一種具有混合輸出特性的逆變電源的控制方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種具有混合輸出特性的逆變電源的控制方法和裝置，在微電網并網運行時，其內部的逆變電源可以采用Droop控制方式跟隨系統的電壓幅值及頻率輸出相應的功率；微電網切換為孤島模式時，具有混合輸出特性的逆變電源在系統頻率達到其設置的參考頻率時就會由Droop控制方式切換為V/f控制方式。本發明不但可以運行于微網的并網模式下，還可以運行于微網的孤島模式下，為系統提供穩定的電壓幅值及頻率，具有廣泛的應用前景。
【專利說明】一種具有混合輸出特性的逆變電源的控制方法和裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種具有混合輸出特性的逆變電源的控制方法。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著電力需求的不斷增長，以及能源短缺、環境污染的日益加重，分布式發電技術在各國政府的大力支持下得到了快速的發展。為了充分發揮分布式發電的優點并解決大電網與其之間的矛盾，一般將分布式發電系統以微電網的形式運行，然而隨著微電網的接入，出現了一些新的問題，主要是微電網在孤島運行模式下采用何種控制方式才能維持整個系統的穩定運行。
[0003]微電網在孤網狀態時，需要對其內部各個微電源進行有效的控制以維持整個系統能夠穩定運行，保證系統的電壓及頻率在合理的范圍內。目前，國內外學者主要提出了三種基于換流器接口的逆變電源的控制方式:Droop控制方式(下垂控制方式)、V/f控制方式和PQ控制方式，前兩種控制方式主要用于微電網在孤島運行模式下時為系統提供穩定的電壓及頻率，但采用下垂控制方式時，隨著負荷需求的變化系統的電壓幅值及頻率也會相應的發生變化，因此下垂控制方式屬于有差調節，在負荷需求變化較大時系統的電壓幅值及頻率可能超出規定的允許偏差范圍，不能使系統穩定運行；采用V/f控制方式的逆變電源雖然可以在其可調容量范圍內維持系統的電壓幅值及頻率不變，但是只能運行于微電網的孤島模式下，不能并網運行；采用PQ控制方式的逆變電源不能獨立運行，只能運行于有其他電源提供電壓及頻率支撐的情況下。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種具有混合輸出特性的逆變電源的控制方法，用以克服現有技術DiOOP控制與V/f控制的缺陷，以解決現有逆變電源控制方式無法實現在并網模式和孤島模式下均維持整個系統穩定運行的問題。
[0005]為實現上述目的，本發明的方案包括:
[0006]一種具有混合輸出特性的逆變電源的控制方法，至少包括如下步驟:
[0007]并網控制步驟:在微電網處于并網運行模式時，采用Droop控制方式；
[0008]切換控制步驟:微電網由并網運行模式切換為孤島運行模式時，繼續采用Droop控制方式直到系統的電壓幅值、頻率下降到其設置的參考值VMf、fc時，切換為V/f控制方式。
[0009]在V/f控制方式下，當其輸出的功率達到V/f控制區段的最大輸出功率時自動切換為Droop控制方式。
[0010]逆變電源采用SPWM控制方式控制功率開關器件IGBT的導通和關斷。
[0011]一種具有混合輸出特性的逆變電源的控制裝置，至少包括如下模塊:
[0012]并網控制模塊:在微電網處于并網運行模式時，采用Droop控制方式；
[0013]切換控制模塊:微電網由并網運行模式切換為孤島運行模式時，繼續采用Droop控制方式直到系統的電壓幅值、頻率下降到其設置的參考值U、fc時，切換為v/f控制方式。
[0014]在V/f控制方式下，當其輸出的功率達到V/f控制區段的最大輸出功率時自動切換為Droop控制方式。
[0015]逆變電源采用SPWM控制方式控制功率開關器件IGBT的導通和關斷。
[0016]本發明的基于換流器接口的逆變電源的控制方法及系統適用于微電網電源通過并網換流器與大電網連接的系統，在微電網并網運行時，其內部的逆變電源可以采用Droop控制方式跟隨系統的電壓頻率輸出相應的功率；微電網切換為孤島模式時，具有混合輸出特性的逆變電源在系統頻率達到其設置的參考頻率時就會由Droop控制方式切換為V/f控制方式，作為主控電源來提供電壓及頻率支撐，當其輸出的功率達到V/f控制區段的最大輸出功率時又自動切換為Droop控制方式，而由另外的微電源來穩定電壓及頻率。由此可以看出，本發明不但可以運行于微網的并網模式下，還可以運行于微網的孤島模式下，為系統提供穩定的電壓幅值及頻率，具有廣泛的應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是基于換流器接口的具有混合輸出特性的逆變電源的控制系統示意圖；
[0018]圖2是本發明的Ρ-f下垂特性曲線圖；
[0019]圖3是本發明的Q-V下垂特性曲線圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本發明做進一步詳細的說明。
[0021]逆變電源(即圖1中微電源)通過并網換流器與大電網連接，換流器控制模塊通過電壓電流檢測模塊獲得的反饋變量、鎖相環模塊得到的實時頻率、功率計算模塊得到的逆變電源輸出的有功和無功功率以及設定的參考變量進行邏輯判斷，最終輸出SPWM調制信號，并與載波信號相比較，在兩者的交點時刻控制換流器的功率開關器件IGBT的導通和關斷。
[0022]本發明的方法通過控制并網換流器實現對逆變電源(微電源)的控制，并網換流器主要用于將逆變電源發出的不同形式的電能轉換為工頻的交流電，針對不同的要求有不同的拓撲結構，因此可根據具體的要求來設計，本發明不對其加以限制。
[0023]具體來說，電壓電流檢測模塊主要用于檢測當前系統的電壓電流變量；鎖相環模塊主要用于檢測系統的實時頻率，以控制并網換流器跟蹤系統的頻率；功率計算模塊主要用于通過檢測模塊獲得的電壓電流變量來計算微電源輸出的實時有功和無功功率；并網換流器主要用于微電源和大電網的連接及其之間的電能交換，由換流器控制模塊來控制。換流器控制模塊主要用于產生控制并網換流器的SPWM調制信號，以實現對逆變電源輸出特性的控制。換流器控制模塊包括Droop控制器和V/f控制器，使得逆變電源的輸出外特性同時滿足Ρ-f和Q-V下垂特性曲線及V/f特性曲線。
[0024]當微電網處于并網狀態時，逆變電源的并網換流器跟隨系統的電壓及頻率輸出相應的有功功率和無功功率；當微電網運行于孤島模式下時，逆變電源的并網換流器輸出的電壓幅值及頻率分別為V/f控制下的電壓幅值和頻率參考值。[0025]具體來說，對照圖2、圖3，微電網并網運行時，由于有大電網來穩定系統的電壓及頻率，逆變電源采用Dioop控制方式跟隨大電網的電壓頻率運行于p-f和Q-V特性曲線上的相應位置(如圖2中的AB段)，并輸出有功功率和無功功率分別為P。Qtl ;當微電網由并網模式切換為孤島模式時，由于原先由大電網滿足的負荷需求將由逆變電源來提供，逆變電源將按照下垂特性曲線增加其輸出功率并調節系統的電壓幅值及頻率，當系統的電壓幅值、頻率下降到其設置的參考值VMf、f。時逆變電源將自動轉換為V/f控制方式(如圖2中的BC段)，作為主控電源維持其輸出的電壓幅值及頻率不變，同時調節其輸出功率來滿足負荷的功率需求。此時該逆變電源作為主控電源來提供電壓及頻率支撐。
[0026]進一步的，在V/f控制方式下，當逆變電源輸出的功率達到V/f控制區段的最大輸出功率時又自動切換為DlOOP控制方式，而由另外的逆變電源來穩定電壓及頻率。
[0027]由此可以看出，具有這種混合輸出特性的逆變電源不但可以運行于微網的并網模式下，還可以運行于微網的孤島模式下，為系統提供穩定的電壓幅值及頻率，具有廣泛的應用場合。
[0028]以上給出的是本發明的【具體實施方式】，但本發明不局限于所描述的實施方式。本發明的基本思路在于并網Droop控制方式、孤島時先Droop控制方式,按照下垂特性曲線增加其輸出功率并調節系統的電壓幅值及頻率，當系統的電壓幅值、頻率下降到其設置的參考值\ef、f。時逆變電源將自動轉換為V/f控制方式。對本領域普通技術人員而言，根據本發明的教導，設計出各種變形的模型、公式、參數并不需要花費創造性勞動。在不脫離本發明的原理和精神的情況下對實施方式進行的變化、修改、替換和變型仍落入本發明的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種具有混合輸出特性的逆變電源的控制方法，其特征在于，至少包括如下步驟: 并網控制步驟:在微電網處于并網運行模式時，采用DlOOP控制方式；切換控制步驟:微電網由并網運行模式切換為孤島運行模式時，繼續采用DlOOP控制方式直到系統的電壓幅值、頻率下降到其設置的參考值vMf、fc時，切換為Vf控制方式。
2.根據權利要求1所述的一種具有混合輸出特性的逆變電源的控制方法，其特征在于，在V/f控制方式下，當其輸出的功率達到V/f控制區段的最大輸出功率時自動切換為Droop控制方式。
3.根據權利要求1或2所述的一種具有混合輸出特性的逆變電源的控制方法，其特征在于，逆變電源采用SPWM控制方式控制功率開關器件IGBT的導通和關斷。
4.一種具有混合輸出特性的逆變電源的控制裝置，其特征在于，至少包括如下模塊: 并網控制模塊:在微電網處于并網運行模式時，采用Droop控制方式；切換控制模塊:微電網由并網運行模式切換為孤島運行模式時，繼續采用Droop控制方式直到系統的電壓幅值、頻率下降到其設置的參考值VMf、fc時，切換為V/f控制方式。
5.根據權利要求4所述的一種具有混合輸出特性的逆變電源的控制裝置，其特征在于，在V/f控制方式下，當其輸出的功率達到V/f控制區段的最大輸出功率時自動切換為Droop控制方式。
6.根據權利要求4或5所述的一種具有混合輸出特性的逆變電源的控制裝置，其特征在于，逆變電源采用SPWM控制方式控制功率開關器件IGBT的導通和關斷。
【文檔編號】H02J3/38GK103904683SQ201410102713
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月19日 優先權日:2014年3月19日
【發明者】王以笑, 唐宇, 雷振鋒, 路進升, 唐云龍, 孔波利, 崔麗艷, 王留送 申請人:許繼電氣股份有限公司, 許昌許繼軟件技術有限公司