一種分布式發(fā)電三相逆變器平滑切換控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及三相逆變器控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種分布式發(fā)電三相逆變器平滑 切換控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著全球能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題的日益嚴(yán)峻，人們?cè)絹?lái)越重視分布式能源（光 伏、風(fēng)力、燃料電池等）的開發(fā)與利用，分布式能源作為一種分布廣泛的高效清潔能源，對(duì) 傳統(tǒng)能源的替代比率將越來(lái)越大。目前，分布式能源發(fā)電被認(rèn)為是世界上最具發(fā)展前景的 技術(shù)，各國(guó)家紛紛投入巨額資金進(jìn)行開發(fā)研宄，并大力拓展其市場(chǎng)應(yīng)用。
[0003] 分布式能源控制的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)就是平滑切換技術(shù)，逆變器應(yīng)該具備同時(shí)向本地 負(fù)載和電網(wǎng)提供電能的能力，且在異常情況下，逆變器能夠斷開與電網(wǎng)的連接，對(duì)負(fù)載進(jìn)行 不間斷供電，更重要的是能夠做到平滑切換，這對(duì)重要的敏感性本地負(fù)載的顯得尤為重要。 從孤島模式轉(zhuǎn)入并網(wǎng)模式時(shí)，由于三相逆變器與電網(wǎng)不同步，會(huì)產(chǎn)生瞬間的過(guò)壓或過(guò)流；并 網(wǎng)模式轉(zhuǎn)入孤島模式時(shí)，由于兩側(cè)還有功率交換，斷開并網(wǎng)開關(guān)后，使得有功或無(wú)功不平 衡，最終導(dǎo)致逆變器輸出電壓波動(dòng)，這些都會(huì)影響負(fù)載的正常工作，破壞了供電的可靠性和 穩(wěn)定性?，F(xiàn)有的平滑切換控制方法往往只是在切換時(shí)修改參考電流指令的計(jì)算方法，或者 人為的加入虛擬阻抗，用來(lái)減小電流沖擊，并沒有在切換前從根本上去消除引起電流沖擊 和電壓波動(dòng)的原因。因此，研宄一種適合分布式發(fā)電系統(tǒng)平滑切換的控制方法意義重大。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種分布式發(fā)電三相逆 變器平滑切換控制方法。
[0005] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種分布式發(fā)電三相逆變器 平滑切換控制方法，適用于分布式發(fā)電系統(tǒng)三相逆變器，所述分布式發(fā)電系統(tǒng)三相逆變器 包括依次連接的三相逆變橋、LCL濾波電路、并/離網(wǎng)開關(guān)；所述LCL濾波電路與所述并/ 離網(wǎng)開關(guān)之間并聯(lián)接有三相本地負(fù)載；其特征在于，該方法包括包括孤島運(yùn)行轉(zhuǎn)入并網(wǎng)運(yùn) 行平滑切換控制部分和并網(wǎng)運(yùn)行轉(zhuǎn)入孤島運(yùn)行平滑切換控制部分：
[0006] 所述孤島運(yùn)行轉(zhuǎn)入并網(wǎng)運(yùn)行平滑切換控制部分包括以下步驟：
[0007] 1)在每個(gè)采樣周期的起始點(diǎn)，采樣電路采樣分布式發(fā)電系統(tǒng)三相逆變器的輸出電 壓Uu、％。，電網(wǎng)電壓u ga、ugb、ug。，并網(wǎng)電流iga、igb、i g。，直流側(cè)電壓ud。；
[0008] 2)控制器將步驟1)采集得到的輸出電壓i^a、 Uu3、叫。，電網(wǎng)電壓uga、ugb、ug。，并網(wǎng) 電流i ga、igb、ig。進(jìn)行abc/dq坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換，得到dq坐標(biāo)系下的輸出電壓u U(U)，電網(wǎng)電壓 ug〇W，并網(wǎng)電流igO^，計(jì)算有功功率P和無(wú)功功率Q，具體計(jì)算公式如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種分布式發(fā)電三相逆變器平滑切換控制方法，適用于分布式發(fā)電系統(tǒng)三相逆變 器，所述分布式發(fā)電系統(tǒng)三相逆變器包括依次連接的三相逆變橋、LCL濾波電路、并/離網(wǎng) 開關(guān)；所述LCL濾波電路與所述并/離網(wǎng)開關(guān)之間并聯(lián)接有三相本地負(fù)載；其特征在于，該 方法包括包括孤島運(yùn)行轉(zhuǎn)入并網(wǎng)運(yùn)行平滑切換控制部分和并網(wǎng)運(yùn)行轉(zhuǎn)入孤島運(yùn)行平滑切 換控制部分： 所述孤島運(yùn)行轉(zhuǎn)入并網(wǎng)運(yùn)行平滑切換控制部分包括以下步驟： 1) 在每個(gè)采樣周期的起始點(diǎn)，采樣電路采樣分布式發(fā)電系統(tǒng)三相逆變器的輸出電壓 %a、％b、U lx，電網(wǎng)電壓uga、ugb、ug。，并網(wǎng)電流i ga、igb、ig。，直流側(cè)電壓ud。； 2) 控制器將步驟1)采集得到的輸出電壓％a、％b、Ulx，電網(wǎng)電壓u ga、ugb、ug。，并網(wǎng)電流 iga、igb、1(；。進(jìn)行abc/dq坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換，得到dq坐標(biāo)系下的輸出電壓u Ud，q)，電網(wǎng)電壓ug(d，q)， 并網(wǎng)電流i g(d^，計(jì)算當(dāng)前的輸出有功功率P和無(wú)功功率Q，具體計(jì)算公式如下：
其中 uL(d，q)= [igd，igJ，T 為電網(wǎng)周期，t 為采樣 時(shí)間； 3) 當(dāng)控制器檢測(cè)到電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常時(shí)，控制器使得PLL的輸入信號(hào)切換為電網(wǎng)電壓 信號(hào)ug(d，q)，分布式發(fā)電系統(tǒng)三相逆變器輸出電壓的相位開始跟蹤電網(wǎng)電壓相位； 4) 當(dāng)控制器檢測(cè)到PLL的PI控制輸出結(jié)果不變的時(shí)候，將孤島電壓控制的參考指令切 換為電網(wǎng)電壓ug((U)，使得分布式發(fā)電系統(tǒng)三相逆變器輸出電壓的幅值開始跟蹤電網(wǎng)電壓 幅值； 5) 當(dāng)控制器檢測(cè)到分布式發(fā)電系統(tǒng)三相逆變器輸出電壓的相位和幅值都和電網(wǎng)電 壓一致時(shí)，控制器控制并網(wǎng)開關(guān)閉合，使得分布式發(fā)電系統(tǒng)三相逆變器完成并網(wǎng)；同時(shí) 將并網(wǎng)電流控制的參考指令由零變?yōu)??,;其中是由/f和組成的二維向量，即 ^ = Κ?，^、計(jì)算公式如下：
其中PMf為有功功率參考指令、QMf為無(wú)功功率參考指令；kpd、k id分別為有功PI環(huán)的 比例常數(shù)、積分常數(shù)，取值范圍分別為0. 1~10和0.0 l~2 ;kM、kiq分別為無(wú)功PI環(huán)的比 例常數(shù)、積分常數(shù)；取值范圍分別為〇. 1~10和〇. 01~2 ; 6) 將并網(wǎng)電流控制的輸出u&j疊加上孤島電壓控制的輸出uv((U)得到Utjat0，將疊加 后的數(shù)據(jù)Utmt0經(jīng)過(guò)dq/α β坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換得到u α 其中11。(4 是通過(guò)準(zhǔn)諧振PR控 制得到的，具體計(jì)算公式如下： <
其中，kpl、krt、ω u分別為并網(wǎng)電流控制中的準(zhǔn)諧振PR控制器的比例系數(shù)、諧振增益和 截止角頻率，kp2、匕2、ω。2分別為孤島電壓控制中的準(zhǔn)諧振PR控制器的比例系數(shù)、諧振增益 和截止角頻率，ω為PLL的輸出角頻率，s為復(fù)頻率； 7)結(jié)合ua ρ和直流側(cè)電壓u d。進(jìn)行SVPWM調(diào)制，得到三相逆變橋驅(qū)動(dòng)信號(hào)，即占空比 Da、Db、D。，傳送至驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，用來(lái)驅(qū)動(dòng)分布式發(fā)電系統(tǒng)三相逆變器，至此 平滑切換完成，分布式發(fā)電系統(tǒng)三相逆變器由孤島運(yùn)行模式平滑切換為并網(wǎng)運(yùn)行模式； 所述并網(wǎng)運(yùn)行轉(zhuǎn)入孤島運(yùn)行平滑切換控制部分包括以下步驟： 1) 在每個(gè)采樣周期的起始點(diǎn)，采樣電路采樣分布式發(fā)電系統(tǒng)三相逆變器輸出電壓 %b、％。，電網(wǎng)電壓uga、u gb、ug。，并網(wǎng)電流iga、igb、ig。，直流側(cè)電壓u dc; 2) 控制器將步驟1)采集得到的輸出電壓％a、％b、Ulx，電網(wǎng)電壓u ga、ugb、ug。，并網(wǎng)電流 iga、igb、^(；。進(jìn)行abc/dq坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換，經(jīng)計(jì)算得到dq坐標(biāo)系下的輸出電壓u q)，電網(wǎng)電壓 ^心并網(wǎng)電流^』； 3) 當(dāng)控制器檢測(cè)到電網(wǎng)電壓出現(xiàn)故障時(shí)，控制器控制并網(wǎng)電流控制參考指令從'>減 小為〇 ; 4) 當(dāng)控制器檢測(cè)到并網(wǎng)電流ig((U)變?yōu)镺后，控制器控制并網(wǎng)開關(guān)斷開，使得分布式 發(fā)電系統(tǒng)三相逆變器孤島運(yùn)行，同時(shí)將PLL的輸入信號(hào)和孤島電壓控制的參考指令都從電 網(wǎng)電壓％d，q)切換為Μ=#，其中是 <、<、< 經(jīng)過(guò)abc/dq坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換得到的， <、4、C具體計(jì)算公式如下：
其中Vraf、fraf、Θ分別為孤島運(yùn)行電壓幅值參考值、孤島運(yùn)行電壓頻率參考值、PLL的 輸出相角； 5) 將孤島電壓控制的輸出uv(d，q)疊加上并網(wǎng)電流控制的輸出u。(4(1)得到u ，將疊加 后的數(shù)據(jù)u〇a q)經(jīng)過(guò)dq/ α β坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換得到u α ο，結(jié)合u α ο和直流側(cè)電壓u d。進(jìn)行SVPWM 調(diào)制，得到三相逆變橋驅(qū)動(dòng)信號(hào)，即占空比Da、Db、D。，傳送至驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)， 用來(lái)驅(qū)動(dòng)逆變器，至此平滑切換完成，分布式發(fā)電系統(tǒng)三相逆變器由并網(wǎng)運(yùn)行模式平滑切 換為孤島運(yùn)行模式。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種分布式發(fā)電三相逆變器平滑切換控制方法，包括孤島運(yùn)行到并網(wǎng)運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行到孤島運(yùn)行的平滑切換控制兩個(gè)部分。平滑切換控制環(huán)節(jié)主要由鎖相環(huán)(PLL)和切換開關(guān)組成。當(dāng)逆變器從孤島運(yùn)行切換到并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，通過(guò)操作切換開關(guān)對(duì)逆變器輸出電壓進(jìn)行預(yù)同步，使得逆變器輸出電壓與電網(wǎng)電壓同步，減小了并網(wǎng)時(shí)的電流沖擊，從而實(shí)現(xiàn)平滑并網(wǎng)切換；當(dāng)逆變器從并網(wǎng)運(yùn)行到孤島運(yùn)行時(shí)，通過(guò)操作切換開關(guān)使得電流控制的參考指令從當(dāng)前指令電流逐漸減小為零，由于斷開并網(wǎng)開關(guān)前并網(wǎng)電流已經(jīng)降為零，進(jìn)行離網(wǎng)操作將對(duì)系統(tǒng)沒有影響，逆變器輸出電壓也不會(huì)發(fā)生波動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)離網(wǎng)平滑切換。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了分布式發(fā)電系統(tǒng)的雙模式平滑切換運(yùn)行。
【IPC分類】H02J3-38
【公開號(hào)】CN104734193
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510171907
【發(fā)明人】羅安, 周小平, 陳燕東, 周樂(lè)明, 李鳴慎, 匡慧敏, 伍文華, 楊苓, 懷坤山
【申請(qǐng)人】湖南大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年4月13日