本實(shí)用新型屬于微電網(wǎng)并網(wǎng)及運(yùn)行控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于背靠背變流器的微網(wǎng)并網(wǎng)控制裝置。

背景技術(shù)：

微電網(wǎng)已逐漸作為傳統(tǒng)集中式電網(wǎng)的替代品，其將在智能電網(wǎng)中發(fā)揮重要作用。為了更好及大規(guī)模地運(yùn)用和發(fā)展微電網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行成為微網(wǎng)發(fā)電的研究重點(diǎn)。由于微電網(wǎng)包括大量的各種分布式電源，如：風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能光伏發(fā)電等，這些分布式電源的功率輸出一般都具有隨機(jī)性和間歇性。將使得微電網(wǎng)的電能質(zhì)量水平較低，若不采取措施改善接入電網(wǎng)，會(huì)惡化主電網(wǎng)的電能質(zhì)量水平。目前微網(wǎng)基本采用傳統(tǒng)的靜態(tài)開(kāi)關(guān)來(lái)控制微網(wǎng)的并網(wǎng)運(yùn)行，這種方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、但是可靠性差、靈活性不足，無(wú)法滿(mǎn)足要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種基于背靠背變流器的微網(wǎng)并網(wǎng)控制裝置，該裝置利用背靠背變流器的工作特性，結(jié)合兩種控制方法，實(shí)現(xiàn)大電網(wǎng)與微電網(wǎng)的快速并網(wǎng)。

本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案為；

一種基于背靠背變流器的微網(wǎng)并網(wǎng)控制裝置，包括背靠背變流器、直流母線(xiàn)電容器C0、LCL濾波器。所述背靠背變流器包括：位于大電網(wǎng)側(cè)的有源整流器VSC1、位于微電網(wǎng)側(cè)的逆變器VSC2；所述背靠背變流器連接直流母線(xiàn)電容器C0。有源整流器VSC1與逆變器VSC2通過(guò)直流母線(xiàn)連接。大電網(wǎng)通過(guò)第一LCL濾波器連接背靠背變流器，背靠背變流器通過(guò)第二LCL濾波器連接微電網(wǎng)。所述背靠背變流器連接V/F控制回路，PQ控制回路、或者直流母線(xiàn)電壓控制回路。

所述逆變器VSC2為模塊化交流微電網(wǎng)對(duì)外接口，其交流側(cè)經(jīng)第二LCL濾波器與微電網(wǎng)連接。

所述有源整流器VSC1通過(guò)第一LCL濾波器串聯(lián)連接在大電網(wǎng)側(cè)。

所述逆變器VSC2通過(guò)第二LCL濾波器串聯(lián)連接在微電網(wǎng)側(cè)。

所述大電網(wǎng)為400V以上高電壓等級(jí)電網(wǎng)。

所述微電網(wǎng)包括線(xiàn)性負(fù)載和非線(xiàn)性負(fù)載。

所述微電網(wǎng)與大電網(wǎng)的線(xiàn)間電壓為380V。

所述直流母線(xiàn)電壓為750V。

本實(shí)用新型一種基于背靠背變流器的微網(wǎng)并網(wǎng)控制裝置，有益效果如下：

1：可以連接2個(gè)不同頻率、幅值和相位的交流電網(wǎng)。

2：變流器交流側(cè)諧波次數(shù)高、諧波含量小、容易濾除。

3：有功功率交換可控，且可以兼作交流系統(tǒng)的無(wú)功電源。

4：有源整流器直流側(cè)輸出電壓波動(dòng)小，對(duì)直流濾波器要求低。

5：工作模式多樣化；可以附加交流電網(wǎng)電能質(zhì)量控制功能。

6：該背靠背變流器設(shè)計(jì)施工方便靈活、工期短、對(duì)環(huán)境污染小，尤其適合在以下領(lǐng)域應(yīng)用，如連接分散式的電源、交流電網(wǎng)的非同步互聯(lián)、偏遠(yuǎn)負(fù)荷供電、海上鉆井平臺(tái)或孤島供電等。

7：這種背靠背變流器方式的并網(wǎng)開(kāi)關(guān)可以解決常規(guī)開(kāi)關(guān)并網(wǎng)造成的不良影響。

8：由于基于V/F控制和PQ控制的背靠背變流器可以同時(shí)且相互獨(dú)立地控制有功和無(wú)功功率，當(dāng)微網(wǎng)采用該方式并網(wǎng)時(shí)，就可以靈活地控制有功功率的流動(dòng)方向與大小，從而增強(qiáng)電源的有功調(diào)節(jié)能力，減小微網(wǎng)系統(tǒng)的頻率波動(dòng)。

9：隔離性強(qiáng)，微網(wǎng)并網(wǎng)時(shí)無(wú)需考慮同頻、同壓、同相，可以實(shí)現(xiàn)快速并網(wǎng)，并網(wǎng)后微網(wǎng)的電壓、頻率也可以與電網(wǎng)不同，可以使得微網(wǎng)更加靈活運(yùn)行。同時(shí)當(dāng)背靠背變流器裝置兩端的任何一方發(fā)生故障，都不會(huì)對(duì)另一端造成太大的影響，增強(qiáng)各自運(yùn)行的獨(dú)立性。

10：模塊化結(jié)構(gòu)及背靠背方式使變流器對(duì)場(chǎng)地及環(huán)境的要求大為降低，具有成本低、占地面積小、噪聲污染少等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為背靠背變流器電源電路的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為在PQ控制模式和V/F控制模式下的背靠背變流器裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為變流器的V/F控制回路。

圖4為變流器的PQ控制回路。

圖5為直流母線(xiàn)電壓控制回路。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種基于背靠背變流器的微網(wǎng)并網(wǎng)控制裝置，包括背靠背變流器、直流母線(xiàn)電容器C0、LCL濾波器。

所述背靠背變流器包括：位于大電網(wǎng)側(cè)的有源整流器VSC1、位于微電網(wǎng)側(cè)的逆變器VSC2；所述背靠背變流器連接直流母線(xiàn)電容器C0。有源整流器VSC1與逆變器VSC2通過(guò)直流母線(xiàn)連接。大電網(wǎng)通過(guò)第一LCL濾波器連接背靠背變流器，背靠背變流器通過(guò)第二LCL濾波器連接微電網(wǎng)。所述背靠背變流器連接V/F控制回路，PQ控制回路、或者直流母線(xiàn)電壓控制回路。

背靠背變流器與兩側(cè)的第一LCL濾波器、第二LCL濾波器共同作用，以濾除輸出電流諧波。與兩側(cè)交流系統(tǒng)連接時(shí)，中間通過(guò)直流母線(xiàn)電容器C0以交-直-交的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方式聯(lián)接而成，通過(guò)對(duì)兩端有源整流器VSC1和逆變器VSC2運(yùn)行狀態(tài)的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)。

直流母線(xiàn)電容器C0為變流器提供電壓支撐，并減少直流側(cè)諧波。

所述逆變器VSC2為模塊化交流微電網(wǎng)對(duì)外接口，其交流側(cè)經(jīng)第二LCL濾波器與微電網(wǎng)連接。

所述有源整流器VSC1通過(guò)第一LCL濾波器串聯(lián)連接在大電網(wǎng)側(cè)。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示由6個(gè)全控器件(IGBT/IGCT)組成，并結(jié)合PWM控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)調(diào)節(jié)變量的靈活控制，將能量由交流側(cè)輸向直流側(cè)。

所述逆變器VSC2通過(guò)第二LCL濾波器串聯(lián)連接在微電網(wǎng)側(cè)。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與上述有源整流器VSC1相同，將能量由直流側(cè)輸向交流側(cè)。

所述大電網(wǎng)為400V以上高電壓等級(jí)電網(wǎng)。

所述微電網(wǎng)包括線(xiàn)性負(fù)載和非線(xiàn)性負(fù)載。

所述微電網(wǎng)與大電網(wǎng)的線(xiàn)間電壓為380V，所述直流母線(xiàn)電壓為750V。

圖2為在PQ控制和V/F控制下的背靠背變流器裝置：有源整流器VSC1為模塊化交流微電網(wǎng)對(duì)外接口，其交流側(cè)經(jīng)LCL濾波器與大電網(wǎng)連接。當(dāng)模塊化為電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，有源整流器VSC1控制維持直流母線(xiàn)電壓的穩(wěn)定，保障線(xiàn)性、非線(xiàn)性交流微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)控制模塊化微電網(wǎng)參與大電網(wǎng)運(yùn)行控制。有源整流器VSC1運(yùn)行于PQ控制模式，逆變器VSC2運(yùn)行于V/F控制模式，交流側(cè)輸出幅值、頻率穩(wěn)定的三相交流電壓，保障交流微電網(wǎng)始終并網(wǎng)運(yùn)行。有源整流器VSC1與逆變器VSC2通過(guò)直流母線(xiàn)連接。

有源整流器VSC1的控制回路在兩種操作模式中是唯一的，電流控制器能分別確定電流參考的幅度和相位，以控制DC鏈路間電壓且不從該電網(wǎng)中汲取任何無(wú)功功率。

逆變器VSC2采用不同的控制回路，PQ控制模式中，可以控制變流器的有功、無(wú)功分量，V/F控制模式能控制微電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓。

下面分別從三個(gè)控制回路來(lái)探討基于背靠背變流器的微網(wǎng)并網(wǎng)控制裝置。分別是V/F控制回路，PQ控制回路和直流母線(xiàn)電壓控制回路。

一：在V/F控制回路中，電網(wǎng)的幅度和頻率由負(fù)載電流控制。在該控制回路中，測(cè)量濾波器的電容器的電壓與參考電壓進(jìn)行比較，將輸出提供給控制器。并引入內(nèi)部電流回路不僅用于消除阻尼濾波器引入的LC諧振，而且用于提高整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為此，輸出濾波器的電容器電流被反饋到內(nèi)部電流控制回路中，以便提供主動(dòng)阻尼和增強(qiáng)抗擾度。內(nèi)部控制器以增益KC為主要指標(biāo)，它的選取要考慮外部環(huán)路的影響。

該系統(tǒng)的模型如圖3所示。負(fù)載的模型分為兩個(gè)部分，線(xiàn)性部分和非線(xiàn)性部分。線(xiàn)性部分負(fù)載的模型作為輸出電壓的函數(shù)，而非線(xiàn)性部分作為模型中的擾動(dòng)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，KC的值要設(shè)置的很小，用于衰減諧振頻率。因?yàn)镵C的值較大，會(huì)導(dǎo)致在較低頻率處產(chǎn)生較高增益，可以放大低頻噪聲。另外，KC的值較大，在工作頻率下產(chǎn)生較大相位后，這可能對(duì)參考跟蹤和干擾抑制有消極作用。

除了工作頻率下的諧振控制器，必須增加諧波諧振控制器，以抑制式中給出的負(fù)載諧波電流。

每個(gè)頻率的積分項(xiàng)根據(jù)其期望的幅度來(lái)確定。假設(shè)ωC等于1.5rad/s，則將積分項(xiàng)調(diào)諧為具有期望的帶寬，并且在工作頻率及其諧波處提供最大可能的幅度。這里的帶寬設(shè)置為5500rad/s。

二：在PQ控制回路中，微電網(wǎng)有電壓源，電流的參考值根據(jù)期望的有功和無(wú)功功率以及負(fù)載電壓來(lái)確定。內(nèi)部電流回路與V/F控制回路相同，并且逆變器必須注入特定量的有功和無(wú)功功率，以確定參考電流的幅度和相位。在該模式中外部和內(nèi)部控制器的設(shè)計(jì)過(guò)程與V/F控制回路描述的過(guò)程相同。根據(jù)期望的帶寬和在工作頻率處的跟蹤來(lái)指定積分項(xiàng)和截止頻率。

在PQ控制模式下，無(wú)需添加諧波諧振控制器。在對(duì)于ωC的先前假設(shè)中，積分項(xiàng)的值調(diào)諧在100以達(dá)到2840rad/s的帶寬，其值與諧振頻率相比足夠小。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)帶寬，KP的值必須增加，使得阻尼比將足夠減小。為此，添加相位超前補(bǔ)償器以增加交叉頻率處的相位。

三：在直流母線(xiàn)電壓控制回路中，為了將背靠背變流器中的DC鏈路間的電壓保持在恒定值，流入DC鏈路的有功功率必須等于負(fù)載吸收的有功功率。為此，需測(cè)量電容器的電壓并將其與參考電壓進(jìn)行比較，所得差值經(jīng)過(guò)PI控制器會(huì)使電網(wǎng)側(cè)變流器產(chǎn)生電流參考幅值。需要強(qiáng)調(diào)的是，該電流參考量必須與大電網(wǎng)電壓同相，以便不從大電網(wǎng)吸取任何無(wú)功功率。

其中，T1是電網(wǎng)側(cè)變流器的電流控制回路的時(shí)間常數(shù)，其等于：

R0和K分別是穩(wěn)態(tài)等效電阻和從電流幅度到有功功率的傳遞函數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)：