基于電容電流的微網(wǎng)變流器無(wú)縫切換控制策略的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力電子設(shè)備控制領(lǐng)域，尤其涉及一種基于電容電流的微網(wǎng)變流器無(wú) 縫切換控制策略。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，隨著能源危機(jī)與環(huán)境問題的不斷加重，世界各國(guó)紛紛將目光投向了環(huán)保、 高效、可靠的分布式發(fā)電技術(shù)，而由小容量分布式電源形成的微網(wǎng)研究更加令人關(guān)注。微網(wǎng) 中的分布式電源包括微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池、光伏電源、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、蓄電池和高速飛輪 等，通常需要通過(guò)電力電子裝置將微網(wǎng)電源與常規(guī)電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行。
[0003] 微網(wǎng)存在兩種典型的運(yùn)行模式，并網(wǎng)模式和孤島模式。在電網(wǎng)正常時(shí)，微網(wǎng)與電網(wǎng) 相連，并向電網(wǎng)注入功率或吸收功率，稱為并網(wǎng)模式；當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，引起電網(wǎng)斷路器 跳閘，原并網(wǎng)運(yùn)行的微網(wǎng)電源系統(tǒng)處在孤島運(yùn)行狀態(tài)，形成微網(wǎng)電源帶當(dāng)?shù)刎?fù)載獨(dú)立工作 的情況，稱為孤島模式。為了保證當(dāng)?shù)刎?fù)載供電的可靠性，微網(wǎng)系統(tǒng)在這兩種模式之間的無(wú) 縫切換具有重要的意義。
[0004] 如何保證并網(wǎng)與孤網(wǎng)之間切換時(shí)當(dāng)?shù)仃P(guān)鍵負(fù)載的供電可靠性不受兩種模式切換 的影響，一些學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了研究。已有兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)轉(zhuǎn)孤網(wǎng)的無(wú)縫切換：已有技術(shù)
[1]，見 IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS 第 58 卷第 1 期出版的"Control for Grid-Connected and Intentional Islanding Operations of Distributed Power Generation"，該技術(shù)方法采用三相逆變器與電網(wǎng)和關(guān)鍵負(fù)載相連。在并網(wǎng)模式下，逆變器 控制成電流源，逆變器的輸出電流組成電流環(huán)并向電網(wǎng)注入功率；在孤島模式下，以逆變器 的輸出電流作為內(nèi)環(huán)，同時(shí)檢測(cè)PCC點(diǎn)（公共連接點(diǎn)）電壓構(gòu)成電壓外環(huán)，將逆變器控制為 電壓源，使得關(guān)鍵負(fù)載不會(huì)因?yàn)殡娋W(wǎng)掉電而不能正常工作，在檢測(cè)到孤島發(fā)生后，文中提到 要根據(jù)微網(wǎng)電源的容量與負(fù)載大小來(lái)判斷是否減載，使得邏輯算法復(fù)雜，檢測(cè)環(huán)節(jié)增多，而 且切換前后還要改變控制結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換。已有技術(shù)[2]，見IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS第29卷第3 期出版的"A Unified Control Strategy for Three-phase Inverter in Distributed Generation"，該技術(shù)方法也可稱為間接電流控制方法，在該方 法中檢測(cè)電網(wǎng)電壓，將電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)變成變流器輸出參考電流，通過(guò)改變輸出電流的參考值 來(lái)調(diào)節(jié)變流器輸出的功率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)到孤網(wǎng)切換時(shí)負(fù)載電壓的平滑過(guò)渡，而且不需要 在并網(wǎng)和孤網(wǎng)兩個(gè)模式間利用開關(guān)來(lái)進(jìn)行切換，只有一個(gè)控制結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于，提出一種基于電容電流的微網(wǎng)變流器無(wú)縫切換控制策略，用 于解決非計(jì)劃孤島發(fā)生前后微網(wǎng)電源的無(wú)縫切換問題，從而實(shí)現(xiàn)切換時(shí)PCC點(diǎn)電壓的平滑 過(guò)渡。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是一種通過(guò)對(duì)電容電流的控制來(lái)啟動(dòng) 電流限幅器以實(shí)現(xiàn)在切換過(guò)程中變流器連接的負(fù)載電壓不畸變。其特征在于微網(wǎng)變流器為 三相功率雙向流動(dòng)的PffM變流器，通過(guò)LC濾波器與電網(wǎng)相連；在電感電流控制閉環(huán)的基礎(chǔ) 上增加電容電流環(huán)，電容電流環(huán)包含一個(gè)電流限幅器，變流器并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，電流限幅器不起 作用，電感電流控制閉環(huán)將變流器控制為電流源；當(dāng)孤島發(fā)生時(shí)，電容電流產(chǎn)生突變，電流 限幅器起作用，電容電流經(jīng)過(guò)限幅器后再與電容電流值比較產(chǎn)生差值，該差值經(jīng)PI調(diào)節(jié)器 產(chǎn)生電感電流指令，通過(guò)改變電感電流保障PCC點(diǎn)電壓穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)PCC點(diǎn)電壓的并網(wǎng)運(yùn)行模 式與孤網(wǎng)運(yùn)行模式之間的無(wú)縫切換。
[0007] 其中，所述電感電流為變流器輸出的電流，電流方向決定變流器是吸收或者發(fā)出 功率。
[0008] 所述電容電流為L(zhǎng)C濾波器中流過(guò)電容C的電流，電容C的一端即為PCC點(diǎn)。
[0009] 所述電容電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器參數(shù)根據(jù)切換前后供電電壓質(zhì)量的要求和電流環(huán)的響 應(yīng)速度要求進(jìn)行設(shè)置，電感電流閉環(huán)的PI調(diào)節(jié)器參數(shù)由切換前后輸出電流的質(zhì)量要求進(jìn) 行設(shè)置。
[0010] 本發(fā)明具有以下有益效果：通過(guò)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下電容電流的突變啟動(dòng)電流限幅 器來(lái)控制微網(wǎng)電源系統(tǒng)的PCC點(diǎn)電壓，實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)變流器的并網(wǎng)與孤網(wǎng)之間的無(wú)縫切換，保 證負(fù)載供電電壓質(zhì)量。該控制方法只有電流參數(shù)，并直接對(duì)電流進(jìn)行控制，便于控制。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1為本發(fā)明的微網(wǎng)變流器系統(tǒng)示意圖； 圖2為本發(fā)明的控制結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明的同步坐標(biāo)系橫軸下含有電容電流環(huán)和電感電流環(huán)的簡(jiǎn)化控制框圖； 圖4為本發(fā)明的基于電容電流的無(wú)縫切換的PCC點(diǎn)電壓仿真圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0013] 圖1為本發(fā)明的微網(wǎng)變流器系統(tǒng)示意圖。變流器為三相電壓型變流器，直流側(cè)的 電壓恒定，6個(gè)IGBT采用PffM控制，通過(guò)變流器輸出交流電壓。并網(wǎng)時(shí)，變流器輸出的功率 一部分供給負(fù)載，一部分返回電網(wǎng)；孤網(wǎng)時(shí)，變流器輸出的功率全部供給負(fù)載。選用LC濾波 器，三相并網(wǎng)型變流器流出的電流為電感電流為iu，Λ。，濾波電容電流為4 a、4、負(fù) 載電流為^b、4。，并網(wǎng)時(shí)電網(wǎng)電流為4、4、同時(shí)PCC點(diǎn)電壓稱為公共連接點(diǎn)電 壓，其值也等于濾波電容兩端電壓。
[0014] 圖2為本發(fā)明的控制結(jié)構(gòu)示意圖。通過(guò)電流互感器檢測(cè)LC濾波器的三相電容電 流，以及變流器的三相電感電流，經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換后對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的d軸和q軸分 量。外環(huán)為電容電流環(huán)，電容電流經(jīng)過(guò)限幅器后與自身比較產(chǎn)生差值，該差值經(jīng)過(guò)電容電流 環(huán)PI調(diào)節(jié)器后產(chǎn)生電感電流指令，作為內(nèi)環(huán)的輸入，電感電流內(nèi)環(huán)經(jīng)過(guò)電感電流PI調(diào)節(jié)器 后，加上電感電流的耦合分量一起作為控制信號(hào)的輸出，該輸出經(jīng)過(guò)坐標(biāo)反旋轉(zhuǎn)變換后，生 成六路PffM信號(hào)，控制三相變流器的六個(gè)開關(guān)器件。
[0015] 通過(guò)坐標(biāo)變換將三相對(duì)稱靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)基波頻率同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系橫 軸和同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系縱軸，其中電感電流、電容電流、電感的參考電流在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系橫 軸下分別為iu、4、縱軸分別下為I、 -^Cq ^ -^refLqi 電感電流內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器為尸石，電容電 流環(huán)調(diào)節(jié)器為/?，并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)控制為電流源，此時(shí)電流限幅器不起作用；在非計(jì)劃孤島發(fā) 生時(shí)，PCC點(diǎn)電壓突變，使得同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下電容電流突變，啟動(dòng)電流限幅器，限幅器的上 限值或下限值與電容電流的實(shí)際值比較產(chǎn)生差值，經(jīng)過(guò)電容電流環(huán)/?控制器放大，產(chǎn)生一 個(gè)近似于電壓的調(diào)制波進(jìn)而實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)電源變流器從電流源控制到電壓源控制的無(wú)縫切換， 確保PCC點(diǎn)電壓不發(fā)生畸變。
[0016] 圖3為本發(fā)明的同步坐標(biāo)系橫軸下含有電容電流環(huán)和電感電流環(huán)的簡(jiǎn)化控制框 圖。i。/為d軸下電容電流實(shí)際值與電容電流經(jīng)過(guò)電流限幅器相減后的差值，&為d軸下 電網(wǎng)電流。電感電流環(huán)控制器為(6·)，電容電流環(huán)控制器為G 2 (6·)?！?P，々"，先P，々2I為PI 調(diào)節(jié)器的參數(shù)，Zf為濾波電感，Cf為濾波電容。
[0017] 由圖3可求電感電流開環(huán)傳遞函數(shù)如式（1)，電感電流閉環(huán)傳遞函數(shù)如式（2)，含 有電容電壓外環(huán)的閉環(huán)傳遞函數(shù)如式（3 )
根據(jù)式（2)和（3)中的傳遞函數(shù)表達(dá)式中的截止頻率和切換效果確定々 1P，々"，々2P，先I 值。
[0018] 圖4為在主電路參數(shù)設(shè)定情況下，基于控制量電容電流無(wú)縫切換控制的切換仿真 結(jié)果。其中切換時(shí)間為0.225s。從圖中可以看到，基于控制量電容電流的控制可以滿足滿 足非計(jì)劃孤島下的無(wú)縫切換，PCC點(diǎn)電壓只有較小的畸變。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于電容電流的微網(wǎng)變流器無(wú)縫切換控制策略，其特征在于微網(wǎng)變流器為三 相功率雙向流動(dòng)的PffM變流器，通過(guò)LC濾波器與電網(wǎng)相連；在電感電流控制閉環(huán)的基礎(chǔ)上 增加電容電流環(huán)，電容電流環(huán)包含一個(gè)電流限幅器，變流器并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，電流限幅器不起作 用，電感電流控制閉環(huán)將變流器控制為電流源；當(dāng)孤島發(fā)生時(shí)，電容電流產(chǎn)生突變，電流限 幅器起作用，電容電流經(jīng)過(guò)限幅器后再與電容電流比較產(chǎn)生差值，該差值經(jīng)PI調(diào)節(jié)器產(chǎn)生 電感電流指令，通過(guò)改變電感電流保障PCC點(diǎn)電壓穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)PCC點(diǎn)電壓的并網(wǎng)運(yùn)行模式與 孤網(wǎng)運(yùn)行模式之間的無(wú)縫切換。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于電容電流的微網(wǎng)變流器無(wú)縫切換控制策略，電感 電流為變流器輸出的電流，電流方向決定變流器是吸收或者發(fā)出功率。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于電容電流的微網(wǎng)變流器無(wú)縫切換控制策略，電容 電流為L(zhǎng)C濾波器中流過(guò)電容C的電流，電容C的一端即為PCC點(diǎn)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于電容電流的微網(wǎng)變流器無(wú)縫切換控制策略，電容 電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器參數(shù)根據(jù)切換前后供電電壓質(zhì)量的要求和電流環(huán)的響應(yīng)速度要求進(jìn)行設(shè) 置，電感電流閉環(huán)的PI調(diào)節(jié)器參數(shù)由切換前后輸出電流的質(zhì)量要求進(jìn)行設(shè)置。
【專利摘要】本發(fā)明屬于電力電子設(shè)備控制領(lǐng)域，尤其涉及一種基于電容電流的微網(wǎng)變流器無(wú)縫切換控制策略,在微網(wǎng)變流器的電感電流控制環(huán)的基礎(chǔ)上增加電容電流環(huán)，電容電流環(huán)包含一個(gè)電流限幅器，變流器并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，電流限幅器不起作用，電感電流控制閉環(huán)將變流器控制為電流源；當(dāng)孤島發(fā)生時(shí)，電容電流產(chǎn)生突變，電容電流經(jīng)過(guò)限幅器后再與電容電流值比較產(chǎn)生差值，該差值經(jīng)PI調(diào)節(jié)器產(chǎn)生電感電流指令，通過(guò)改變電感電流保障PCC點(diǎn)電壓穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)PCC點(diǎn)電壓的并網(wǎng)運(yùn)行模式與孤網(wǎng)運(yùn)行模式之間的無(wú)縫切換。本發(fā)明應(yīng)用直接電流控制進(jìn)行切換。從仿真結(jié)果中可以看到，本發(fā)明能夠很好地使非計(jì)劃孤島下PCC點(diǎn)電壓平滑過(guò)渡。
【IPC分類】H02H9/04, H02J3/38, H02J3/00
【公開號(hào)】CN105098768
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510279888
【發(fā)明人】趙國(guó)鵬, 王彥杰, 韓民曉
【申請(qǐng)人】華北電力大學(xué)
【公開日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2015年5月28日