CN104578168A - 不同容量微源微电网逆变器运行模式平滑切换控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及不同容量微源微电网逆变器运行模式平滑切换控制方法，适用于若干个不同容量微源组成的微电网，发明通过不同开关之间的切换，实现孤岛/并网两种运行模式下逆变器控制方法的平滑切换，孤岛运行采用基于容性等效输出阻抗的鲁棒V-f控制生成电压参考量，并网运行采用PQ控制；当逆变器由孤岛运行向并网运行切换时，加入预同步环节，用于控制逆变器输出电压跟踪电网电压，确保顺利完成并网；引入虚拟阻抗，将逆变器的等效输出阻抗设计呈电容性，减小并联逆变器之间的环流，较好实现不同容量微源之间的功率分配；采用电压外环电流内环的双环控制，电压外环采用PI控制、电流内环采用无差拍控制，系统的稳定性更高、动态响应速度更快。

Description

不同容量微源微电网逆变器运行模式平滑切换控制方法

技术领域

本发明涉及不同容量微源微电网逆变器运行模式平滑切换控制方法，属于分布式发电及电力电子技术领域。

背景技术

为了解决分布式微源接入电网的技术难题，电力系统相关学者们提出了微电网的概念。微电网是由分布式微源、能量转换装置及本地负荷通过网络互联组成，能够实现自我控制、保护和管理的局部发电系统。微电网可以为本地负荷提供多样化的电能需求，保证本地负荷的供电可靠性和不间断性。微电网在公共耦合点处与电网实现电能交换。微电网要求在并网状态和孤岛状态下都具备稳定运行能力，微电网控制器根据控制策略有效控制各分布式微源和本地负荷的输出和投切，保证供电可靠性和稳定性。

微电网并网运行时，大电网对微电网提供电压和频率支撑，微电网和大电网在公共耦合点处进行电能交换；电力系统出现故障时，微电网能够快速、主动地断开与电力系统的连接，平滑切换进入到孤岛运行状态，分布式微源单独向本地负荷供电。微电网平滑切换是指微电网在切换过程中电压幅值和频率的暂态振荡过程在允许的波动范围内，根据国际通用标准，要求微电网运行模式切换后各个交流母线电压幅值偏差不大于±7％额定电压，频率偏差不大于0.1Hz。

在现有技术当中与本专利申请相关的内容主要有以下几篇文献：

文献一为吕志鹏、罗安发表于2012年4月25日《中国电机工程学报》第32卷第12期上的《不同容量微源逆变器并联功率鲁棒控制》一文。该文针对孤岛运行模式下微电网逆变器按容量比精确分配负荷有功和无功，作了深入研究。同时，该文的一系列工作表明，逆变器等效输出阻抗对于不同容量微源逆变器并联功率控制的效果影响甚大。如逆变器等效输出阻抗设计得当，则微网中不同容量逆变器将会按照比例精确分配有功功率和无功功率。

文献二为汪英、张庆海于2014年5月28日投稿，2014年11月发表在《电源技术》第38卷第11期上的《容性等效输出阻抗的逆变器并联控制研究》一文。文中针对孤岛运行模式下的多逆变器并联控制，通过引入虚拟阻抗，将逆变器输出阻抗设计呈电容性，提出了基于容性等效输出阻抗的鲁棒下垂控制策略。对比了容性、感性、阻性三种不同等效输出阻抗条件下的功率均分特性，结果表明，容性等效输出阻抗条件下的孤岛多逆变器并联运行控制系统应用于不同容量微源微电网具有更好的功率均分性能。在此文研究成果的基础上，研究微电网逆变器的孤岛/并网运行模式平滑切换控制方法，更有现实意义。

文献三为张纯、陈民铀、王振存发表于2011年10月16日《电力系统保护与控制》第39卷第20期上的《微网运行模式平滑切换的控制策略研究》一文。该文提出了一种微网运行模式相互切换的控制流程，然而其对引入虚拟阻抗、分析逆变器等效输出阻抗，使其更好地适应不同容量微源的微电网这一内容，并未涉及。实际中，由于不同容量微源的存在，如何减少微电网中各逆变器之间的环流、取得更优的功率均分特性，对微电网中多逆变器并联系统能否运行成功至关重要。

中国专利文献CN 102170134 B公开了微电网并网到离网控制方法及无缝切换方法，该发明的微电网并网到离网控制方法根据上送的一次、二次设备电压、电流采样信息，判断微电网是作为负荷从大电网中吸收电量还是作为发电设备往大电网上送电量，并据此实时计算离网时微电网的功率盈缺，根据功率盈缺制定各负荷、分布式电源的投退控制计划；该发明主要满足了微电网在离网瞬间的发电出力和负荷用电保持平衡，但是，未对微电网孤岛/并网两种运行模式平滑切换作深入、充分地阐述。

中国专利文献CN 103928946 A公开了一种三相双模式逆变器的平滑切换控制方法，该方法包括离并网平滑切换控制和离网平滑切换控制两个部分，解决了微电网逆变器在并网时电流冲击大、在离网时直流侧电压等问题，实现了微电网运行模式的平滑切换。然而，这种方法是针对三相逆变器的并联运行控制方法，同时，该发明未涉及不同容量微源逆变器并联运行时，该方法能否在不同容量逆变器精确分配有功功率和无功功率的前提下，仍能有效实现微电网运行模式的平滑切换。

发明内容

针对现有技术不足，本发明公开了不同容量微源微电网逆变器运行模式平滑切换控制方法；

本发明通过不同开关之间的切换，实现孤岛/并网两种运行模式下逆变器控制方法的平滑切换，较好地适用于不同容量微源组成的微电网中。两种运行模式下，采用不同的电压参考量生成方法：孤岛运行采用基于容性等效输出阻抗的鲁棒V-f控制生成电压参考量，并网运行采用PQ控制；当逆变器由孤岛运行向并网运行切换时，加入预同步环节，用于控制逆变器输出电压跟踪电网电压，确保顺利完成并网；引入虚拟阻抗，将逆变器的等效输出阻抗设计呈电容性，减小并联逆变器之间的环流，较好地实现不同容量微源之间的功率分配；采用电压外环电流内环的双环控制，电压外环采用PI控制、电流内环采用无差拍控制，系统的稳定性更高、动态响应速度更快。

本发明的技术方案为：

不同容量微源微电网逆变器运行模式平滑切换控制方法，该方法在若干个不同容量微源组成的微电网中运行，所述微电网包括若干个分布式发电单元，所述分布式发电单元包括顺次连接的微源、H桥逆变电路、LC滤波电路，所述LC滤波电路通过连接线路连接至交流母线，交流母线上接有负载，同时还连接电网，具体步骤包括：

(1)负载开关闭合，孤岛运行开关S₁闭合，逆变器开启孤岛运行模式；

(2)负载开关断开，孤岛运行开关S₁断开，预同步开关S₂和并网运行开关S₃闭合，并网开关闭合，进行预同步控制；

(3)预同步控制完成后，预同步开关S₂断开，保留并网运行开关S₃闭合，逆变器由孤岛运行模式切换至并网运行模式；

(4)并网运行模式下，负载开关闭合，负载连接交流母线，此即为负载连接交流母线的并网运行模式；此时若并网开关断开，并网运行开关S₃断开，孤岛运行开关S₁闭合，则进入孤岛运行模式；

(5)在负载未连接交流母线、电网连接交流母线的并网运行模式下，并网开关断开，并网运行开关S₃断开，并网运行模式结束，重复步骤(1)，进入孤岛运行模式。

步骤(4)中，并网运行模式下，负载开关闭合，则负载连接至交流母线，此时由于有电网电压作为支撑，交流母线上负载的接入，仅仅是负载开关闭合，而S₁、S₂、S₃的状态并不发生变化。

根据本发明优选的，步骤(1)中，负载开关闭合，孤岛运行开关S₁闭合，逆变器开启孤岛运行模式，孤岛运行模式下不同容量微源微电网逆变器运行控制方法，具体控制流程包括：

a、根据滤波电容电压u_c、滤波电感电流i_L，计算得到孤岛运行模式下的有功功率P和无功功率Q，计算公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}P=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{u}_c\left(k\right)i_L\left(k\right)\\ Q=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{u}_c\left(k\right)i_L(k-\frac{N}{4})\end{array}\right.$

其中，k、k-N/4均为工频周期内采样序号，u_c(k)为滤波电容电压u_c的瞬时采样值，i_L(k)为滤波电感电流i_L的瞬时采样值，i_L(k-N/4)为滤波电感电流i_L在k-N/4时刻的瞬时采样值；N＝T/T_c表示工频周期内的采样点数，T_c为采样周期，T为工频交流周期；

b、根据基于容性等效输出阻抗的鲁棒V-f控制原理，利用离散傅里叶变换DFT计算出滤波电容电压u_c在一个周期的有效值U_c，电压额定幅值E₀减去U_c，得到的差值乘以系数K，再加上无功功率Q与下垂控制系数n的乘积，其和经过积分运算，得到参考电压幅值E；电压额定角频率ω₀加上P与下垂控制系数m的乘积,得到参考电压角频率ω，计算公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\ω}={\mathrm{\ω}}_0+\mathrm{mP}\\ E=\frac{1}{s}[K(E_0-U_c)+\mathrm{nQ}]\end{array}\right.$

其中，m、n均为下垂控制系数；s为复频率；

c、参考电压合成，通过对u_c捕获，得到初始相位角φ，结合参考电压角频率ω和参考电压幅值E，合成引入虚拟阻抗之前的参考电压u^* _ref：

$u_{\mathrm{ref}}^{*}=\sqrt{2}E\sin (\mathrm{\ωt}+\mathrm{\φ})$

式中，t为时域量；

d、线路电流i_o与虚拟阻抗相乘，u^* _ref与得到的乘积之差，为引入虚拟阻抗之后的参考电压u_ref，具体算式为：

$u_{\mathrm{ref}}=u_{\mathrm{ref}}^{*}-\frac{1}{s{C}_V}{i}_o$

式中，C_V为虚拟电容值；

e、u_ref与u_c之差经电压外环PI控制调节，输出参考电流i_ref；

f、i_ref与i_L之差、u_c、微源输出直流电压U_dc经无差拍电流控制调节，得到调制波信号D；

g、调制波信号D和三角载波进行双极性调制，得出开关管的占空比信号，经驱动保护电路，控制H桥逆变电路开关管的开通与关断。

根据本发明优选的，步骤(2)中，预同步控制时，参考电压角频率ω计算步骤为：

h、对电网电压u_g、滤波电容电压u_c分别进行频率检测，得到电网电压角频率ω_grid和滤波电容电压角频率ω_inv；

i、电网电压角频率ω_grid和滤波电容电压角频率ω_inv之差经PI调节控制，得到Δω_synch：

Δω_synch＝k_pω(ω_grid-ω_inv)+k_iω∫(ω_grid-ω_inv)dt

其中，k_pω为PI调节的比例系数,k_iω为PI调节的积分系数；

j、根据电网电压u_g、并网电流i_g，计算得到并网运行模式下的有功功率P_g和无功功率Q_g：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_g=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{u}_g\left(k\right)i_g\left(k\right)\\ Q_g=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{u}_g\left(k\right)i_g(k-\frac{N}{4})\end{array}\right.$

其中，k、k-N/4均为工频周期内采样序号，u_g(k)为电网电压u_g的瞬时采样值，i_g(k)为并网电流i_g的瞬时采样值，i_g(k-N/4)为并网电流i_L在k-N/4时刻的瞬时采样值；N＝T/T_c表示工频周期内的采样点数，T_c为采样周期，T为工频交流周期；

k、预同步控制时，参考电压角频率ω计算式为：

$\mathrm{\ω}={\mathrm{\ω}}_0+k_{\mathrm{pP}}(P_g^{*}-P_g)+k_{\mathrm{iP}}\∫(P_g^{*}-P_g)\mathrm{dt}+\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{synch}}$

其中，k_pP为计算参考电压角频率时PI调节的比例系数，k_iP为计算参考电压角频率时PI调节的积分系数；ω₀为电压额定角频率；P_g ^*为有功功率额定值。

根据本发明优选的，并网运行模式下不同容量微源微电网逆变器运行控制方法，具体控制流程如下：

l、采用PQ控制,由有功功率P_g和无功功率Q_g、有功功率额定值P_g ^*和无功功率额定值Q_g ^*、电压额定角频率ω₀和额定幅值E₀计算得到参考电压角频率ω和幅值E，计算公式为：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\ω}={\mathrm{\ω}}_0+k_{\mathrm{pP}}(P_g^{*}-P_g)+k_{\mathrm{iP}}\∫(P_g^{*}-P_g)\mathrm{dt}\\ E=E_0+k_{\mathrm{pQ}}(Q_g^{*}-Q_g)+k_{\mathrm{iQ}}\∫(Q_g^{*}-Q_g)\mathrm{dt}\end{array}\right.$

其中，k_pQ为计算参考电压幅值时的PI调节的比例系数，k_iQ为计算参考电压幅值时的PI调节的积分系数；

m、结合参考电压角频率ω和幅值E，合成引入虚拟阻抗之前的参考电压u^* _ref：

$u_{\mathrm{ref}}^{*}=\sqrt{2}E\sin \mathrm{\ωt};$

n、线路电流i_o与虚拟阻抗相乘，u^* _ref与得到的乘积之差，为引入虚拟阻抗之后的参考电压u_ref，具体算式为：

$u_{\mathrm{ref}}=u_{\mathrm{ref}}^{*}-\frac{1}{s{C}_V}{i}_o;$

o、u_ref与u_c之差经电压外环PI控制调节，输出参考电流i_ref；

p、i_ref与i_L之差、u_c、微源输出的直流侧电压U_dc经无差拍电流控制调节，得到调制波信号D；

q、调制波信号D和三角载波进行双极性调制，得出开关管的占空比信号，经驱动保护电路，控制H桥逆变电路开关管的开通与关断。

根据本发明优选的，u_ref与u_c之差经电压外环PI控制调节，得到参考电流i_ref，计算公式如下：

i_ref＝k_p(u_ref-u_c)+k_i∫(u_ref-u_c)dt

式中，k_p与k_i分别是电压外环PI控制的比例、积分系数。

根据本发明优选的，i_ref与i_L之差、u_c、微源输出的直流侧电压U_dc经无差拍电流控制调节，得到调制波信号D，离散计算式为：

$D\left(k\right)=\frac{d}{U_{\mathrm{dc}}}[u_c\left(k\right)+\frac{L}{T_c}(i_{\mathrm{ref}}\left(k\right)-i_L\left(k\right))]$

其中，U_dc为微源输出直流电压，D(k)为开关管脉宽调制量，d为调制系数，0.95<d<1.0；L即逆变器滤波电感值；i_ref(k)、i_L(k)分别为i_ref、i_L的离散量。

本发明的有益效果为：

当逆变器由孤岛运行向并网运行切换时，加入预同步环节，用于控制逆变器输出电压跟踪电网电压，确保顺利完成并网；引入虚拟阻抗，将逆变器的等效输出阻抗设计呈电容性，减小并联逆变器之间的环流，实现了不同容量微源之间的功率精确分配；采用电压外环电流内环的双环控制，电压外环采用PI控制、电流内环采用无差拍控制，系统的稳定性更高、动态响应速度更快。

附图说明

图1为本发明微电网中单个分布式发电单元与负载、电网连接示意图；

图2为本发明不同容量微源微电网逆变器运行模式平滑切换控制方法示意图；

图3为本发明孤岛运行模式下电压参考量生成示意图；

所述电压参考量包括参考电压角频率ω、参考电压幅值E；

图4为本发明预同步控制示意图；

图5为本发明并网运行模式下电压参考量生成示意图；

所述电压参考量包括参考电压角频率ω、参考电压幅值E；

图6为本发明无差拍电流控制示意图。

具体实施方式

实施例1

不同容量微源微电网逆变器运行模式平滑切换控制方法，该方法在若干个不同容量微源组成的微电网中运行，所述微电网包括若干个分布式发电单元，所述分布式发电单元包括顺次连接的微源、H桥逆变电路、LC滤波电路，所述LC滤波电路通过连接线路连接至交流母线，交流母线上接有负载，同时还连接电网，具体步骤包括：

(1)负载开关闭合，孤岛运行开关S₁闭合，逆变器开启孤岛运行模式；

(2)负载开关断开，孤岛运行开关S₁断开，预同步开关S₂和并网运行开关S₃闭合，并网开关闭合，进行预同步控制；

(3)预同步控制完成后，预同步开关S₂断开，保留并网运行开关S₃闭合，逆变器由孤岛运行模式切换至并网运行模式；

(4)并网运行模式下，负载开关闭合，负载连接交流母线，此即为负载连接交流母线的并网运行模式；此时若并网开关断开，并网运行开关S₃断开，孤岛运行开关S₁闭合，则进入孤岛运行模式；

(5)在负载未连接交流母线、电网连接交流母线的并网运行模式下，并网开关断开，并网运行开关S₃断开，并网运行模式结束，重复步骤(1)，进入孤岛运行模式。

步骤(4)中，并网运行模式下，负载开关闭合，则负载连接至交流母线，此时由于有电网电压作为支撑，交流母线上负载的接入，仅仅是负载开关闭合，而S₁、S₂、S₃的状态并不发生变化。

实施例2

根据实施例1所述平滑切换控制方法，进一步限定为，步骤(1)中，负载开关闭合，孤岛运行开关S₁闭合，逆变器开启孤岛运行模式，孤岛运行模式下不同容量微源微电网逆变器运行控制方法，具体控制流程包括：

a、根据滤波电容电压u_c、滤波电感电流i_L，计算得到孤岛运行模式下的有功功率P和无功功率Q，计算公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}P=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{u}_c\left(k\right)i_L\left(k\right)\\ Q=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{u}_c\left(k\right)i_L(k-\frac{N}{4})\end{array}\right.$

其中，k、k-N/4均为工频周期内采样序号，u_c(k)为滤波电容电压u_c的瞬时采样值，i_L(k)为滤波电感电流i_L的瞬时采样值，i_L(k-N/4)为滤波电感电流i_L在k-N/4时刻的瞬时采样值；N＝T/T_c表示工频周期内的采样点数，T_c为采样周期，T为工频交流周期；

b、根据基于容性等效输出阻抗的鲁棒V-f控制原理，利用离散傅里叶变换DFT计算出滤波电容电压u_c在一个周期的有效值U_c，电压额定幅值E₀减去U_c，得到的差值乘以系数K，再加上无功功率Q与下垂控制系数n的乘积，其和经过积分运算，得到参考电压幅值E；电压额定角频率ω₀加上P与下垂控制系数m的乘积,得到参考电压角频率ω，计算公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\&omega;}={\mathrm{\&omega;}}_0+\mathrm{mP}\\ E=\frac{1}{s}[K(E_0-U_c)+\mathrm{nQ}]\end{array}\right.$

其中，m、n均为下垂控制系数；s为复频率；

c、参考电压合成，通过对u_c捕获，得到初始相位角φ，结合参考电压角频率ω和参考电压幅值E，合成引入虚拟阻抗之前的参考电压u^* _ref：

$u_{\mathrm{ref}}^{*}=\sqrt{2}E\sin (\mathrm{\&omega;t}+\mathrm{\&phi;})$

式中，t为时域量；

d、线路电流i_o与虚拟阻抗相乘，u^* _ref与得到的乘积之差，为引入虚拟阻抗之后的参考电压u_ref，具体算式为：

$u_{\mathrm{ref}}=u_{\mathrm{ref}}^{*}-\frac{1}{s{C}_V}{i}_o$

式中，C_V为虚拟电容值；

e、u_ref与u_c之差经电压外环PI控制调节，输出参考电流i_ref；

f、i_ref与i_L之差、u_c、微源输出直流电压U_dc经无差拍电流控制调节，得到调制波信号D；

g、调制波信号D和三角载波进行双极性调制，得出开关管的占空比信号，经驱动保护电路，控制H桥逆变电路开关管的开通与关断。

实施例3

根据实施例1所述平滑切换控制方法，进一步限定为，步骤(2)中，预同步控制时，参考电压角频率ω计算步骤为：

h、对电网电压u_g、滤波电容电压u_c分别进行频率检测，得到电网电压角频率ω_grid和滤波电容电压角频率ω_inv；

i、电网电压角频率ω_grid和滤波电容电压角频率ω_inv之差经PI调节控制，得到Δω_synch：

Δω_synch＝k_pω(ω_grid-ω_inv)+k_iω∫(ω_grid-ω_inv)dt

其中，k_pω为PI调节的比例系数,k_iω为PI调节的积分系数；

j、根据电网电压u_g、并网电流i_g，计算得到并网运行模式下的有功功率P_g和无功功率Q_g：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_g=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{u}_g\left(k\right)i_g\left(k\right)\\ Q_g=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{u}_g\left(k\right)i_g(k-\frac{N}{4})\end{array}\right.$

其中，k、k-N/4均为工频周期内采样序号，u_g(k)为电网电压u_g的瞬时采样值，i_g(k)为并网电流i_g的瞬时采样值，i_g(k-N/4)为并网电流i_L在k-N/4时刻的瞬时采样值；N＝T/T_c表示工频周期内的采样点数，T_c为采样周期，T为工频交流周期；

k、预同步控制时，参考电压角频率ω计算式为：

$\mathrm{\&omega;}={\mathrm{\&omega;}}_0+k_{\mathrm{pP}}(P_g^{*}-P_g)+k_{\mathrm{iP}}\&Integral;(P_g^{*}-P_g)\mathrm{dt}+\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{synch}}$

其中，k_pP为计算参考电压角频率时PI调节的比例系数，k_iP为计算参考电压角频率时PI调节的积分系数；ω₀为电压额定角频率；P_g ^*为有功功率额定值。

实施例4

根据实施例1所述平滑切换控制方法，进一步限定为，并网运行模式下不同容量微源微电网逆变器运行控制方法，具体控制流程如下：

l、采用PQ控制,由有功功率P_g和无功功率Q_g、有功功率额定值P_g ^*和无功功率额定值Q_g ^*、电压额定角频率ω₀和额定幅值E₀计算得到参考电压角频率ω和幅值E，计算公式为：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\&omega;}={\mathrm{\&omega;}}_0+k_{\mathrm{pP}}(P_g^{*}-P_g)+k_{\mathrm{iP}}\&Integral;(P_g^{*}-P_g)\mathrm{dt}\\ E=E_0+k_{\mathrm{pQ}}(Q_g^{*}-Q_g)+k_{\mathrm{iQ}}\&Integral;(Q_g^{*}-Q_g)\mathrm{dt}\end{array}\right.$

其中，k_pQ为计算参考电压幅值时的PI调节的比例系数，k_iQ为计算参考电压幅值时的PI调节的积分系数；

m、结合参考电压角频率ω和幅值E，合成引入虚拟阻抗之前的参考电压u^* _ref：

$u_{\mathrm{ref}}^{*}=\sqrt{2}E\sin \mathrm{\&omega;t};$

n、线路电流i_o与虚拟阻抗相乘，u^* _ref与得到的乘积之差，为引入虚拟阻抗之后的参考电压u_ref，具体算式为：

$u_{\mathrm{ref}}=u_{\mathrm{ref}}^{*}-\frac{1}{s{C}_V}{i}_o;$

o、u_ref与u_c之差经电压外环PI控制调节，输出参考电流i_ref；

p、i_ref与i_L之差、u_c、微源输出的直流侧电压U_dc经无差拍电流控制调节，得到调制波信号D；

q、调制波信号D和三角载波进行双极性调制，得出开关管的占空比信号，经驱动保护电路，控制H桥逆变电路开关管的开通与关断。

实施例5

根据实施例2或4所述平滑切换控制方法，进一步限定为，u_ref与u_c之差经电压外环PI控制调节，得到参考电流i_ref，计算公式如下：

i_ref＝k_p(u_ref-u_c)+k_i∫(u_ref-u_c)dt

式中，k_p与k_i分别是电压外环PI控制的比例、积分系数。

实施例6

根据实施例2或4所述平滑切换控制方法，进一步限定为，i_ref与i_L之差、u_c、微源输出的直流侧电压U_dc经无差拍电流控制调节，得到调制波信号D，离散计算式为：

$D\left(k\right)=\frac{d}{U_{\mathrm{dc}}}[u_c\left(k\right)+\frac{L}{T_c}(i_{\mathrm{ref}}\left(k\right)-i_L\left(k\right))]$

其中，U_dc为微源输出直流电压，D(k)为开关管脉宽调制量，d为调制系数，d＝0.97；L即逆变器滤波电感值；i_ref(k)、i_L(k)分别为i_ref、i_L的离散量。

Claims (6)

1.不同容量微源微电网逆变器运行模式平滑切换控制方法，其特征在于，该方法在若干个不同容量微源组成的微电网中运行，所述微电网包括若干个分布式发电单元，所述分布式发电单元包括顺次连接的微源、H桥逆变电路、LC滤波电路，所述LC滤波电路通过连接线路连接至交流母线，交流母线上接有负载，同时还连接电网，具体步骤包括：

(1)负载开关闭合，孤岛运行开关S₁闭合，逆变器开启孤岛运行模式；

(2)负载开关断开，孤岛运行开关S₁断开，预同步开关S₂和并网运行开关S₃闭合，并网开关闭合，进行预同步控制；

(3)预同步控制完成后，预同步开关S₂断开，保留并网运行开关S₃闭合，逆变器由孤岛运行模式切换至并网运行模式；

(4)并网运行模式下，负载开关闭合，负载连接交流母线，此即为负载连接交流母线的并网运行模式；此时若并网开关断开，并网运行开关S₃断开，孤岛运行开关S₁闭合，则进入孤岛运行模式；

(5)在负载未连接交流母线、电网连接交流母线的并网运行模式下，并网开关断开，并网运行开关S₃断开，并网运行模式结束，重复步骤(1)，进入孤岛运行模式。

2.根据权利要求1所述平滑切换控制方法，其特征在于，步骤(1)中，负载开关闭合，孤岛运行开关S₁闭合，逆变器开启孤岛运行模式，孤岛运行模式下不同容量微源微电网逆变器运行控制方法，具体控制流程包括：

a、根据滤波电容电压u_c、滤波电感电流i_L，计算得到孤岛运行模式下的有功功率P和无功功率Q，计算公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}P=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{u}_c\left(k\right)i_L\left(k\right)\\ Q=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{u}_c\left(k\right)i_L(k-\frac{N}{4})\end{array}\right.$

其中，k、k-N/4均为工频周期内采样序号，u_c(k)为滤波电容电压u_c的瞬时采样值，i_L(k)为滤波电感电流i_L的瞬时采样值，i_L(k-N/4)为滤波电感电流i_L在k-N/4时刻的瞬时采样值；N＝T/T_c表示工频周期内的采样点数，T_c为采样周期，T为工频交流周期；

b、根据基于容性等效输出阻抗的鲁棒V-f控制原理，利用离散傅里叶变换DFT计算出滤波电容电压u_c在一个周期的有效值U_c，电压额定幅值E₀减去U_c，得到的差值乘以系数K，再加上无功功率Q与下垂控制系数n的乘积，其和经过积分运算，得到参考电压幅值E；电压额定角频率ω₀加上P与下垂控制系数m的乘积,得到参考电压角频率ω，计算公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\&omega;}={\mathrm{\&omega;}}_0+\mathrm{mP}\\ E=\frac{1}{s}[K(E_0-U_c)+\mathrm{nQ}]\end{array}\right.$

其中，m、n均为下垂控制系数；s为复频率；

c、参考电压合成，通过对u_c捕获，得到初始相位角φ，结合参考电压角频率ω和参考电压幅值E，合成引入虚拟阻抗之前的参考电压

$u_{\mathrm{ref}}^{*}=\sqrt{2}E\sin (\mathrm{\&omega;t}+\mathrm{\&phi;})$

式中，t为时域量；

d、线路电流i_o与虚拟阻抗相乘，与得到的乘积之差，为引入虚拟阻抗之后的参考电压u_ref，具体算式为：

$u_{\mathrm{ref}}=u_{\mathrm{ref}}^{*}-\frac{1}{s{C}_V}{i}_o$

式中，C_V为虚拟电容值；

e、u_ref与u_c之差经电压外环PI控制调节，输出参考电流i_ref；

f、i_ref与i_L之差、u_c、微源输出直流电压U_dc经无差拍电流控制调节，得到调制波信号D；

g、调制波信号D和三角载波进行双极性调制，得出开关管的占空比信号，经驱动保护电路，控制H桥逆变电路开关管的开通与关断。

3.根据权利要求1所述平滑切换控制方法，其特征在于，步骤(2)中，预同步控制时，参考电压角频率ω计算步骤为：

h、对电网电压u_g、滤波电容电压u_c分别进行频率检测，得到电网电压角频率ω_grid和滤波电容电压角频率ω_inv；

i、电网电压角频率ω_grid和滤波电容电压角频率ω_inv之差经PI调节控制，得到Δω_synch：

Δω_synch＝k_pω(ω_grid-ω_inv)+k_iω∫(ω_grid-ω_inv)dt

其中，k_pω为PI调节的比例系数,k_iω为PI调节的积分系数；

j、根据电网电压u_g、并网电流i_g，计算得到并网运行模式下的有功功率P_g和无功功率Q_g：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_g=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{u}_g\left(k\right)i_g\left(k\right)\\ Q_g=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{u}_g\left(k\right)i_g(k-\frac{N}{4})\end{array}\right.$

其中，k、k-N/4均为工频周期内采样序号，u_g(k)为电网电压u_g的瞬时采样值，i_g(k)为并网电流i_g的瞬时采样值，i_g(k-N/4)为并网电流i_L在k-N/4时刻的瞬时采样值；N＝T/T_c表示工频周期内的采样点数，T_c为采样周期，T为工频交流周期；

k、预同步控制时，参考电压角频率ω计算式为：

$\mathrm{\&omega;}={\mathrm{\&omega;}}_0+k_{\mathrm{pP}}(P_g^{*}-P_g)+k_{\mathrm{iP}}\&Integral;(P_g^{*}-P_g)\mathrm{dt}+{\mathrm{\&Delta;\&omega;}}_{\mathrm{synch}}$

其中，k_pP为计算参考电压角频率时PI调节的比例系数，k_iP为计算参考电压角频率时PI调节的积分系数；ω₀为电压额定角频率；P_g ^*为有功功率额定值。

4.根据权利要求1所述平滑切换控制方法，其特征在于，并网运行模式下不同容量微源微电网逆变器运行控制方法，具体控制流程如下：

l、采用PQ控制,由有功功率P_g和无功功率Q_g、有功功率额定值P_g ^*和无功功率额定值Q_g ^*、电压额定角频率ω₀和额定幅值E₀计算得到参考电压角频率ω和幅值E，计算公式为：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\&omega;}={\mathrm{\&omega;}}_0+k_{\mathrm{pP}}(P_g^{*}-P_g)+\&Integral;k_{\mathrm{iP}}(P_g^{*}-P_g)\mathrm{dt}\\ E=E_0+k_{\mathrm{pQ}}(Q_g^{*}-Q_g)+\&Integral;k_{\mathrm{iQ}}(Q_g^{*}-Q_g)\mathrm{dt}\end{array}\right.$

其中，k_pQ为计算参考电压幅值时的PI调节的比例系数，k_iQ为计算参考电压幅值时的PI调节的积分系数；

m、结合参考电压角频率ω和幅值E，合成引入虚拟阻抗之前的参考电压

$u_{\mathrm{ref}}^{*}=\sqrt{2}E\sin \mathrm{\&omega;t};$

n、线路电流i_o与虚拟阻抗相乘，与得到的乘积之差，为引入虚拟阻抗之后的参考电压u_ref，具体算式为：

$u_{\mathrm{ref}}=u_{\mathrm{ref}}^{*}-\frac{1}{s{C}_V}{i}_o;$

o、u_ref与u_c之差经电压外环PI控制调节，输出参考电流i_ref；

p、i_ref与i_L之差、u_c、微源输出的直流侧电压U_dc经无差拍电流控制调节，得到调制波信号D；

q、调制波信号D和三角载波进行双极性调制，得出开关管的占空比信号，经驱动保护电路，控制H桥逆变电路开关管的开通与关断。

5.根据权利要求2或4任一所述平滑切换控制方法，其特征在于，u_ref与u_c之差经电压外环PI控制调节，得到参考电流i_ref，计算公式如下：

i_ref＝k_p(u_ref-u_c)+k_i∫(u_ref-u_c)dt

式中，k_p与k_i分别是电压外环PI控制的比例、积分系数。

6.根据权利要求2或4任一所述平滑切换控制方法，其特征在于，i_ref与i_L之差、u_c、微源输出的直流侧电压U_dc经无差拍电流控制调节，得到调制波信号D，离散计算式为：

$D\left(k\right)=\frac{d}{U_{\mathrm{dc}}}[u_c\left(k\right)+\frac{L}{T_c}(i_{\mathrm{ref}}\left(k\right)-i_L\left(k\right))]$

其中，U_dc为微源输出直流电压，D(k)为开关管脉宽调制量，d为调制系数，0.95<d<1.0；L即逆变器滤波电感值；i_ref(k)、i_L(k)分别为i_ref、i_L的离散量。