本發(fā)明屬于混合微電網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及帶多直流子網(wǎng)的混合微網(wǎng)系統(tǒng)，還涉及該種混合微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法。

背景技術(shù)：

微電網(wǎng)是由分布式發(fā)電單元、本地負(fù)荷以及儲能系統(tǒng)按照一定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)集合在一起以便更好地利用它們優(yōu)點(diǎn)而形成的小型電力網(wǎng)絡(luò)，這種電力網(wǎng)絡(luò)具備獨(dú)立的管理、保護(hù)、控制能力，是以新能源發(fā)電技術(shù)為支柱、低慣性電力電子裝置為主導(dǎo)的自治電力系統(tǒng)。它們既可以連接到大電網(wǎng)上，也可以“孤島”運(yùn)行。目前微電網(wǎng)主要以交流形式存在，但隨著研究人員對直流微電網(wǎng)的穩(wěn)定性、實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性以及海風(fēng)發(fā)電的研究，發(fā)現(xiàn)建立直流微電網(wǎng)存在巨大的商業(yè)和實(shí)用價(jià)值。然而由于交流微電網(wǎng)發(fā)展時(shí)間較長，其地位并不能被直流微電網(wǎng)代替，因此就出現(xiàn)了交流微電網(wǎng)與直流微電網(wǎng)共存的局面。交直流混合微電網(wǎng)綜合了交流微電網(wǎng)與直流微電網(wǎng)的優(yōu)勢，其構(gòu)架可以減少變頻裝置、降低成本、減少能量損失，還可以簡化分布式電源并入微電網(wǎng)時(shí)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、減少電力電子器件、簡化整個(gè)微電網(wǎng)的控制。交直流混合微電網(wǎng)主要由分布式交直流發(fā)電單元、儲能裝置、互聯(lián)功率變換器和交直流負(fù)荷組成?；ヂ?lián)功率變換器作為交直流混合微電網(wǎng)的重要組成部分，其控制技術(shù)與常規(guī)的整流/逆變器相似，主要區(qū)別在于其加入了能量的雙向控制策略，實(shí)現(xiàn)交直流母線間功率的雙向傳輸。交直流混合微電網(wǎng)綜合了交流微電網(wǎng)和直流微電網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)，并且被認(rèn)為是管理廣泛的可再生能源(res)和分布式發(fā)電(dg)的最理想的微電網(wǎng)形式。它可以為常規(guī)交流負(fù)載供電，并在公共耦合點(diǎn)(pcc)通過斷路器連接到大電網(wǎng)；它還可以將直流源或儲能連接到不斷增加的直流負(fù)載上，而不需要額外的電路來執(zhí)行ac或dc轉(zhuǎn)換。這些特性使混合微電網(wǎng)在其直流或交流子網(wǎng)運(yùn)行時(shí)效率更高，靈活性更好?；旌衔㈦娋W(wǎng)因?yàn)橄到y(tǒng)復(fù)雜性的增加，對控制器的要求也很高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種含多個(gè)直流子網(wǎng)的交直流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)及其控制方法，并設(shè)計(jì)故障補(bǔ)償裝置，保證重要負(fù)荷能夠不斷電運(yùn)行。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

一種帶多直流子網(wǎng)的混合微電網(wǎng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括3個(gè)直流子網(wǎng)、1個(gè)交流微電網(wǎng)、3個(gè)互聯(lián)功率變換器、負(fù)載、監(jiān)控單元和故障補(bǔ)償裝置；所述直流子網(wǎng)分別由光伏dg、儲能dg和汽車動力電池dg供能；所述交流微電網(wǎng)由交流微源供能；所述監(jiān)控單元包括實(shí)時(shí)監(jiān)測裝置和模式選擇開關(guān)；所述故障補(bǔ)償裝置由3個(gè)dg組成；所述負(fù)載分別為各直流子網(wǎng)本地負(fù)荷、交流微電網(wǎng)的本地負(fù)荷、以及交流重要負(fù)荷和直流重要負(fù)荷；其中，互聯(lián)功率變換器a的直流側(cè)與光伏dg連接，其交流側(cè)與交流母線連接；互聯(lián)功率變換器b的直流側(cè)與儲能dg連接，其交流側(cè)與交流母線連接；互聯(lián)功率變換器c的直流側(cè)與汽車動力電池dg連接，其交流側(cè)與交流母線連接；互聯(lián)功率變換器實(shí)現(xiàn)交直流微網(wǎng)之間的功率雙向傳輸；

其中，光伏dg與直流母線a連接，并為本地負(fù)荷a供電；儲能dg與直流母線b連接，并為本地負(fù)荷b供電；汽車動力電池dg與直流母線c連接，并為本地負(fù)荷c供電；交流微源與交流母線連接，并為本地負(fù)荷d供電；交流重要負(fù)荷與交流母線連接，直流重要負(fù)荷通過ac/dc變換器與交流母線連接；

所述故障補(bǔ)償裝置通過靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)與交流母線連接；故障補(bǔ)償裝的每個(gè)dg都是由直流微源和單相逆變器組成；其中，dg-a通過靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)與交流母線a、b相連接，dg-b通過靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)與交流母線b、c相連接，dg-c通過靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)與交流母線c、a相連接；

所述監(jiān)控保護(hù)單元通過can總線與互聯(lián)功率變換器a、互聯(lián)功率變換器b、互聯(lián)功率變換器c以及故障補(bǔ)償裝置進(jìn)行通信。

上述的帶多直流子網(wǎng)的混合微網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：

步驟1，通過監(jiān)控單元采集交流母線三相電壓vabc，直流子網(wǎng)a的母線電壓vdc1，直流子網(wǎng)b的母線電壓vdc2和直流子網(wǎng)c的母線電壓vdc3，經(jīng)過鎖相環(huán)得到交流母線頻率的實(shí)際值f；并對混合微電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，當(dāng)交流母線發(fā)生故障時(shí)，3個(gè)互聯(lián)功率變換器都停機(jī)，啟動故障補(bǔ)償裝置對交流微電網(wǎng)進(jìn)行故障補(bǔ)償，各個(gè)直流子網(wǎng)，即光伏dg、儲能dg、汽車動力電池dg獨(dú)立運(yùn)行，具體情況包括：

1)交流母線a相發(fā)生故障時(shí)，啟動dg-a或dg-c；

2)交流母線b相發(fā)生故障時(shí)，啟動dg-a或dg-b；

3)交流母線c相發(fā)生故障時(shí)，啟動dg-b或dg-c；

4)交流母線a、b相發(fā)生故障時(shí)，啟動dg-a；

5)交流母線b、c相發(fā)生故障時(shí)，啟動dg-b；

6)交流母線a、c相發(fā)生故障時(shí)，啟動dg-c；

7)交流母線a、b、c相發(fā)生故障時(shí)，啟動dg-a、dg-b、dg-c；

當(dāng)交流母線沒有故障時(shí)，對互聯(lián)功率變換器的控制繼續(xù)按步驟2進(jìn)行；

步驟2，對采集到的交流母線電壓頻率和3個(gè)直流子網(wǎng)母線電壓分別進(jìn)行歸一化，得到頻率的歸一值fpu、直流母線a的電壓歸一值vdc1.pu、直流母線b的電壓歸一值vdc2.pu和直流母線c的電壓歸一值vdc3.pu；

步驟3，將步驟2中得到的頻率的歸一值fpu與頻率的額定歸一值fn.pu進(jìn)行作差比較，各個(gè)直流母線的電壓歸一值分別與各自的額定電壓歸一值進(jìn)行作差比較；根據(jù)比較結(jié)果判斷交直流子網(wǎng)的功率流動情況，進(jìn)而確定各個(gè)互聯(lián)功率變換器的工作模式；

1)當(dāng)fpu-fn.pu>0且vdc1-vdc1.n.pu>0，互聯(lián)功率變換器a停機(jī)；當(dāng)fpu-fn.pu>0且vdc1-vdc1.n.pu<0，互聯(lián)功率變換器a啟動；當(dāng)fpu-fn.pu<0且vdc1-vdc1.n.pu>0，互聯(lián)功率變換器a啟動；當(dāng)fpu-fn.pu<0且vdc1-vdc1.n.pu<0，互聯(lián)功率變換器a停機(jī)，互聯(lián)功率變換器b啟動。

2)當(dāng)fpu-fn.pu>0且vdc2-vdc2.n.pu>0，互聯(lián)功率變換器b停機(jī)；當(dāng)fpu-fn.pu>0且vdc2-vdc2.n.pu<0，互聯(lián)功率變換器b啟動；當(dāng)fpu-fn.pu<0且vdc2-vdc2.n.pu>0，互聯(lián)功率變換器b啟動；當(dāng)fpu-fn.pu<0且vdc2-vdc2.n.pu<0，互聯(lián)功率變換器b停機(jī)，互聯(lián)功率變換器c啟動。

3)當(dāng)fpu-fn.pu>0且vdc3-vdc3.n.pu>0，互聯(lián)功率變換器c停機(jī)；當(dāng)fpu-fn.pu>0且vdc3-vdc3.n.pu<0，互聯(lián)功率變換器c啟動；當(dāng)fpu-fn.pu<0且vdc3-vdc3.n.pu>0，互聯(lián)功率變換器c啟動；當(dāng)fpu-fn.pu<0且vdc3-vdc3.n.pu<0，互聯(lián)功率變換器c停機(jī)。

4)3個(gè)互聯(lián)功率變換器都停機(jī)時(shí)，啟動故障補(bǔ)償裝置，啟動故障補(bǔ)償裝置對交流微電網(wǎng)進(jìn)行功率補(bǔ)償，各個(gè)直流子網(wǎng)，即光伏dg、儲能dg、汽車動力電池dg獨(dú)立運(yùn)行。

步驟4，根據(jù)步驟3確定的各個(gè)互聯(lián)功率變換器的工作情況，建立交直流微電網(wǎng)之間的功率流動方程，得到直流子網(wǎng)和交流微網(wǎng)之間的波動功率δp；

步驟4-1、對光伏dg供能的直流子網(wǎng)a與交流微網(wǎng)建立功率流動方程:

其中，δp1為直流子網(wǎng)a和交流微網(wǎng)之間的波動功率；pac為交流微網(wǎng)中交流微源發(fā)出的有功功率，pn.ac為交流微網(wǎng)中交流微源發(fā)出的額定有功功率；pdc1為直流子網(wǎng)a中直流微源發(fā)出的有功功率，pn.dc1為直流子網(wǎng)a中直流微源發(fā)出的額定有功功率；fn為交流微網(wǎng)額定頻率；vn.dc1為直流母線a的額定電壓；m為交流微源的下垂系數(shù)，n為直流子網(wǎng)a中直流微源的下垂系數(shù)。

步驟4-2、對儲能dg供能的直流子網(wǎng)b和動力電池dg供能的直流子網(wǎng)c，基于soc進(jìn)行功率建模，分別與交流微網(wǎng)之間建立功率流動方程：

其中，δp2為直流子網(wǎng)b和交流微網(wǎng)之間的波動功率；qe1為儲能dg的電池容量，soc1為儲能dg的荷電量；pl2為直流子網(wǎng)b中本地負(fù)荷需要的功率。

其中，δp3為直流子網(wǎng)c和交流微網(wǎng)之間的波動功率；qe2為汽車動力電池dg的電池容量，soc2為汽車動力電池dg的荷電量；pl3為直流子網(wǎng)c中本地負(fù)荷需要的功率。

步驟4-3、結(jié)合瞬時(shí)功率理論得到整個(gè)混合微電網(wǎng)系統(tǒng)的功率流動方程：

其中，δp為混合微電網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)際流動功率。

步驟5，將步驟4得到的δp送入有功功率調(diào)節(jié)器中，得到相角參考值δ*；

步驟6，將步驟5中得到的相角參考值δ*，與給定參考相電壓幅值u，經(jīng)過參考電壓生成模塊，得到交流母線電壓參考值經(jīng)過abc/dq變換之后，得到dq軸的參考電壓和

坐標(biāo)變換矩陣為：

其中，ω為電壓角頻率。

步驟7，將步驟6中得到的參考電壓信號與實(shí)際采集的電壓信號送入電壓電流雙閉環(huán)控制器，從而得到控制開關(guān)的pwm信號；電壓調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)如下：

其中，kp和ki為電壓調(diào)節(jié)器的比例和積分系數(shù)，τ為時(shí)間常數(shù)，s為拉普拉斯算子，l是交流微電網(wǎng)側(cè)電感，r是線路阻抗；

步驟8，設(shè)計(jì)基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測器eso的電流前饋控制器，對電壓電流控制器中的電流值進(jìn)行擾動補(bǔ)償。

步驟8-1、建立互聯(lián)功率變換器一級dc/dc變換器的小信號模型。

對互聯(lián)功率變換器一級dc/dc建立狀態(tài)方程：

其中，v1為高壓側(cè)電容ch兩端的電壓，v2為高壓側(cè)電容cl兩端的電壓，il為低壓側(cè)電感l(wèi)ic1流過的電流，vdc為直流母線電壓，vds為一級變換器輸出電壓，r1p低壓側(cè)寄生電阻，r1、r2分別是高壓側(cè)和低壓側(cè)的電阻。

對系統(tǒng)在穩(wěn)定工作點(diǎn)附近添加小信號擾動，線性化后可以得到交流小信號空間狀態(tài)方程如下所示：

其中，分別為添加小信號擾動后的電感電流、高壓側(cè)電容電壓、低壓側(cè)電容電壓，為擾動小信號。

且

其中d為開關(guān)信號占空比；

從而得到一級dc/dc變換器的小信號模型：

步驟8-2、建立互聯(lián)功率變換器二級dc/ac變換器的小信號模型。

根據(jù)基爾霍夫電壓定理、以及基爾霍夫電流定理可得電路拓?fù)湮⒎址匠蹋?/p>

其中，l為交流側(cè)電感值，ila、ilb、ilc分別為流過三相電感的電流，vsa、vsb、vsc分別為二級dc/ac變換器輸出的三相相電壓，va、vb、vc分別為交流母線的三相相電壓，r為線路阻抗。c為交流側(cè)電容，

其中，c為交流側(cè)電容值，ia、ib、ic分別為流向交流母線的三相相電流。

由此可以推出互聯(lián)功率變換器二級模型在dq坐標(biāo)系下的小信號交流模型：

其中，分別為dq軸上電感電流，dd、dq為dq軸的開關(guān)信號占空比，為dq軸占空比的小信號擾動，為直流母線電壓擾動。

其中，分別為dq軸上交流母線電壓，分別為dq軸上交流母線電流。

由于dq軸兩個(gè)回路之間存在著相互耦合，對的控制不僅會影響還會影響因此分別設(shè)計(jì)電流環(huán)路和電壓環(huán)路的解耦控制器。

電流環(huán)路解耦控制，

令：

其中，gil(s)為電感電流調(diào)節(jié)器，kpi和kii分別是調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)和積分系數(shù)。

將公式(15)代入(14)中得到解耦后的電感電流微分方程：

其中，ildref、ilqref分別為dq軸電感電流的參考值。

電壓環(huán)路解耦控制，

設(shè)定電流內(nèi)環(huán)的參考值和電壓調(diào)節(jié)器分別為：

其中，vdref、vqref分別為dq軸交流母線電壓的參考值，guc(s)為電壓調(diào)節(jié)器，kpv和kiv分別是調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)和積分系數(shù)。

由：

可得

將公式(14)進(jìn)行拉氏變換后代入公式(19)可得：

將gil(s)視作一階慣性環(huán)節(jié)，即：

其中τ為時(shí)間常數(shù)，影響系統(tǒng)的動態(tài)性能。

由于電流環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)τ很小，1-gil(s)在寬頻率帶寬的情況下接近于0，于是公式(20)可以化簡為：

從而得到互聯(lián)功率變換器二級dc/ac變換器解耦后的小信號模型：

進(jìn)而可以得出：

步驟8-3、對擾動引起的狀態(tài)量變化進(jìn)行觀測，設(shè)計(jì)觀測器如下：

其中，y11、y12分別為狀態(tài)變量的估計(jì)值，和e12＝y(tǒng)12-vd均為觀測值與實(shí)際變量的誤差，y21、y22分別為的估計(jì)值，l11、l12、l21、l22為線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測器中需要調(diào)整的系數(shù)。對誤差公式微分之后再進(jìn)行拉氏變換可得：

步驟8-4、對擾動引起的狀態(tài)量變化進(jìn)行觀測，設(shè)計(jì)觀測器如下：

其中，z11、z12分別為狀態(tài)變量的估計(jì)值，和e22＝z12-vq均為觀測值與實(shí)際變量的誤差，z21、z22分別為的估計(jì)值。對誤差公式微分之后再進(jìn)行拉氏變換可得：

其中，ε11即為所需要的狀態(tài)量擾動補(bǔ)償。

所述的三相故障補(bǔ)償裝置，其特征在于，應(yīng)用虛擬同步機(jī)原理，將調(diào)速器和自動電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的虛擬慣性應(yīng)用于單相直流dg中，具體步驟如下：

步驟1、給定交流微電網(wǎng)的參考頻率ωref，并帶入如下轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程，計(jì)算交流微電網(wǎng)的頻率ω：

其中，j為發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量，dp為虛擬阻尼系數(shù)，pref為有功功率參考值，pe為交流微電網(wǎng)輸出的有功功率，δθ為輸出電壓相角與電網(wǎng)電壓相角的偏差，δω為ω與ωref的偏差。

步驟2、采集交流微電網(wǎng)三相相電壓va、vb、vc，以及相電流ia、ib、ic，經(jīng)過abc/dq變換后，分別得到d軸電壓vd和d軸電流id，計(jì)算單個(gè)直流補(bǔ)償dg輸出的有功功率pe：

其中p為交流微電網(wǎng)三相瞬時(shí)功率。

步驟3、將單個(gè)直流補(bǔ)償dg輸出的有功功率參考值pref與單個(gè)直流補(bǔ)償dg輸出的有功功率pe進(jìn)行作差比較，并帶入調(diào)速器的慣性環(huán)節(jié)得到補(bǔ)償?shù)念l率ω'。

步驟4、取步驟1中得到的交流微電網(wǎng)頻率ω與補(bǔ)償?shù)念l率ω′之和，進(jìn)行積分得到輸出電壓相角θ。

步驟5、設(shè)計(jì)自動電壓調(diào)節(jié)器，采集交流微電網(wǎng)線電壓vab，vbc，vca；分別與給定線電壓參考值vabref，vbcref，vcaref進(jìn)行作差比較，差值分別帶入自動電壓調(diào)節(jié)器公式中，計(jì)算直流dg的輸出線電壓幅值um，

ka是自動電壓調(diào)節(jié)器的增益，ta是自動電壓調(diào)節(jié)器的時(shí)間常數(shù)。δv是線電壓與參考值之差。

步驟6、根據(jù)步驟4得到的輸出電壓相角θ與步驟5得到的交流微網(wǎng)線電壓幅值，得到期望輸出線電壓，通過pwm生成器得到開關(guān)管控制信號。

本發(fā)明提供了一種帶有多個(gè)直流子微網(wǎng)的交直流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)及其相應(yīng)的控制方法，通過對各個(gè)子網(wǎng)的靈活調(diào)度，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了供電系統(tǒng)的功能多樣性。其有益效果是：

結(jié)構(gòu)上，實(shí)現(xiàn)了光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)、電動汽車及交流微源的有效整合，提高了可再生能源的利用率，提高了微電網(wǎng)內(nèi)部的可靠性和穩(wěn)定性；且多個(gè)直流子微網(wǎng)通過各自的互聯(lián)功率變換器與交流母線星形連接，與交流子網(wǎng)形成合理的供電布局，提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。

控制方法上，在不需要額外硬件傳感器的情況下，進(jìn)行基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測器eso電流前饋控制，有效抑制傳統(tǒng)的雙環(huán)控制難以保證較好的穩(wěn)定裕度和動態(tài)響應(yīng)的問題，同時(shí)也很好地保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還能滿足混合微網(wǎng)中分布式微源即插即用的特性；協(xié)調(diào)各個(gè)直流子微網(wǎng)與交流微網(wǎng)進(jìn)行均衡的功率流動，增加功率可調(diào)度性，維持整個(gè)系統(tǒng)不間斷運(yùn)行；并且，當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行于孤島模式時(shí)，所有重要負(fù)荷均接入交流微電網(wǎng)中；當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)的的輸出功率不足時(shí)，接通故障補(bǔ)償裝置，保證重要負(fù)荷不斷電。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于多直流子微網(wǎng)的混合微電網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明的控制系統(tǒng)流程圖。

圖3為本發(fā)明的互聯(lián)功率變換器結(jié)構(gòu)圖。

圖4為本發(fā)明的互聯(lián)功率變換器的控制框圖。

圖5為本發(fā)明的解耦后的電壓電流控制框圖。

圖6(a)為加入電流前饋控制前，互聯(lián)功率變換器二級輸出電壓在dq坐標(biāo)系下的波形。

圖6(b)為加入電流前饋控制后，互聯(lián)功率變換器二級輸出電壓在dq坐標(biāo)系下的波形。

圖7為本發(fā)明的故障補(bǔ)償裝置總體結(jié)構(gòu)圖。

圖8為本發(fā)明的故障補(bǔ)償裝置的直流dg-a結(jié)構(gòu)圖。

圖9為本發(fā)明的故障補(bǔ)償裝置的控制框圖。

圖10(a)為交流母線a相發(fā)生故障時(shí)，連接故障補(bǔ)償裝置后的交流母線電壓波形。

圖10(b)為斷開連接故障補(bǔ)償裝置后重新接入互聯(lián)功率變換器時(shí)交流母線電壓波形。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式和附圖對本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容做進(jìn)一步說明。

如圖1所示，一種帶有多直流子微網(wǎng)的混合微電網(wǎng)系統(tǒng)，包括容量為10kw的光伏dg，容量為10kw的儲能dg，容量為10kw的汽車動力dg，10kw的交流微源發(fā)電系統(tǒng)，本地負(fù)荷為可變負(fù)荷，5kw直流重要負(fù)荷及5kw交流重要負(fù)荷。

互聯(lián)功率變換器a直流側(cè)與光伏dg組成的直流子網(wǎng)母線連接，交流側(cè)與交流微電網(wǎng)母線連接；互聯(lián)功率變換器b直流側(cè)與儲能dg組成的直流子網(wǎng)連接，交流側(cè)與交流微電網(wǎng)母線連接；互聯(lián)功率變換器c直流側(cè)與汽車動力電池dg組成的直流子網(wǎng)連接，交流側(cè)與交流微電網(wǎng)母線連接。

其中，本地負(fù)荷a通過直流母線a與光伏dg連接；本地負(fù)荷b通過直流母線b與儲能dg連接；本地負(fù)荷c通過直流母線c與電動汽車動力電池dg連接；本地負(fù)荷d與交流微源連接；交流重要負(fù)荷與交流母線連接；直流重要負(fù)荷通過ac/dc變換器與交流母線連接。

故障補(bǔ)償裝置通過靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)與交流母線連接；所述故障補(bǔ)償裝置中每個(gè)直流dg都是由直流微源和單相逆變器組成；其中，dg-a通過靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)與交流母線a、b相連接，dg-b通過靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)與交流母線b、c相連接，dg-c通過靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)與交流母線c、a相連接。

監(jiān)控保護(hù)單元通過can總線與互聯(lián)功率變換器a、互聯(lián)功率變換器b、互聯(lián)功率變換器c以及故障補(bǔ)償裝置進(jìn)行通信。

交流微源與交流母線連接。

直流母線額定電壓的波動范圍為604.5v～695.5v，交流額定頻率的波動范圍為49.8hz～50.2hz。光伏dg運(yùn)行在mppt模式下，采用恒壓控制；儲能dg和汽車動力電池dg均采用下垂控制方式。

系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中，光伏dc/dc變換器將直流母線a的電壓保持在650v左右；儲能dc/dc變換器將儲能dg的輸出電壓升高將直流母線b的電壓保持在650v左右；汽車動力電池dc/dc變換器將直流母線c的電壓保持在650v左右。

如圖4所示系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)過程描述如下：

步驟1、采集交流微網(wǎng)母線三相相電壓va、vb、vc，經(jīng)過鎖相環(huán)得到交流母線頻率的實(shí)際值f；采集直流子網(wǎng)a的母線電壓vdc1，直流子網(wǎng)b的母線電壓vdc2和直流子網(wǎng)c的母線電壓vdc3。

步驟2、對采集到的交流母線電壓頻率和3個(gè)直流子網(wǎng)母線電壓分別進(jìn)行歸一化，得到頻率的歸一值fpu、直流母線a的電壓歸一值vdc1.pu、直流母線b的電壓歸一值vdc2.pu和直流母線c的電壓歸一值vdc3.pu。

步驟3、將步驟2中得到的頻率的歸一值fpu與頻率的額定歸一值fn,pu進(jìn)行作差比較，各個(gè)直流母線的電壓歸一值分別與各自的額定電壓歸一值進(jìn)行作差比較；根據(jù)比較結(jié)果判斷交直流子微電網(wǎng)的功率流動情況，進(jìn)而確定各個(gè)互聯(lián)功率變換器的工作模式，得到如下表格：

表1、本發(fā)明系統(tǒng)在不同狀態(tài)下，各子網(wǎng)的功率波動情況。

具體得到：

可知，fpu-fn.pu<0且vdc1-vdc1.n.pu>0，互聯(lián)功率變換器a啟動。

步驟4、得到光伏dg供能的直流子網(wǎng)a與交流微電網(wǎng)之間的功率分配。

則混合微電網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)際流動功率δp＝δp1＝-5.916kw，負(fù)數(shù)表示功率從直流dg向交流微網(wǎng)流動。

步驟5、將δp*差值送入有功功率調(diào)節(jié)器中，得到相角參考值δ*。

步驟6、將步驟5中得到的相角參考值δ*，與給定參考相電壓幅值u，經(jīng)過參考電壓生成模塊，得到交流母線電壓參考值經(jīng)過abc/dq變換之后，得到dq軸的參考電壓和

步驟7、設(shè)計(jì)基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測器eso的電壓前饋控制器。

步驟7-1、建立如圖3所示互聯(lián)功率變換器一級dc/dc變換器的小信號模型：

其中，各電路參數(shù)分別設(shè)為，ch＝3000μf，cl＝1000μf，lic1＝1.5mh，r1p＝0.2ω，r1＝50ω、r2＝30ω。

步驟7-2、建立如圖3所示互聯(lián)功率變換器二級dc/ac變換器的小信號模型：

其中，各電路參數(shù)分別設(shè)為r＝0.2ω，c＝1500μf，l＝3mh。

步驟7-3、對擾動引起的狀態(tài)量變化進(jìn)行觀測，設(shè)計(jì)觀測器如下：

其中，l11、l12、l21、l22，根據(jù)“3w”法選取。

步驟7-4、對擾動引起的狀態(tài)量變化進(jìn)行觀測，設(shè)計(jì)觀測器如下：

步驟8、將步驟7中得到的電壓前饋補(bǔ)償信號與步驟6得到的電壓參考值信號經(jīng)過如圖5所示的電壓電流雙閉環(huán)控制得到pwm信號。電壓調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)如下：

其中，kp＝0.23ki＝0.056，τ＝0.015。

加入基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的電流前饋控制以后互聯(lián)功率變換器二級dq軸輸出電壓波形如圖6(b)所示；

如圖7所示的三相故障補(bǔ)償裝置開啟時(shí)，應(yīng)用虛擬同步機(jī)原理將調(diào)速器和自動電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的虛擬慣性應(yīng)用于如圖8所示的單相直流dg中，具體步驟如圖9所示描述如下：

步驟1、給定交流微電網(wǎng)的參考頻率ωref＝100π，參考有功功率pref＝3.33kw并帶入如下轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程，計(jì)算交流微電網(wǎng)的頻率ω：

步驟2、采集交流微電網(wǎng)三相相電壓va、vb、vc，以及相電流ia、ib、ic，經(jīng)過abc/dq變換后，分別得到d軸電壓vd和d軸電流id，計(jì)算單個(gè)直流補(bǔ)償dg輸出的有功功率pe。

步驟3、將單個(gè)直流補(bǔ)償dg輸出的有功功率參考值pref與單個(gè)直流補(bǔ)償dg輸出的有功功率pe進(jìn)行作差比較，并帶入調(diào)速器的慣性環(huán)節(jié)得到補(bǔ)償?shù)念l率ω'。

步驟4、取步驟1中得到的交流微電網(wǎng)頻率ω與補(bǔ)償?shù)念l率ω′之和，進(jìn)行積分得到輸出電壓相角θ。

步驟5、設(shè)計(jì)自動電壓調(diào)節(jié)器，采集交流微電網(wǎng)線電壓vab，vbc，vca；分別與給定線電壓參考值vabref＝vbcref＝vcaref＝537v，進(jìn)行作差比較，差值分別帶入自動電壓調(diào)節(jié)器公式中，計(jì)算直流dg的輸出線電壓幅值um，

ka＝120.8，ta＝0.2。

步驟6、根據(jù)步驟4得到的輸出電壓相角θ與步驟5得到的交流微網(wǎng)線電壓幅值，得到期望輸出線電壓，通過pwm生成器得到開關(guān)管控制信號。

交流微網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，連接故障補(bǔ)償裝置后的交流微網(wǎng)母線電壓仿真波形如圖10(a)所示；斷開故障補(bǔ)償裝置后重新啟動互聯(lián)功率變換器后的交流微網(wǎng)母線電壓仿真波形如圖10(b)所示。