CN103390892A - 基于换流器接口的微电网电源的控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及基于换流器接口的微电网电源的控制方法及系统，在微电网并网运行时，其内部的微电网电源可以采用PQ控制方式输出恒定的功率；微电网切换为孤岛模式时，具有混合输出特性的微电源在系统频率达到其设置的参考频率时就会由PQ方式切换为V/f控制方式，作为主控电源来提供电压及频率支撑，当其输出的功率达到V/f控制区段的最大输出功率时又自动切换为PQ控制方式，而由另外的微电源来稳定电压及频率；本发明不但可以运行于微网的并网模式下，还可以运行于微网的孤岛模式下，为系统提供稳定的电压幅值及频率，具有广泛的应用前景。

Description

基于换流器接口的微电网电源的控制方法及系统
技术领域
本发明属于微电网控制技术领域，涉及一种基于换流器接口的微电网电源的控制方法及系统。
背景技术
随着电力需求的不断增长，常规电网在过去数十年里体现出来的优势使其得以快速的发展。然而由于其成本高、运行难度大，以及能源短缺、环境污染的日益加重，促进了环保、灵活、以可再生能源为主的分布式发电技术的发展。为了充分发挥分布式发电的优点并解决大电网与其之间的矛盾，一般将分布式发电系统以微电网的形式运行，然而随着微电网的接入，出现了一些新的问题，主要是微电网在孤岛运行模式下采用何种控制方式才能维持整个系统的稳定运行。
微电网在孤网状态时，需要对其内部各个微电源进行有效的控制以维持整个系统能够稳定运行，保证系统的电压及频率在合理的范围内。目前，国内外学者主要提出了三种基于换流器接口的微电源的控制方式：下垂控制方式、V/f控制方式和PQ控制方式，前两种控制方式主要用于微电网在孤岛运行模式下时为系统提供稳定的电压及频率，但采用下垂控制方式时，随着负荷需求的变化系统的电压幅值及频率也会相应的发生变化，因此下垂控制方式属于有差调节，在负荷需求变化较大时系统的电压幅值及频率可能超出规定的允许偏差范围，不能使系统稳定运行；采用V/f控制方式的微电源虽然可以在其可调容量范围内维持系统的电压幅值及频率不变，但是只能运行于微电网的孤岛模式下，不能并网运行；采用PQ控制方式的微电源不能独立运行，只能运行于有其他电源提供电压及频率支撑的情况下。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于换流器接口的微电网电源的控制方法及系统，以解决现有微电网电源控制方式无法实现在并网模式和孤岛模式下均维持整个系统稳定运行的问题。
为实现发明目的，本发明的基于换流器接口的微电网电源的控制系统包括：
电压电流检测模块，用于检测当前系统的电压、电流变量；
锁相环模块，用于检测系统的实时频率，以控制并网换流器跟踪系统的频率；
功率计算模块，用于根据电压电流检测模块获得的电压、电流变量来计算微电网电源输出的实时有功、无功功率；
并网换流器，用于微电网电源和大电网的连接及其之间的电能交换，由换流器控制模块来控制；
换流器控制模块，包括PQ控制器和V/f控制器，用于根据电压电流检测模块、锁相环模块、功率计算模块上传的数据和设定的参考变量判断是处于并网或孤岛模式，来产生控制并网换流器的SPWM调制信号，实现对微电源输出特性的控制。
为实现发明目的，本发明的基于换流器接口的微电网电源的控制方法，用于微电网电源通过并网换流器与大电网连接的系统，换流器控制模块判断微电网是处于并网模式还是孤岛模式，根据所处模式采用PQ控制方式或者V/f控制模块，相应输出SPWM调制信号，并与载波信号相比较，在两者的交点时刻控制换流器的功率开关器件IGBT的导通和关断。
进一步的，所述换流器控制模块判断微电网是处于并网模式还是孤岛模式是，换流器控制模块通过电压电流检测模块获得的反馈变量、锁相环模块得到的实时频率、功率计算模块得到的微电源输出的有功、无功功率以及设定的参考变量进行逻辑判断得到的。
进一步的，当判断微电网并网运行时，微电网电源采用PQ控制方式跟随大电网的电压频率运行于PQ特性曲线上的相应位置，并输出有功功率和无功功率；当微电网由并网模式切换为孤岛模式时，微电网电源将按照下垂特性曲线增加其输出功率并调节系统的电压幅值及频率，当系统的电压幅值、频率下降到其设置的参考电压Vref、参考频率fc时微电源将自动转换为V/f控制方式，作为主控电源维持其输出的电压幅值及频率不变，同时调节其输出功率来满足负荷的功率需求。
本发明的基于换流器接口的微电网电源的控制方法及系统适用于微电网电源通过并网换流器与大电网连接的系统，在微电网并网运行时，其内部的微电网电源可以采用PQ控制方式输出恒定的功率；微电网切换为孤岛模式时，具有混合输出特性的微电源在系统频率达到其设置的参考频率时就会由PQ方式切换为V/f控制方式，作为主控电源来提供电压及频率支撑，当其输出的功率达到V/f控制区段的最大输出功率时又自动切换为PQ控制方式，而由另外的微电源来稳定电压及频率。由此可以看出，本发明不但可以运行于微网的并网模式下，还可以运行于微网的孤岛模式下，为系统提供稳定的电压幅值及频率，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为本发明实施例的Q-V下垂特性曲线图；
图3是本发明实施例的P-f下垂特性曲线图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的微电源控制方法的原理进行详细的说明。
如图1所示，基于换流器接口的微电网电源的控制系统包括并网换流器、换流器控制模块、功率计算模块、锁相环模块以及电压电流检测模块。
电压电流检测模块主要用于检测当前系统的电压电流变量；锁相环模块主要用于检测系统的实时频率，以控制并网换流器跟踪系统的频率；功率计算模块主要用于通过检测模块获得的电压电流变量来计算微电源输出的实时有功和无功功率；并网换流器主要用于微电源和大电网的连接及其之间的电能交换，由换流器控制模块来控制；
换流器控制模块包括PQ控制器和V/f控制器，使得微电源的输出外特性满足PQ特性曲线和V/f特性曲线。当微电网处于并网状态时，微电源的并网换流器输出的有功功率和无功功率分别为其有功和无功功率参考值；当微电网运行于孤岛模式下时，微电源的并网换流器输出的电压幅值及频率分别为V/f控制下的电压幅值和频率参考值。
微电网电源通过并网换流器与大电网连接，换流器控制模块通过电压电流检测模块获得的反馈变量、锁相环模块得到的实时频率、功率计算模块得到的微电源输出的有功和无功功率以及设定的参考变量进行逻辑判断，最终输出SPWM调制信号，并与载波信号相比较，在两者的交点时刻控制换流器的功率开关器件IGBT的导通和关断。
并网换流器主要用于将微电源发出的不同形式的电能转换为工频的交流电，针对不同的要求有不同的拓扑结构，因此可根据具体的要求来设计，本发明不对其加以限制。
换流器控制模块主要用于产生控制并网换流器的SPWM调制信号，以实现对微电源输出特性的控制。换流器控制模块包含有PQ控制器和V/f控制器，两种控制器根据系统的电压频率相切换。微电网并网运行时，由于有大电网来稳定系统的电压及频率，微电源采用PQ控制方式跟随大电网的电压频率运行于PQ特性曲线上的相应位置（如图2中的AB段），并输出有功功率和无功功率分别为Pmin、Qmin；当微电网由并网模式切换为孤岛模式时，由于原先由大电网满足的负荷需求将由微电源来提供，微电源将按照下垂特性曲线增加其输出功率并调节系统的电压幅值及频率，当系统的电压幅值、频率下降到其设置的参考值Vref、fc时微电源将自动转换为V/f控制方式（如图3中的BC段），作为主控电源维持其输出的电压幅值及频率不变，同时调节其输出功率来满足负荷的功率需求。
微电网并网运行时，其内部的微电源可以采用PQ控制方式输出恒定的功率；微电网切换为孤岛模式时，具有混合输出特性的微电源在系统频率达到其设置的参考频率时就会由PQ方式切换为V/f控制方式，作为主控电源来提供电压及频率支撑，当其输出的功率达到V/f控制区段的最大输出功率时又自动切换为PQ控制方式，而由另外的微电源来稳定电压及频率。由此可以看出，具有这种混合输出特性的微电源不但可以运行于微网的并网模式下，还可以运行于微网的孤岛模式下，为系统提供稳定的电压幅值及频率，具有广泛的应用场合。
以上实施例仅用于帮助理解本发明的核心思想，不能以此限制本发明，对于本领域的技术人员，凡是依据本发明的思想，对本发明进行修改或者等同替换，在具体实施方式及应用范围上所做的任何改动，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.基于换流器接口的微电网电源的控制系统，其特征在于，包括：
电压电流检测模块，用于检测当前系统的电压、电流变量；
锁相环模块，用于检测系统的实时频率，以控制并网换流器跟踪系统的频率；
功率计算模块，用于根据电压电流检测模块获得的电压、电流变量来计算微电网电源输出的实时有功、无功功率；
并网换流器，用于微电网电源和大电网的连接及其之间的电能交换，由换流器控制模块来控制；
换流器控制模块，包括PQ控制器和V/f控制器，用于根据电压电流检测模块、锁相环模块、功率计算模块上传的数据和设定的参考变量判断是处于并网或孤岛模式，来产生控制并网换流器的SPWM调制信号，实现对微电源输出特性的控制。
2.基于换流器接口的微电网电源的控制方法，用于微电网电源通过并网换流器与大电网连接的系统，其特征在于，换流器控制模块判断微电网是处于并网模式还是孤岛模式，根据所处模式采用PQ控制方式或者V/f控制模块，相应输出SPWM调制信号，并与载波信号相比较，在两者的交点时刻控制换流器的功率开关器件IGBT的导通和关断。
3.根据权利要求2所述的基于换流器接口的微电网电源的控制方法，其特征在于：所述换流器控制模块判断微电网是处于并网模式还是孤岛模式是，换流器控制模块通过电压电流检测模块获得的反馈变量、锁相环模块得到的实时频率、功率计算模块得到的微电源输出的有功、无功功率以及设定的参考变量进行逻辑判断得到的。
4.根据权利要求2或3所述的基于换流器接口的微电网电源的控制方法，其特征在于：当判断微电网并网运行时，微电网电源采用PQ控制方式跟随大电网的电压频率运行于PQ特性曲线上的相应位置，并输出有功功率和无功功率；当微电网由并网模式切换为孤岛模式时，微电网电源将按照下垂特性曲线增加其输出功率并调节系统的电压幅值及频率，当系统的电压幅值、频率下降到其设置的参考电压Vref、参考频率fc时微电源将自动转换为V/f控制方式，作为主控电源维持其输出的电压幅值及频率不变，同时调节其输出功率来满足负荷的功率需求。
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