一種交直流混合微電網功率平衡控制方法與流程
本發明涉及一種交直流混合微電網功率平衡控制方法，屬于交直流混合微電網功率平衡控制領域。
背景技術：
如圖1所示，為交直流混合微電網拓撲圖，包括電源逆變器、電源逆變器的直流側連接電源裝置，電源逆變器的交流側連接交流子網，交流子網上可連接有交流負載，交流子網連接接口變換器的交流側，接口變換器的直流側連接直流子網，直流子網上可連接有直流負載，直流子網連接配網側變換器的直流側，配網側變換器的交流側連接配電網。
為了更有效地利用可再生能源，當分布式電源供應本地負荷尚有盈余時，采用交、直流混合微電網并網運行模式，將多余的能量回饋至大電網，可以最大程度減少傳統能源的消耗。但是，混合微電網并網運行時，由于微電網內負荷相對小，配網側的電壓波動，尤其是電網故障發生電壓跌落將導致配網側變換器功率輸送能力下降，配網變換器輸出有功功率減小，而接口變換器和電源逆變器仍按照最大功率輸出，過剩的有功功率提高了直流子網的直流電壓，破壞微電網有功功率平衡，使直流子網的直流電壓上升，影響系統的穩定運行。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種交直流混合微電網功率平衡控制方法，用以解決電網故障破壞系統的有功功率平衡，從而影響微電網系統穩定運行的問題。
為實現上述目的，本發明的方案包括一種交直流混合微電網功率平衡控制方法，控制接口變換器使接口變換器根據直流電壓的上升程度來相應降低交流子網的電壓幅值，控制電源逆變器使電源逆變器根據交流子網的電壓幅值的降低來相應減小輸出功率，以使交直流混合微電網的有功功率達到平衡。
所述接口變換器的控制過程為：
(1)采集直流電壓；
(2)求取采集到的直流電壓與直流電壓參考值之間的誤差值，并將所述誤差值補償到接口變換器交流側的原交流電壓參考值得到補償后的交流電壓參考值；
(3)根據補償后的交流電壓參考值對接口變換器進行相應地控制，以降低交流子網的電壓幅值。
步驟(2)中，將所述誤差值補償到接口變換器交流側的原交流電壓參考值得到補償后的交流電壓參考值的實現過程為：首先將誤差值補償到接口變換器交流側的原交流電壓幅值參考值，得到新的電容電壓幅值補償值，然后，與相應的正弦信號相乘得到新的電容電壓參考值，所述新的電容電壓參考值即為所述補償后的交流電壓參考值。
步驟(3)中，根據補償后的交流電壓參考值對接口變換器進行相應地控制的實現過程為：將所述補償后的交流電壓參考值送入接口變換器交流側雙閉環控制系統中，生成用于控制接口變換器的PWM波，根據該PWM波來控制接口變換器。
所述交流側雙閉環控制系統包括電壓外環和電流內環，所述電壓外環的給定量為所述補償后的交流電壓參考值，所述電壓外環的反饋量為接口變換器交流側的實際交流電壓，所述電流內環的反饋量為接口變換器交流側的實際電流。
所述電源逆變器的控制過程為：
1)采集交流子網的電壓；
2)對采集到的交流子網的電壓進行處理，得到交流子網的電流參考值；
3)根據得到的電流參考值與電源逆變器交流側的實際電流的誤差值對電源逆變器進行控制。
所述步驟2)中，對采集到的電源逆變器交流側的電壓進行處理的實現過程為；首先獲取電源逆變器交流側的電壓幅值以及相角，然后根據電源逆變器交流側的電壓幅值得到電源逆變器交流側的電流幅值參考值，最后根據電源逆變器交流側的電流幅值參考值和所述相角得到所述電源逆變器交流側的電流參考值。
根據以下計算公式來計算電流幅值參考值IMref，
其中，IM_mpp為電源逆變器輸出的最大電流幅值；|us|為交流子網的電壓幅值；UMN為交流子網電壓幅值額定值。
所述功率平衡控制方法還包括配電側變換器的控制方法，所述配電側變換器的控制方法為：低電壓穿越時，配電側變換器向電網側提供無功功率。
配電側變換器按照以下公式計算出的無功電流來向電網側提供無功功率，
其中，UT為電網參考電壓標幺值，IN為額定電流；當電網發生三相短路故障及兩相短路故障時，UT為并網線電壓標幺值；當電網發生單相接地短路故障時，UT為并網相電壓標幺值。
在因電網故障而發生電壓跌落時，接口變換器根據直流電壓的上升程度來相應降低交流子網的電壓幅值，并且，電源逆變器根據交流子網的電壓幅值的降低來相應減小輸出功率，以使系統的有功功率達到平衡，提高微電網在低電壓穿越期間的供電質量，保證系統可靠運行，避免整個系統在電網故障時退出運行。
并且，能夠使微電網在故障穿越時直流電壓不發生明顯偏離，有利于直流負荷穩定運行，并且可以保證交流子網電壓合格。而且，接口變換器和電源逆變器在控制時均是根據線路上的數據信息來進行相應的控制，這兩個控制過程是完全獨立的，兩者之間沒有相互的通訊聯系，整個控制過程不需要額外的通訊線路，所有設備自主控制，減少了工程投資，所以，該控制方法適用于沒有相互聯系的微電網系統，換句話說，即使微電網系統中的通訊線路損壞，也不影響該控制方法，所以，該控制方法的可靠性較高。
附圖說明
圖1是交直流混合微電網拓撲圖；
圖2是接口變換器的控制原理示意圖；
圖3是電源逆變器的控制原理；
圖2中的VSC1為接口變換器，圖3中的VSI為電源逆變器。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明做進一步詳細的說明。
如圖1所示，當該交直流混合微電網穩定運行時，電源逆變器輸出最大功率，依次通過接口變換器、直流子網和配網側變換器將功率提供給配網，運行中配網側變換器采用定電壓控制方法控制直流子網的直流電壓。
當配網側出現故障并導致電壓跌落時，配網變換器輸出有功功率減小，而接口變換器和電源逆變器仍按照最大功率輸出，過剩的有功功率提高了直流子網的直流電壓。所以，將直流電壓的提升作為判斷電網是否故障的觸發信號，當直流電壓超過設定的最大值閾值時，配網側變換器和接口變換器判斷電網發生故障，此時進入低電壓穿越控制模式。
在低電壓穿越模式下，配網側變換器、接口變換器和電源逆變器均進行相應地控制，這三個設備的低電壓穿越控制方法分別大體概括為：配網變換器向電網注入無功功率；接口變換器根據直流電壓的上升程度來相應降低交流子網的電壓幅值；電源逆變器根據交流子網的電壓幅值的降低來相應減小輸出功率。在低電壓穿越模式下，通過對上述三個設備的控制，能夠降低直流子網的直流電壓，使其回落至適當值，并且使微電網有功功率達到平衡。
從圖1可知，接口變換器的交流側的交流電壓為交流子網的交流電壓，接口變換器的直流側的直流電壓為直流子網的直流電壓，電源逆變器的交流側的交流電壓為交流子網的交流電壓。
以下對配網側變換器、接口變換器和電源逆變器的低電壓穿越控制方法分別進行詳細說明。
電網故障時，在低電壓穿越模式下，配網側變換器的控制過程為：
需要對電網提供無功功率，剩余容量可以發送有功功率。在提供無功功率時，需要利用電流環控制器來根據電網電壓大小計算注入電網的無功電流。根據國標GB/T 19964-2012的要求，無功電流的計算公式如下：
其中，UT為電網參考電壓標幺值，IN為額定電流。當電網發生三相短路故障及兩相短路故障時，UT為并網線電壓標幺值；當電網發生單相接地短路故障時UT為并網相電壓標幺值。混合微電網故障穿越過程中，在滿足無功電流輸出量的情況下，應向電網注入盡可能多的有功電流并同時限制最大電流幅值。
電網故障時，在低電壓穿越模式下，如圖2所示，接口變換器的控制過程為：
(1)采集接口變換器直流側的直流電壓，即直流子網的直流電壓。
(2)比較采集到的實際的直流電壓Udc與設定的直流電壓參考值Udcref，求取兩者的誤差值，經PI控制后輸出補償量，將該補償量補償到接口變換器交流側的設定的原交流電壓幅值參考值Ucref，得到補償后的交流電壓幅值參考值，將其稱為電容電壓幅值補償值，然后，將電容電壓幅值補償值和相應的正弦信號輸入到乘法器中，兩者經過乘法處理之后得到新的電容電壓參考值ucref。其中，PI控制器的系數設為正，在Udc>Udcref時PI輸出為正，在之后的負號的作用下才能減小電容電壓幅值補償值。
(3)根據補償后的交流電壓參考值ucref對接口變換器進行相應地控制，實現低電壓穿越，具體為：將上述得到的電容電壓參考值ucref送入接口變換器交流側雙閉環控制系統中，生成用于控制接口變換器的PWM波，根據該PWM波來控制接口變換器。
如圖2所示，該交流側雙閉環控制系統包括電壓外環和電流內環，電壓外環的給定量為上述得到的電容電壓參考值ucref，電壓外環的反饋量為接口變換器交流側的實際交流電壓uc，電流內環的反饋量為接口變換器交流側的實際電流iL2。
由于直流電壓補償環節的存在，在故障穿越模式下，通過控制能夠最終使交流子網的電壓幅值下降，以便電源逆變器依此減小輸出功率，維持系統功率守恒。
另外，根據實際的直流電壓與設定的直流電壓參考值得到的補償值加入到后續的限幅環節，能夠使得接口變換器交流電壓幅值在0.9UMN～1.1UMN之間。
電網故障時，在低電壓穿越模式下，如圖3所示，電源逆變器的控制過程為：
1)檢測電源逆變器交流側的交流電壓，即交流子網的交流電壓，并對采集到的交流電壓進行處理，得到該交流電壓的幅值|us|以及相角θ，然后根據交流電壓的幅值|us|計算得到電源逆變器交流側的電流幅值參考值IMref，計算公式如下：
其中，IM_mpp為電源逆變器輸出的最大電流幅值；UMN為交流子網電壓幅值額定值。顯然，當UMN≤|us|≤1.1UMN，電源逆變器輸出最大功率；當0.9UMN≤|us|≤1UMN，輸出功率隨電壓幅值的降低逐漸下降，最終當|us|＝0.9UMN，IMref＝0，即電源逆變器不發出有功功率。
2)將電流幅值參考值IMref和相角θ輸入到乘法器中，經過乘法運算得到電源逆變器交流側的電流參考值iref。
3)檢測電源逆變器交流側的實際電流，并求取電流參考值iref與電源逆變器交流側的實際電流的誤差值，將該誤差值送入PR控制器中，產生調制信號來驅動電源逆變器中的開關管，以實現根據交流子網的電壓幅值的降低來相應減小電源逆變器的輸出功率。
在電網故障時，配網側變換器、接口變換器和電源逆變器分別進行低電壓穿越控制。其中，配網側變換器輸出無功；接口變換器按照直流電壓上升程度降低交流子網的電壓幅值；電源逆變器檢測到電壓幅值下降相應減小輸出功率，從而降低微電網中的直流電壓，使系統有功功率重新達到平衡。
另外，電網故障清除后，配網側變換器將增加有功功率輸出，直流子網電壓下降；當直流子網的直流電壓小于設定的最小值閾值時，接口變換器與配網側變換器判斷配網故障恢復，接口變換器與配網側變換器由故障穿越控制模式切換回穩態運行模式。比如：接口變換器斷開直流電壓控制的PI控制器輸出，配網側變換器采用定直流電壓控制。
上述實施例中，在電網故障引起直流電壓過高時，配網側變換器、接口變換器和電源逆變器分別進行相應的低電壓穿越控制，以保證系統的功率穩定。這只是一種優化的實施方式，由于配網側變換器的控制屬于常規技術，所以，在進行低電壓穿越時，可以只對接口變換器和電源逆變器進行上述控制。當然，采用兩個設備進行低電壓穿越控制的效率是沒有同時進行三個低電壓穿越控制的效率高，但是，這也是可實施的。
以上給出了具體的實施方式，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：接口變換器按照直流電壓上升程度降低交流子網的電壓幅值；電源逆變器檢測到電壓幅值下降相應減小輸出功率，使系統有功功率重新達到平衡。在該基本思路的基礎上，進一步詳細化該思路或者再加入其它的控制策略均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。
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