本發(fā)明涉及分布式發(fā)電
技術領域：
，具體涉及一種基于下垂控制的微電網(wǎng)逆變器系統(tǒng)及其平滑切換方法。
背景技術：
：在世界各國大力發(fā)展新能源發(fā)電，提高分布式發(fā)電技術的同時，逆變器是其中不可或缺的環(huán)節(jié)。在光伏并網(wǎng)發(fā)電、風力發(fā)電中交-直-交變速風力并網(wǎng)發(fā)電、生物質能并網(wǎng)發(fā)電等并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器將直流電能或不規(guī)則的交流電能轉換為滿足標準的交流電能，進行并網(wǎng)或直接給負荷供電，起到的轉換能量的橋梁作用，也是分布式發(fā)電系統(tǒng)的關鍵技術之一。在一定程度上說，逆變器的性能好壞直接影響分布式發(fā)電系統(tǒng)的可靠性和安全性。并且，隨著對大電網(wǎng)要求越來越高，當大電網(wǎng)發(fā)生故障時，要求以分布式電源，并網(wǎng)逆變器等組成的微電網(wǎng)系統(tǒng)繼續(xù)為負荷供電，保證用戶供電的正常運行。只有在保證并網(wǎng)逆變器的控制性能的前提下，才能使整個微電網(wǎng)系統(tǒng)可靠運行。傳統(tǒng)的逆變器一般工作在并網(wǎng)狀態(tài)或者自治狀態(tài)，很少可以滿足兩種工作模式，即使?jié)M足也存在兩種模式的切換，在模式切換過程中，由于控制模式、運行狀態(tài)的不同，很容易引電網(wǎng)系統(tǒng)不穩(wěn)定，從而使逆變器或者負載進行自我保護，嚴重的將逆變器和負載燒壞，甚至電網(wǎng)造成不可修復的損壞，是當前急需解決的問題。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有的逆變器在兩種模式的切換過程中容易引起電網(wǎng)系統(tǒng)不穩(wěn)定的問題。本發(fā)明的基于下垂控制的微電網(wǎng)逆變器系統(tǒng)及其平滑切換方法,在逆變器滿足并網(wǎng)要求時，由自治狀態(tài)轉換為并網(wǎng)狀態(tài)，在切換的過程中，逆變器電壓和頻率隨著暫態(tài)過程自動調節(jié)，能抑制電壓、電流的波動，實現(xiàn)平滑切換；當逆變器由并網(wǎng)狀態(tài)切換到自治狀態(tài)時，是一個逆變器和電網(wǎng)解耦的過程，在此過程中，可以保證逆變器的輸出電壓的平滑過渡，并且不會引起電網(wǎng)電流的突變，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，具有良好的應用前景。為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是：一種基于下垂控制的微電網(wǎng)逆變器系統(tǒng)，其特征在于：包括逆變器電路單元和逆變器控制電路單元，所述逆變器電路單元包括直流母線電源Vdc、三相逆變橋電路、三相濾波電感、三相濾波電容、三相變壓器、負荷和并網(wǎng)開關；所述逆變器控制電路單元包括采樣電路、濾波電路、控制電路及驅動電路；所述采樣電路包括逆變器輸出電壓、輸出電路以及電網(wǎng)電壓的采集通道；所述控制單元包括功率計算模塊、有功下垂調節(jié)模塊、無功下垂調節(jié)模塊、三相電壓生成模塊、電壓基準與輸出反饋比較模塊、電壓控制器、電流基準與輸出反饋比較模塊、電流調節(jié)器、鎖相環(huán)模塊、三相靜止坐標系到兩相旋轉坐標系變換模塊、兩相旋轉坐標系到兩相靜止坐標系變換模塊、功率計算模塊和PWM信號發(fā)生模塊，所述三相靜止坐標系到兩相旋轉坐標系變換模塊為abc/dq坐標變換模塊，所述兩相旋轉坐標系到兩相靜止坐標系變換模塊為dq/αβ坐標變換模塊；所述直流電源Vdc接于三相逆變橋電路的直流輸入測，三相逆變橋的交流輸出側接三相濾波電感的一側，三相濾波電感的另一側連接三相濾波電容的一側，三相濾波電容采用Y型接法，三相濾波電容的另一側接三相變壓器的原邊，三相變壓器的副邊接負荷，三相變壓器副邊連接并網(wǎng)開關的一端，并網(wǎng)開關的另一端連接電網(wǎng)。所述采樣電路分別采樣逆變器的三相輸出電壓、濾波電流以及電網(wǎng)電壓，并且以上三個采集通道的輸出作為低通濾波器的輸入，低通濾波器的輸出分別連接控制單元，作為坐標變換的輸入；所述控制電路將經(jīng)過濾波處理之后的電壓和電流信號，作為abc/dq坐標變換模塊的輸入，其中，電網(wǎng)電壓坐標變換的輸出與濾波電流的輸出共同作為功率計算模塊的輸入；電網(wǎng)電壓坐標變換的輸出作為鎖相環(huán)的輸入，鎖相環(huán)的輸出為電壓幅值與頻率，功率計算模塊的輸出無功功率P和鎖相環(huán)輸出單元的電壓均連接到無功功率下垂調節(jié)模塊的輸入端，有功功率下垂調節(jié)單元輸出電壓幅值給定值，無功下垂調節(jié)模塊的輸出頻率給定值，兩個下垂調節(jié)模塊的輸出一起作為三相電壓生成模塊的輸入生成三相給定電壓，三相電壓生成模塊的輸出經(jīng)abc/dq坐標變換模塊，分別輸出d坐標系和q坐標系下的電壓給定值，逆變器輸出電壓經(jīng)abc/dq坐標變換輸出的d坐標系與q坐標系下的值分別同給定d坐標系和q坐標系下的電壓一起，作為電壓基準與輸出反饋比較模塊的輸入，電壓基準與輸出反饋比較模塊的輸出分別連接d坐標系和q坐標系下的電壓控制器的輸入，d坐標系和q坐標系下的電壓控制器的輸出端分別與濾波電流abc/dq坐標變換輸出的d坐標系和q坐標系下的電流值一起作為電流控制器的輸入，電流控制器在d坐標系和q坐標系下的輸出作為dq/αβ坐標變換模塊的輸入，經(jīng)dq/αβ變換之后，dq/αβ坐標變換模塊的輸出端連接PWM信號發(fā)生器的輸入端，經(jīng)PWM發(fā)生器，產(chǎn)生PWM信號，該信號作為驅動電路的輸出，直接驅動三相逆變橋電路運行。基于下垂控制的微電網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的平滑切換方法，其特征在于：逆變器設置有四種運行狀態(tài)包括逆變器自治運行狀態(tài)、逆變器并網(wǎng)運行狀態(tài)、電網(wǎng)狀態(tài)正常時逆變器從自治轉換為并網(wǎng)運行狀態(tài)、電網(wǎng)發(fā)生故障或逆變器主動從并網(wǎng)轉換為自治運行狀態(tài)，且每種狀態(tài)運行過程為，(A)，當逆變器自治運行狀態(tài)時，根據(jù)檢測得到的電網(wǎng)電壓幅值u和頻率f，以及計算得到的有功功率和無功功率，作為有功下垂調節(jié)模塊、無功下垂調節(jié)模塊的輸入，得到的調節(jié)后電網(wǎng)電壓幅值u*和頻率f*均與電網(wǎng)參數(shù)無關；(B)，當逆變器并網(wǎng)運行狀態(tài)時，根據(jù)檢測得到的電網(wǎng)電壓幅值u和頻率f，以及計算得到的有功功率和無功功率，經(jīng)過有功下垂調節(jié)模塊、無功下垂調節(jié)模塊，得到調整后的電網(wǎng)電壓幅值u*和頻率f*作為并網(wǎng)時逆變器的電壓、頻率給定；(C)，當電網(wǎng)狀態(tài)正常時逆變器從自治轉換為并網(wǎng)運行狀態(tài)時，當逆變器的輸出電壓和電網(wǎng)電壓差值滿足并網(wǎng)要求時，閉合并網(wǎng)開關，逆變器通過給定的電壓幅值u*和頻率f*，自動調整為并網(wǎng)狀態(tài)的值，并且在運行過程中，不斷調整更新電壓幅值u*和頻率f*，保證在并網(wǎng)過程中達到平滑切換，直到作在并網(wǎng)狀態(tài)；(D)，當電網(wǎng)發(fā)生故障或逆變器主動從并網(wǎng)轉換為自治運行狀態(tài)時，將并網(wǎng)開關斷開，逆變器給定的電壓幅值u*和頻率f*，自動調整為自治狀態(tài)的值，由于給定的電壓幅值u*和頻率f*的暫態(tài)變化，保證在切換過程中平滑過渡，直到逆變器達到自治狀態(tài)。前述的基于下垂控制的微電網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的平滑切換方法，其特征在于：(A)，當逆變器自治運行狀態(tài)時，得到的調節(jié)后電網(wǎng)電壓幅值u*和頻率f*，分別為：f*=f0u*=u0]]>其中，u0和f0分別為初始給定電壓幅值與頻率，則逆變器的給定與電網(wǎng)電壓是解耦的；(B)，當逆變器并網(wǎng)運行狀態(tài)時，調整后的電網(wǎng)電壓幅值u*和頻率f*作為并網(wǎng)時逆變器的電壓、頻率給定，u*、f*分別為，f*=f-m×(Pf-P*)u*=u-n×(Qf-Q*)]]>其中，f為檢測得到的電網(wǎng)初始頻率、u為檢測得到的電網(wǎng)初始電壓幅值、m為頻率調節(jié)系數(shù)、n為電壓調節(jié)系數(shù)、Pf為電網(wǎng)的有功功率、Qf為電網(wǎng)的無功功率、P*為電網(wǎng)的給定有功功率、Q*為電網(wǎng)的給定無功功率。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的基于下垂控制的微電網(wǎng)逆變器系統(tǒng)及其平滑切換方法，通過采用下垂控制，無功功率與有功功率的平衡來調整輸出電壓幅值與頻率，保證逆變器既可以自治運行也可以并網(wǎng)運行；當電網(wǎng)狀態(tài)正常時，控制電路調整逆變器的輸出電壓幅值與頻率，滿足并網(wǎng)要求后，將并網(wǎng)開關閉合，逆變器會根據(jù)系統(tǒng)前后的頻率與電壓變化，根據(jù)下垂方程輸出合適的電壓與頻率，維持系統(tǒng)電壓和頻率穩(wěn)定。當檢測到電網(wǎng)狀態(tài)異?；蛐枰袚Q至自治運行模式時，將并網(wǎng)開關斷開，逆變器會依據(jù)下垂方程自動輸出合適的有功功率與無功功率，維持系統(tǒng)的有功功率與無功功率平衡。本發(fā)明采取下垂控制可以實現(xiàn)逆變器自治運行與并網(wǎng)運行之間的平滑切換，在逆變器滿足并網(wǎng)要求時，由自治狀態(tài)轉換為并網(wǎng)狀態(tài)，在切換的過程中，逆變器電壓和頻率隨著暫態(tài)過程自動調節(jié)，能抑制電壓、電流的波動，實現(xiàn)平滑切換；當逆變器由并網(wǎng)狀態(tài)切換到自治狀態(tài)時，是一個逆變器和電網(wǎng)解耦的過程，在此過程中，可以保證逆變器的輸出電壓的平滑過渡，并且不會引起電網(wǎng)電流的突變，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，具有良好的應用前景。附圖說明圖1是本發(fā)明的基于下垂控制的微電網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。圖2是本發(fā)明的基于下垂控制的微電網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的信號走向框圖。圖3是本發(fā)明的逆變器由并網(wǎng)切換到自治狀態(tài)波形圖。圖4是本發(fā)明的逆變器由自治切換到并網(wǎng)狀態(tài)波形圖。具體實施方式下面將結合說明書附圖，對本發(fā)明作進一步的說明。如圖1及圖2所示，本發(fā)明的基于下垂控制的微電網(wǎng)逆變器系統(tǒng)，包括逆變器電路單元10和逆變器控制電路單元20，所述逆變器電路單元10包括直流母線電源Vdc、三相逆變橋電路101、三相濾波電感102、三相濾波電容103、三相變壓器104、負荷105和并網(wǎng)開關106；所述逆變器控制電路單元20包括采樣電路201、濾波電路202、控制電路203及驅動電路204；所述采樣電路201包括逆變器輸出電壓、輸出電路以及電網(wǎng)電壓的采集通道；所述控制單元202包括功率計算模塊、有功下垂調節(jié)模塊、無功下垂調節(jié)模塊、三相電壓生成模塊、電壓基準與輸出反饋比較模塊、電壓控制器、電流基準與輸出反饋比較模塊、電流調節(jié)器、鎖相環(huán)模塊、三相靜止坐標系到兩相旋轉坐標系變換模塊、兩相旋轉坐標系到兩相靜止坐標系變換模塊、功率計算模塊和PWM信號發(fā)生模塊，所述三相靜止坐標系到兩相旋轉坐標系變換模塊為abc/dq坐標變換模塊，所述兩相旋轉坐標系到兩相靜止坐標系變換模塊為dq/αβ坐標變換模塊；所述直流電源Vdc接于三相逆變橋電路101的直流輸入測，三相逆變橋的交流輸出側接三相濾波電感102的一側，三相濾波電感102的另一側連接三相濾波電容103的一側，三相濾波電容103采用Y型接法，三相濾波電容103的另一側接三相變壓器104的原邊，三相變壓器104的副邊接負荷105，三相變壓器104副邊連接并網(wǎng)開關106的一端，并網(wǎng)開關的另一端連接電網(wǎng)。所述采樣電路201分別采樣逆變器的三相輸出電壓、濾波電流以及電網(wǎng)電壓，并且以上三個采集通道的輸出作為低通濾波器202的輸入，低通濾波器202的輸出分別連接控制單元203，作為坐標變換的輸入；所述控制電路203將經(jīng)過濾波處理之后的電壓和電流信號，作為abc/dq坐標變換模塊的輸入，其中，電網(wǎng)電壓坐標變換的輸出與濾波電流的輸出共同作為功率計算模塊的輸入；電網(wǎng)電壓坐標變換的輸出作為鎖相環(huán)的輸入，鎖相環(huán)的輸出為電壓幅值與頻率，功率計算模塊的輸出無功功率P和鎖相環(huán)輸出單元的電壓均連接到無功功率下垂調節(jié)模塊的輸入端，有功功率下垂調節(jié)單元輸出電壓幅值給定值，無功下垂調節(jié)模塊的輸出頻率給定值，兩個下垂調節(jié)模塊的輸出一起作為三相電壓生成模塊的輸入生成三相給定電壓，三相電壓生成模塊的輸出經(jīng)abc/dq坐標變換模塊，分別輸出d坐標系和q坐標系下的電壓給定值，逆變器輸出電壓經(jīng)abc/dq坐標變換輸出的d坐標系與q坐標系下的值分別同給定d坐標系和q坐標系下的電壓一起，作為電壓基準與輸出反饋比較模塊的輸入，電壓基準與輸出反饋比較模塊的輸出分別連接d坐標系和q坐標系下的電壓控制器的輸入，d坐標系和q坐標系下的電壓控制器的輸出端分別與濾波電流abc/dq坐標變換輸出的d坐標系和q坐標系下的電流值一起作為電流控制器的輸入，電流控制器在d坐標系和q坐標系下的輸出作為dq/αβ坐標變換模塊的輸入，經(jīng)dq/αβ變換之后，dq/αβ坐標變換模塊的輸出端連接PWM信號發(fā)生器的輸入端，經(jīng)PWM發(fā)生器，產(chǎn)生PWM信號，該信號作為驅動電路204的輸出，直接驅動三相逆變橋電路101運行。基于下垂控制的微電網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的平滑切換方法，逆變器設置有四種運行狀態(tài)包括逆變器自治運行狀態(tài)、逆變器并網(wǎng)運行狀態(tài)、電網(wǎng)狀態(tài)正常時逆變器從自治轉換為并網(wǎng)運行狀態(tài)、電網(wǎng)發(fā)生故障或逆變器主動從并網(wǎng)轉換為自治運行狀態(tài)，且每種狀態(tài)運行過程為，(A)，當逆變器自治運行狀態(tài)時，根據(jù)檢測得到的電網(wǎng)電壓幅值u和頻率f，以及計算得到的有功功率和無功功率，作為有功下垂調節(jié)模塊、無功下垂調節(jié)模塊的輸入，得到的調節(jié)后電網(wǎng)電壓幅值u*和頻率f*均與電網(wǎng)參數(shù)無關；(B)，當逆變器并網(wǎng)運行狀態(tài)時，根據(jù)檢測得到的電網(wǎng)電壓幅值u和頻率f，以及計算得到的有功功率和無功功率，經(jīng)過有功下垂調節(jié)模塊、無功下垂調節(jié)模塊，得到調整后的電網(wǎng)電壓幅值u*和頻率f*作為并網(wǎng)時逆變器的電壓、頻率給定；(C)，當電網(wǎng)狀態(tài)正常時逆變器從自治轉換為并網(wǎng)運行狀態(tài)時，當逆變器的輸出電壓和電網(wǎng)電壓差值滿足并網(wǎng)要求時，閉合并網(wǎng)開關，逆變器通過給定的電壓幅值u*和頻率f*，自動調整為并網(wǎng)狀態(tài)的值，并且在運行過程中，不斷調整更新電壓幅值u*和頻率f*，保證在并網(wǎng)過程中達到平滑切換，直到作在并網(wǎng)狀態(tài)，仿真圖，如圖3所示。(D)，當電網(wǎng)發(fā)生故障或逆變器主動從并網(wǎng)轉換為自治運行狀態(tài)時，將并網(wǎng)開關斷開，逆變器給定的電壓幅值u*和頻率f*，自動調整為自治狀態(tài)的值，由于給定的電壓幅值u*和頻率f*的暫態(tài)變化，保證在切換過程中平滑過渡，直到逆變器達到自治狀態(tài)，仿真圖，如圖4所示。前述的基于下垂控制的微電網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的平滑切換方法，其特征在于：(A)，當逆變器自治運行狀態(tài)時，得到的調節(jié)后電網(wǎng)電壓幅值u*和頻率f*，分別為：f*=f0u*=u0]]>其中，u0和f0分別為初始給定電壓幅值與頻率，則逆變器的給定與電網(wǎng)電壓是解耦的；(B)，當逆變器并網(wǎng)運行狀態(tài)時，調整后的電網(wǎng)電壓幅值u*和頻率f*作為并網(wǎng)時逆變器的電壓、頻率給定，u*、f*分別為，f*=f-m×(Pf-P*)u*=u-n×(Qf-Q*)]]>其中，f為檢測得到的電網(wǎng)初始頻率、u為檢測得到的電網(wǎng)初始電壓幅值、m為頻率調節(jié)系數(shù)、n為電壓調節(jié)系數(shù)、Pf為電網(wǎng)的有功功率、Qf為電網(wǎng)的無功功率、P*為電網(wǎng)的給定有功功率、Q*為電網(wǎng)的給定無功功率，m、n的取值，本領域技術人員根據(jù)公知進行取值，m為0.5-1.5之間，優(yōu)選0.8；n為0.8-1.6之間，優(yōu)選1.2。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。當前第1頁1 2 3