，負載側(cè)供電連續(xù)，負載感 受不到微電網(wǎng)從主電網(wǎng)斷開造成的電壓波動，保證負載的供電連續(xù)，且通過調(diào)整下垂曲線 的頻率初值f〇、電壓初值％實現(xiàn)儲能變流器根據(jù)容量自動分配負載，克服了微電網(wǎng)和大電 網(wǎng)斷開后個別儲能變流器超載的問題。
[0022] 本發(fā)明能夠在準(zhǔn)同期并網(wǎng)時采用相電壓幅值無差，頻率有差的調(diào)節(jié)方式，簡化一 般先采用相電壓幅值無差、頻率無差調(diào)節(jié)，再對相角進行跟蹤補償?shù)臏?zhǔn)同期并網(wǎng)流程。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1是常規(guī)電流閉環(huán)控制示意圖；
[0024] 圖2是常規(guī)下垂控制示意圖；
[0025] 圖3是本發(fā)明的對等模式下基于儲能變流器的主動微電網(wǎng)無縫切換方法控制流 程圖；
[0026] 圖4是本發(fā)明的并網(wǎng)P/Q控制示意圖；
[0027] 圖5是本發(fā)明的并網(wǎng)下垂控制示意圖；
[0028] 圖6是本發(fā)明三相相電壓幅值/相角控制示意圖；
[0029] 圖7是本發(fā)明儲能變流器交流濾波回路功率流向示意圖；
[0030] 圖8是本發(fā)明儲能變流器交流濾波回路電壓幅值、功角示意圖；
[0031] 圖9是本發(fā)明并網(wǎng)P/Q轉(zhuǎn)下垂控制后的頻率下垂曲線示意圖；
[0032] 圖10是本發(fā)明儲能變流器出力分配調(diào)整后的頻率下垂曲線示意圖；
[0033] 圖11是本發(fā)明儲能變流器下垂時電壓幅值、頻率調(diào)整示意圖。

【具體實施方式】
[0034] 下面結(jié)合說明書附圖以及具體實施例對本申請的技術(shù)方案做進一步詳細介紹。
[0035] 如附圖3所示是本發(fā)明的對等模式下基于儲能變流器的主動微電網(wǎng)無縫切換方 法控制流程圖，本發(fā)明的對等模式下基于儲能變流器的主動微電網(wǎng)無縫切換方法包括以下 步驟：
[0036] 步驟1 :微電網(wǎng)與電網(wǎng)并網(wǎng)運行時，對微電網(wǎng)采用P/Q控制，如附圖4所示，
[0037] 本發(fā)明采用的并網(wǎng)控制方法為傳統(tǒng)的P/Q控制，具有控制效果穩(wěn)定，控制方法簡 單的優(yōu)點。
[0038] 步驟2 :接到微電網(wǎng)由并網(wǎng)運行轉(zhuǎn)離網(wǎng)運行的指令后先采用下垂控制，如附圖5所 示，通過對下垂控制起始值的計算，保持各儲能變流器的輸出功率和傳統(tǒng)的P/Q控制時相 同，然后對微電網(wǎng)內(nèi)的所有儲能變流器的下垂曲線的頻率初始值f〇和電壓幅值初值％同時 進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)所有儲能變流器總輸出功率不變的前提下，儲能變流器總輸出功率按照容 量在各變流器間分配。
[0039] 本發(fā)明中微電網(wǎng)離網(wǎng)控制采用基于下垂控制的相電壓幅值/相角控制。相電壓幅 值/相角控制僅對各相的電壓進行閉環(huán)控制，控制方法簡單，不涉及電流內(nèi)環(huán)的控制，簡化 控制流程，響應(yīng)速度快，如附圖6所示。
[0040] 但是由于并網(wǎng)P/Q控制和基于下垂的相電壓幅值/相角在控制上不再具有相似的 結(jié)構(gòu)，因此如何保持狀態(tài)切換時的功率輸出連續(xù)，是著重解決的問題。
[0041] 首先對下垂公式1進行分析：
[0042]

【權(quán)利要求】
1. 一種對等控制下基于儲能變流器的主動微電網(wǎng)無縫切換方法，其特征在于：微電網(wǎng) 并網(wǎng)時采用傳統(tǒng)P/Q電流源控制，微電網(wǎng)離網(wǎng)時采用基于單電壓環(huán)的相電壓幅值/相角控 制，實現(xiàn)了并離網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運行。
2. -種對等控制下基于儲能變流器的主動微電網(wǎng)無縫切換方法，其特征在于，包括如 下步驟： (1) 微電網(wǎng)與電網(wǎng)并網(wǎng)運行時，對微電網(wǎng)采用傳統(tǒng)的P/Q控制； (2) 接到微電網(wǎng)由并網(wǎng)運行轉(zhuǎn)離網(wǎng)運行的指令后先采用下垂控制，通過對下垂控制起 始值的計算，保持各儲能變流器的輸出功率和傳統(tǒng)的P/Q控制時相同，然后對微電網(wǎng)內(nèi)的 所有儲能變流器的下垂曲線的頻率初始值f〇和電壓幅值初值％同時進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)所有儲 能變流器總輸出功率不變的前提下，儲能變流器總輸出功率按照容量在各變流器間分配； (3) 微電網(wǎng)斷開并網(wǎng)開關(guān)，由并網(wǎng)狀態(tài)切換為離網(wǎng)狀態(tài)； (4) 在微電網(wǎng)離網(wǎng)運行時采用基于下垂的相電壓幅值/相角控制，對微電網(wǎng)的運行頻 率、電壓幅值進行調(diào)整； (5) 接到微電網(wǎng)由離網(wǎng)運行轉(zhuǎn)并網(wǎng)運行的指令后，微電網(wǎng)進行準(zhǔn)同期并網(wǎng)控制；對微 電網(wǎng)的運行頻率和電壓幅值采用有差調(diào)節(jié)，頻率期望根據(jù)需同步的電源頻率、同步時間、最 大允許頻率差、最大允許角度差計算得到，電壓幅值期望為需同步的電源電壓幅值，滿足準(zhǔn) 同期并網(wǎng)條件后，合上并網(wǎng)開關(guān)； (6) 將微電網(wǎng)在離網(wǎng)運行狀態(tài)下的基于下垂的相電壓幅值/相角控制轉(zhuǎn)并網(wǎng)P/Q控制， 對微電網(wǎng)內(nèi)各儲能變流器的功率采用逐步恢復(fù)到設(shè)定值的爬坡控制。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的主動微電網(wǎng)無縫切換方法，其特征在于： 在步驟（4)中，如果微電網(wǎng)內(nèi)只有1臺儲能變流器，將下垂控制退化為相電壓幅值/相 角控制，即以設(shè)定的頻率和設(shè)定的電壓幅值進行離網(wǎng)控制； 如果微電網(wǎng)內(nèi)有多臺作為主電源的儲能變流器，在步驟（2)所述的下垂控制的基礎(chǔ)上 對微電網(wǎng)的相電壓和頻率進行PI閉環(huán)控制，將微電網(wǎng)實際采樣的相電壓和相電壓期望差 值輸入PI控制器，輸出結(jié)果累加到步驟（2)所述的微電網(wǎng)頻率下垂曲線的頻率初值&和 電壓下垂曲線的電壓初值％上，從而實現(xiàn)頻率下垂曲線和電壓下垂曲線的平移。
【文檔編號】H02J3/32GK104242330SQ201410538681
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年10月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月13日
【發(fā)明者】趙璐璐, 張效宇, 韓建, 陳建衛(wèi), 劉智全, 王立超, 操豐梅, 劉樹 申請人:北京四方繼保自動化股份有限公司