一種對等控制下基于儲能變流器的主動微電網無縫切換方法
【專利摘要】一種對等控制下基于儲能變流器的主動微電網無縫切換方法，屬于分布式發電微電網【技術領域】。該方法通過協調控制層的模式控制器進行模式切換，并網時采用傳統P/Q電流源控制，離網時采用基于單電壓環的相電壓幅值/相角控制，實現了并離網穩態運行時，控制易整定，控制環節少，動態響應快，克服了現有微電網進行模式切換依賴控制方式基本一致從而導致的對參數敏感、不能同時保持并網、離網控制穩定性的問題。本發明實現了微電網運行狀態的平滑切換，切換過程中儲能變流器出力平滑、連續，對負載及其他分布式能源提供不間斷電源，控制策略具有良好的普適性。
【專利說明】-種對等控制下基于儲能變流器的主動微電網無縫切換方 法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于電力系統領域，涉及含分布式電源的微電網控制技術，具體為一種對 等控制下基于儲能變流器的主動微電網無縫切換方法。
【背景技術】
[0002] 在目前的微電網建設時，由于運行成本的需求，一般儲能變流器的配置功率不能 覆蓋微電網內的所有負載功率及其他分布式能源的功率（如光伏、風電等），在進行模式切 換時，需要根據儲能變流器額定功率、儲能元件的荷電狀態、負載的重要程度、分布式能源 的發電狀態等條件，有選擇切除微電網內部分單元。即微電網在進行模式切換前需要網內 負載和其他分布式能源進行調整，因此，一般以儲能變流器為主電源的微電網在進行模式 切換前需要對網內運行狀態進行預控制，即主動的模式切換。本發明亦從微電網主動模式 切換出發，研究微電網模式平滑切換的方法和策略。
[0003] 為了實現微電網并離網模式的平滑切換，目前國內外學者提出的微電網并離網狀 態切換控制方式一般有2種：
[0004] 1.)并離網時均采用電流閉環控制，如附圖1所示。
[0005] 優點是，并網時采用P/Q控制，功率控制穩定。且由于模式切換前后均采用相似的 電流閉環控制，在狀態切換時，將并網P/Q的計算輸出量作為V/f控制的初始值，可實現控 制器模式的平滑切換。
[0006] 缺點是，在離網運行時，由于存在電流內環，調節參數較復雜，且負載發生變化時， 電流環的調節速度會影響調節效果。在狀態切換前后，雖然V/f控制和P/Q控制的控制過 程相似，但是控制參數不能通用，特別是離網時內環電流參數U配置不合理擾動較大甚至 失穩。即在狀態切換時，不但要進行控制器的切換，還要完成控制參數的切換。
[0007] 2.)并離網時均采用下垂控制，如附圖2所示。
[0008] 優點是，為模式切換前后控制原理相似，僅在離網時去掉并網時的功率閉環即可。
[0009] 缺點是，并網功率控制時，儲能變流器間容易存在環流問題。由于線路阻抗、控制 參數等因素考慮不充分，并網帶功率外環的下垂容易在儲能變流器間存在功率環流問題， 特別是無功環流，且無功環流大小對電壓幅值下垂系數敏感。
【發明內容】
[0010] 本發明的目的是提供一種對等控制下基于儲能變流器的主動微電網無縫切換方 法，它能方便地實現微電網并網運行和離網運行間的相互切換，切換時瞬間沖擊小。
[0011] 本發明具體通過以下技術方案實現上述目的：
[0012] 一種對等控制下基于儲能變流器的主動微電網無縫切換方法如附圖3所示，包括 如下步驟：
[0013] (1)微電網與電網并網運行時，對微電網采用傳統的P/Q控制；
[0014] (2)接到微電網由并網運行轉離網運行的指令后先采用下垂控制，通過對下垂控 制起始值的計算，保持各儲能變流器的輸出功率和傳統的P/Q控制時相同，然后對微電網 內的所有儲能變流器的下垂曲線的頻率初始值和電壓幅值初值％同時進行調節，實現所 有儲能變流器總輸出功率不變的前提下，儲能變流器總輸出功率按照容量在各變流器間分 配；
[0015] (3)微電網斷開并網開關，由并網狀態切換為離網狀態；
[0016] (4)在微電網離網運行時采用基于下垂的相電壓幅值/相角控制，對微電網的運 行頻率、電壓幅值進行調整；
[0017] (5)接到微電網由離網運行轉并網運行的指令后，微電網進行準同期并網控制。對 微電網的運行頻率和電壓幅值采用有差調節，頻率期望根據需同步的電源頻率、同步時間、 最大允許頻率差、最大允許角度差計算得到，電壓幅值期望為需同步的電源電壓幅值。滿足 準同期并網條件后，合上并網開關。
[0018] (6)將微電網在離網運行狀態下的基于下垂的相電壓幅值/相角控制轉并網P/Q 控制，對微電網內各儲能變流器的功率采用逐步恢復到設定值的爬坡控制。
[0019] 本發明有益效果：
[0020] 本發明提供了對等模式下基于儲能變流器的主動微電網無縫切換方法，并網時采 用傳統的P/Q控制，離網時采用了基于下垂控制的單相電壓閉環控制，克服了現有儲能變 流器并離網運行模式互相轉換時，依賴控制方式基本一致從而導致的參數敏感、不能同時 保持并網、離網控制穩定性的問題。實現了基于儲能變流器的主動微電網無縫切換，保證微 電網狀態切換時，對微電網內負荷的不間斷供電。
[0021] 本發明能夠實現在微電網從并網運行轉為孤島運行時，負載側供電連續，負載感 受不到微電網從主電網斷開造成的電壓波動，保證負載的供電連續，且通過調整下垂曲線 的頻率初值f〇、電壓初值％實現儲能變流器根據容量自動分配負載，克服了微電網和大電 網斷開后個別儲能變流器超載的問題。
[0022] 本發明能夠在準同期并網時采用相電壓幅值無差，頻率有差的調節方式，簡化一 般先采用相電壓幅值無差、頻率無差調節，再對相角進行跟蹤補償的準同期并網流程。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023] 圖1是常規電流閉環控制示意圖；
[0024] 圖2是常規下垂控制示意圖；
[0025] 圖3是本發明的對等模式下基于儲能變流器的主動微電網無縫切換方法控制流 程圖；
[0026] 圖4是本發明的并網P/Q控制示意圖；
[0027] 圖5是本發明的并網下垂控制示意圖；
[0028] 圖6是本發明三相相電壓幅值/相角控制示意圖；
[0029] 圖7是本發明儲能變流器交流濾波回路功率流向示意圖；
[0030] 圖8是本發明儲能變流器交流濾波回路電壓幅值、功角示意圖；
[0031] 圖9是本發明并網P/Q轉下垂控制后的頻率下垂曲線示意圖；
[0032] 圖10是本發明儲能變流器出力分配調整后的頻率下垂曲線示意圖；
[0033] 圖11是本發明儲能變流器下垂時電壓幅值、頻率調整示意圖。
【具體實施方式】
[0034] 下面結合說明書附圖以及具體實施例對本申請的技術方案做進一步詳細介紹。
[0035] 如附圖3所示是本發明的對等模式下基于儲能變流器的主動微電網無縫切換方 法控制流程圖，本發明的對等模式下基于儲能變流器的主動微電網無縫切換方法包括以下 步驟：
[0036] 步驟1 :微電網與電網并網運行時，對微電網采用P/Q控制，如附圖4所示，
[0037] 本發明采用的并網控制方法為傳統的P/Q控制，具有控制效果穩定，控制方法簡 單的優點。
[0038] 步驟2 :接到微電網由并網運行轉離網運行的指令后先采用下垂控制，如附圖5所 示，通過對下垂控制起始值的計算，保持各儲能變流器的輸出功率和傳統的P/Q控制時相 同，然后對微電網內的所有儲能變流器的下垂曲線的頻率初始值f〇和電壓幅值初值％同時 進行調節，實現所有儲能變流器總輸出功率不變的前提下，儲能變流器總輸出功率按照容 量在各變流器間分配。
[0039] 本發明中微電網離網控制采用基于下垂控制的相電壓幅值/相角控制。相電壓幅 值/相角控制僅對各相的電壓進行閉環控制，控制方法簡單，不涉及電流內環的控制，簡化 控制流程，響應速度快，如附圖6所示。
[0040] 但是由于并網P/Q控制和基于下垂的相電壓幅值/相角在控制上不再具有相似的 結構，因此如何保持狀態切換時的功率輸出連續，是著重解決的問題。
[0041] 首先對下垂公式1進行分析：
[0042]
【權利要求】
1. 一種對等控制下基于儲能變流器的主動微電網無縫切換方法，其特征在于：微電網 并網時采用傳統P/Q電流源控制，微電網離網時采用基于單電壓環的相電壓幅值/相角控 制，實現了并離網穩態運行。
2. -種對等控制下基于儲能變流器的主動微電網無縫切換方法，其特征在于，包括如 下步驟： (1) 微電網與電網并網運行時，對微電網采用傳統的P/Q控制； (2) 接到微電網由并網運行轉離網運行的指令后先采用下垂控制，通過對下垂控制起 始值的計算，保持各儲能變流器的輸出功率和傳統的P/Q控制時相同，然后對微電網內的 所有儲能變流器的下垂曲線的頻率初始值f〇和電壓幅值初值％同時進行調節，實現所有儲 能變流器總輸出功率不變的前提下，儲能變流器總輸出功率按照容量在各變流器間分配； (3) 微電網斷開并網開關，由并網狀態切換為離網狀態； (4) 在微電網離網運行時采用基于下垂的相電壓幅值/相角控制，對微電網的運行頻 率、電壓幅值進行調整； (5) 接到微電網由離網運行轉并網運行的指令后，微電網進行準同期并網控制；對微 電網的運行頻率和電壓幅值采用有差調節，頻率期望根據需同步的電源頻率、同步時間、最 大允許頻率差、最大允許角度差計算得到，電壓幅值期望為需同步的電源電壓幅值，滿足準 同期并網條件后，合上并網開關； (6) 將微電網在離網運行狀態下的基于下垂的相電壓幅值/相角控制轉并網P/Q控制， 對微電網內各儲能變流器的功率采用逐步恢復到設定值的爬坡控制。
3. 根據權利要求2所述的主動微電網無縫切換方法，其特征在于： 在步驟（4)中，如果微電網內只有1臺儲能變流器，將下垂控制退化為相電壓幅值/相 角控制，即以設定的頻率和設定的電壓幅值進行離網控制； 如果微電網內有多臺作為主電源的儲能變流器，在步驟（2)所述的下垂控制的基礎上 對微電網的相電壓和頻率進行PI閉環控制，將微電網實際采樣的相電壓和相電壓期望差 值輸入PI控制器，輸出結果累加到步驟（2)所述的微電網頻率下垂曲線的頻率初值&和 電壓下垂曲線的電壓初值％上，從而實現頻率下垂曲線和電壓下垂曲線的平移。
【文檔編號】H02J3/32GK104242330SQ201410538681
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年10月13日 優先權日:2014年10月13日
【發明者】趙璐璐, 張效宇, 韓建, 陳建衛, 劉智全, 王立超, 操豐梅, 劉樹 申請人:北京四方繼保自動化股份有限公司