微電網系統及其控制方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及供電電源技術領域，特別是涉及一種微電網系統及其控制方法。
【背景技術】
[0002]微電網系統是包括分布式發電裝置、儲能變流器和負荷，并具有一定自我調節和控制能力的小型配電子網。它既可以并網模式運行，也能夠在電網出現故障時以孤島模式運行。微電網技術推動了可再生能源利用和分布式發電的發展，備受世界各國重視。
[0003 ]在微電網系統中，儲能變流器是整個微電網系統的核心，在并網模式運行時存儲能量，在孤島模式運行時作為微電網系統的主電源，為整個微電網系統提供電壓和頻率的支撐。目前微電網系統的核心問題是如何降低微電網系統由并網模式切換為孤島模式時造成的切換沖擊從而實現無縫切換，然而在傳統的技術中要實現無縫切換仍然存在技術上的難點，甚至可能導致微電網系統失穩。
【發明內容】
[0004]基于此，針對上述如何降低微電網系統由并網模式切換為孤島模式時造成的切換沖擊，本發明提供一種微電網系統及其控制方法，能夠降低微電網系統由并網模式切換為孤島模式時造成的切換沖擊，實現并網/孤島模式無縫切換。
[0005]—種微電網系統，包括蓄電池，還包括儲能變流器、監測電路以及可控開關;所述可控開關連接于市電和交流母線之間；所述儲能變流器分別與所述蓄電池、所述交流母線連接;所述監測電路分別與所述儲能變流器、所述可控開關連接；
[0006]所述監測電路用于對市電的運行狀態進行監測并在市電正常時輸出第一監測信號，在市電異常時輸出第二監測信號;所述可控開關用于在所述第一監測信號的控制下導通，從而使得所述微電網系統與市電并網運行進入并網模式;所述可控開關還用于在所述第二監測信號的控制下斷開，從而使得所述微電網系統獨立向負載供電，進入孤島模式；
[0007]所述儲能變流器包括主電路和控制電路;所述主電路用于對所述蓄電池的輸出電壓進行處理以并網或向負載供電；所述控制電路用于對所述主電路的輸出進行控制;所述控制電路包括電壓外環單元、模式切換開關以及電流內環單元；
[0008]所述電流內環單元的第一輸入端與所述儲能變流器的輸出端連接，以接收儲能變流器的輸出電流反饋值;所述電流內環單元的第二輸入端與所述模式切換開關的固定端連接;所述電流內環單元的輸出端與所述主電路連接;所述模式切換開關的第一觸點用于接收電流內環給定電流值；
[0009]所述電壓外環單元的第一輸入端與所述儲能變流器的輸出端連接，以接收儲能變流器的輸出電壓反饋值;所述電壓外環單元的第二輸入端用于接收電壓外環給定電壓值；所述電壓外環單元的第三輸入端通過所述可控開關與市電連接，以接收市電電流值;所述電壓外環單元的第四輸入端用于接收所述電流內環給定電流值;所述電壓外環單元的輸出端與所述模式切換開關的第二觸點連接;所述電壓外環單元用于根據所述電壓外環單元的第四輸入端輸入的電流內環給定電流值、電壓外環單元的第三輸入端輸入的市電電流值、電壓外環單元的第二輸入端輸入的電壓外環給定電壓值以及電壓外環單元的第一輸入端輸入的儲能變流器的輸出電壓反饋值形成微電網系統并網切孤島模式的電流環給定信號；
[0010]模式切換開關用于在第一監測信號的控制下接通第一觸點，電流內環單元根據第一觸點輸入的電流內環給定電流值和儲能變流器的輸出電流反饋值生成控制信號，以控制儲能變流器輸出恒定的功率;模式切換開關還用于在第二監測信號的控制下接通第二觸點，電流內環單元根據所述電壓外環單元輸出的電流環給定信號和儲能變流器的輸出電流反饋值生成控制信號，以控制儲能變流器的輸出電壓和頻率恒定。
[0011]在其中一個實施例中，所述主電路包括變流器;所述控制電路還包括驅動信號發生器;所述驅動信號發生器連接于所述電流內環單元的輸出端和所述變流器的控制端之間；所述驅動信號發生器用于根據所述控制信號生成相應的驅動信號，以對所述變流器進行控制。
[0012]在其中一個實施例中，所述主電路還包括濾波電路;所述濾波電路連接于所述變流器的輸出端和交流母線之間，用于對變流器的輸出進行濾波處理。
[0013]在其中一個實施例中，所述電流內環單元包括相互串聯的電流環加法器和電流環控制器;所述電流環加法器的輸出端與所述電流環控制器連接，所述電流環控制器的輸出端與所述驅動信號發生器連接;所述電流環加法器用于對第一輸入端和第二輸入端的兩個輸入信號進行相減得到誤差信號；所述電流環控制器用于根據所述誤差信號形成控制信號。
[0014]在其中一個實施例中，所述電壓外環單元包括相互串聯的第一電壓環加法器、電壓環控制器以及第二電壓環加法器;所述電壓環控制器連接于所述第一電壓環加法器和所述第二電壓環加法器之間；所述第一電壓環加法器用于根據所述第一輸入端和所述第二輸入端輸入的電壓信號進行相減得到電壓誤差值;所述電壓環控制器用于根據所述電壓誤差值生成控制量;所述第二電壓環加法器用于對所述第三輸入端輸入的市電電流值、第四輸入端輸入的電流內環給定值以及所述控制量生成電流環給定信號。
[0015]在其中一個實施例中，所述電流環控制器和所述電壓環控制器均為PI調節器。
[0016]在其中一個實施例中，所述電流內環單元還包括第一三相靜止坐標系到兩相旋轉坐標系轉換模塊和兩相旋轉坐標系到三相靜止坐標系轉換模塊;所述電流環加法器包括電流環d軸加法器和電流環q軸加法器;所述電流環控制器包括電流環d軸控制器和電流環q軸控制器;所述第一三相靜止坐標系到兩相旋轉坐標系轉換模塊的輸入端與所述儲能變流器的輸出端連接，所述第一三相靜止坐標系到兩相旋轉坐標系轉換模塊的輸出端分別與所述電流環d軸加法器和電流環q軸加法器連接;所述第一三相靜止坐標系到兩相旋轉坐標系轉換模塊用于對所述儲能變流器輸出的三相電流進行轉換以生成d軸電流和q軸電流;所述兩相旋轉坐標系到三相靜止坐標系轉換模塊的輸入端分別與所述電流環d軸控制器和電流環q軸控制器的輸出端連接，所述兩相旋轉坐標系到三相靜止坐標系轉換模塊的輸出端與所述驅動信號發生器連接;所述兩相旋轉坐標系到三相靜止坐標系轉換模塊用于將所述電流環d軸控制器輸出的量以及所述電流環q軸控制器輸出的量轉換成三相調制信號，輸出給所述驅動信號發生器，用以生成所述變流器的驅動控制信號；
[0017]所述電壓外環單元還包括第二三相靜止坐標系到兩相旋轉坐標系轉換模塊和第三三相靜止坐標系到兩相旋轉坐標系轉換模塊;所述第一電壓環加法器包括第一電壓環d軸加法器和第一電壓環q軸加法器;所述電壓環控制器包括電壓環d軸控制器和電壓環q軸控制器;所述第二電壓環加法器包括第二電壓環d軸加法器和第二電壓環q軸加法器;所述第二三相靜止坐標系到兩相旋轉坐標系轉換模塊的輸入端與所述儲能變流器的輸出端連接，所述第二三相靜止坐標系到兩相旋轉坐標系轉換模塊的輸出端分別與所述第一電壓環d軸加法器、所述第一電壓環q軸加法器的輸入端連接;所述第二三相靜止坐標系到兩相旋轉坐標系轉換模塊用于對所述儲能變流器輸出的三相電壓進行轉換以生成d軸電壓和q軸電壓;所述第三三相靜止坐標系到兩相旋轉坐標系轉換模塊的輸入端用于接收市電電流；所述第三三相靜止坐標系到兩相旋轉坐標系轉換模塊的輸出端分別與所述第二電壓環d軸加法器、所述第二電壓環q軸加法器連接;所述第三三相靜止坐標系到兩相旋轉坐標系轉換模塊用于對市電的三相電流進行轉換以生成d軸電流和q軸電流;所述電流內環給定電流值包括電流內環d軸給定電流值和電流內環q軸給定電流值;所述電壓外環給定電壓值包括電壓外環d軸給定電壓值和電壓外環q軸給定電壓值；
[0018]所述模式切換開關包括d軸模式切換開關和q軸模式切換開關;所述d軸模式切換開關連接于所述電流環d軸加法器和第二電壓環d軸加法器之間；所述q軸模式切換開關連接于電流環q軸加法器和第二電壓環q軸加法器之間。
[0019]在其中一個實施例中，所述微電網系統還包括光伏發電組件;所述光伏發電組件包括光伏電池組件和與之連接的光伏逆變器;所述光伏發電組件用于將光能轉換為電能后給負載供電，并在產生的電能大于負載需求電量時輸出給電網或者所述蓄電池。
[0020]在其中一個實施例中，所述微電網系統還包括主控制器;所述主控制器用于獲取負載的重要級別，并在所述微電網系統處于孤島模式時根據所述負載的重要級別進行電能分配。
[0021]一種微電網系統的控制方法，用于控制如前述任一實施例所述的微電網系統在并網模式和孤島模式之間進行切換;所述控制方法包括:
[0022]對市電的運行狀態進行監測；
[0023]判斷市電是否處于正常狀態；
[0024]若市電處于正常狀態，則控制可控開關導通，使得微電網系統與市電并網運行進入并網模式;控制模式切換開關接通第一觸點，電流內環單元根據第一觸點輸入的電流內環給定值和儲能變流器的輸出電流反饋值生成控制信號，以控制儲能變流器輸出恒定的功率；電壓外環單元根據電壓外環單元的第四輸入端輸入的電流內環給定電流值、電壓外環單元的第三輸入端輸入的市電電流值、電壓外環單元的第二輸入端輸入的電壓外環給定電壓值以及電壓外環單元的第一輸入端輸入的儲能變流器的輸出電壓反饋值形成微電網系統并網切孤島模式的電流環給定信號；并網時，所述電流環給定信號不參與所述電流內環單元的控制過程；
[0025]若市電未處于正常狀態時，則控制可控開關斷開，使得所述微電網系統獨立向負載供電，進入孤島模式;控制模式切換開關從第一觸點接至第二觸點，所述電壓外環單元將在并網時生成的電流環給定信號輸出給所述電流內環單元;電流內環單元根據儲能變流器的輸出電流反饋值和電壓外環單元輸出的電流環給定信號生成控制信號，以控制儲能變流器的輸出電壓和頻率恒定。
[0026]上述微電網系統中的監測電路在市電正常時控制可控開關導通且控制模式切換開關接通第一觸點，微電網系統進入并網模式，電流內環單元根據電流內環給定電流值和儲能變流器的輸出電流反饋值生成控制信號，控制微電網系統的儲能變流器有恒定的功率輸出；電壓外環單元在并網模式下不參與控制，但仍然處于運行狀態，其根據電壓外環單元的四個輸入信號，即電流內環給定電流值、市電電流值、電壓外環給定電壓值以及儲能變流器的輸出電壓反饋值形成微電網系統并網切孤島模式的電流環給定信號。監