CN105071443A - 分布式电源并网控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种分布式电源并网控制方法，本发明在下垂控制中加入电压恢复控制、频率恢复控制以及相位恢复控制，实现分布式电源孤岛运行到并网运行的平稳过渡，使分布式电源稳定高效并网。本发明的并网控制方法能够使分布式电源并网开关PCC两侧电压幅值、频率和相位基本保持一致，进而使分布式电源实现孤岛运行到并网运行的平稳过渡，保证分布式电源稳定高效并网。

Description

分布式电源并网控制方法

技术领域

本发明涉及分布式电源并网控制技术，主要针对采用功率下垂控制的分布式电源并网设计。

背景技术

微电网孤岛运行状态下，分布式电源并网要求与传统同步发电机投入并联的要求相同，都需要静态开关PCC两侧电压幅值、频率和相位基本保持一致。无缝切换控制利用分布式电源模式切换控制器对静态开关两侧的电压信号进行测量，计算得到电压幅值差、频率差和相角差，并根据这些差值进行分布式电源电压频率恢复控制和相位控制，以实现分布式电源孤岛运行到并网运行的平滑切换。

传统的分布式电源下垂控制中无电压和频率的恢复控制，难以保证分布式电源孤岛运行模式和并网运行模式切换的稳定性。本发明专利在下垂控制中加入电压恢复控制、频率恢复控制以及相位恢复控制，平移下垂曲线，最终使整个系统稳定在新的稳定运行点上，在不改变分布式电源逆变器输出有无功功率的基础上实现了分布式电源与配电网电压和频率的一致，实现安全、稳定、高效并网。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分布式电源并网控制方法，能够保证分布式电源稳定高效并网。

为解决上述问题，本发明提供一种分布式电源并网控制方法，包括：

根据分布式电源运行并网条件调节微电网的电压幅值、频率和相位；

当分布式电源运行满足并网条件时，模式切换控制器控制静态开关PCC闭合，完成并网操作。

进一步的，在上述方法中，所述分布式电源运行并网条件为：

$\left\{\begin{array}{c}{E}_{grid}-E_{microgird}<\mathrm{\&Delta;}{E}_{max}\\ f_{grid}-f_{microgird}<{\mathrm{\&Delta;f}}_{max}\\ {\mathrm{\&theta;}}_{grid}-{\mathrm{\&theta;}}_{microgird}<{\mathrm{\&Delta;\&theta;}}_{max}\end{array}\right.,$

其中，E_grid表示配电网电压幅值，f_grid表示配电网频率，θ_grid表示配电网相位，E_microgird表示微电网电压幅值，f_microgird表示微电网频率，θ_microgird表示微电网相位，ΔE_max表示最大允许电压差值，Δf_max表示最大允许频率差值，Δθ_max表示最大允许相位差值。

进一步的，在上述方法中，根据分布式电源运行并网条件调节微电网的电压幅值、频率和相位，包括：

电压、频率恢复控制阶段；

相位恢复控制联阶段。

进一步的，在上述方法中，电压、频率恢复控制阶段，包括：

根据公式 $\left\{\begin{array}{c}{f}_1=f_0+f_{inc1}\\ E_1=E_0+E_{inc}\end{array}\right.$ 得到f₁和E₁，其中，f₁、E₁为电压频率恢复控制后的下垂曲线电压频率初值，f₀、E₀为原下垂曲线频率和电压幅值初值，f_inc1由配电网频率f_grid和微电网频率f_microgird经过PI调节后得到，E_inc由配电网电压幅值E_grid和微电网电压幅值E_microgird经过PI调节后得到；

根据公式f₀'＝f_inc2+f₁得到f₀'，其中，f_inc2由配电网相位θ_grid和微电网相位θ_microgird经过PI调节后得到；

将f₀'和P_load代入p/f下垂曲线得到频率参考值f。

进一步的，在上述方法中，相位恢复控制联阶段，包括：

将f×2π得到角速度ω；

对角速度ω积分得到相位角θ；

将E₁和Q_load代入E/Q下垂曲线得到E_ref；

将相位角θ和E_ref代入电压电流内环+PWM控制逆变器，逆变器输出调节后的微电网的电压、频率E_microgird、f_microgird，根据调节后的微电网的电压、频率E_microgird、f_microgird得到调节后的微电网相位θ_microgird。

与现有技术相比，本发明在下垂控制中加入电压恢复控制、频率恢复控制以及相位恢复控制，实现分布式电源孤岛运行到并网运行的平稳过渡，使分布式电源稳定高效并网。本发明的并网控制方法能够使分布式电源并网开关PCC两侧电压幅值、频率和相位基本保持一致，进而使分布式电源实现孤岛运行到并网运行的平稳过渡，保证分布式电源稳定高效并网。

附图说明

图1是本发明一实施例的分布式电源并网控制方法的原理图；

图2(a)和(b)是本发明一实施例的电压频率恢复控制示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种分布式电源并网控制方法，包括：

步骤S1，根据分布式电源运行并网条件调节微电网的电压幅值、频率和相位；

步骤S2，当分布式电源运行满足并网条件时，模式切换控制器控制静态开关PCC闭合，完成并网操作。

本发明分布式电源并网控制方法一优选的实施例中，所述分布式电源运行并网条件为：

$\left\{\begin{array}{c}{E}_{grid}-E_{microgird}<\mathrm{\&Delta;}{E}_{max}\\ f_{grid}-f_{microgird}<{\mathrm{\&Delta;f}}_{max}\\ {\mathrm{\&theta;}}_{grid}-{\mathrm{\&theta;}}_{microgird}<{\mathrm{\&Delta;\&theta;}}_{max}\end{array}\right.,$

其中，E_grid表示配电网电压幅值，f_grid表示配电网频率，θ_grid表示配电网相位，E_microgird表示微电网电压幅值，f_microgird表示微电网频率，θ_microgird表示微电网相位，ΔE_max表示最大允许电压差值，Δf_max表示最大允许频率差值，Δθ_max表示最大允许相位差值。

本发明分布式电源并网控制方法一优选的实施例中，步骤S1，根据分布式电源运行并网条件调节微电网的电压幅值、频率和相位，包括：

步骤S11，电压、频率恢复控制阶段；

步骤S12，相位恢复控制联阶段。本发明是在下垂控制中加入电压恢复控制、频率恢复控制以及相位恢复控制，即该并网方法分两个阶段：电压、频率恢复控制和相位恢复控制，主要是通过平移下垂曲线来使整个系统稳定在新的运行点上。该并网控制方法控制的原理图如图1所示，图1中孤岛转并网的模式切换控制通过电压频率恢复控制和相位控制获得相应的频率和电压幅值初值改变量，再通过平移后的下垂曲线获得最终的电压频率和幅值参考值。

如图1和2所示，本发明分布式电源并网控制方法一优选的实施例中，步骤S11，电压、频率恢复控制阶段，包括：

根据公式 $\left\{\begin{array}{c}{f}_1=f_0+f_{inc1}\\ E_1=E_0+E_{inc}\end{array}\right.$ 得到f₁和E₁，其中，f₁、E₁为电压频率恢复控制后的下垂曲线电压频率初值，f₀、E₀为原下垂曲线频率和电压幅值初值，f_inc1由配电网频率f_grid和微电网频率f_microgird经过PI调节后得到，E_inc由配电网电压幅值E_grid和微电网电压幅值E_microgird经过PI调节后得到；

根据公式f₀'＝f_inc2+f₁得到f₀'，其中，f_inc2由配电网相位θ_grid和微电网相位θ_microgird经过PI调节后得到；

将f₀'和P_load代入p/f下垂曲线得到频率参考值f。在此，图2为电压频率恢复控制示意图，图2中P_load、Q_load为逆变器输出的有功负荷和无功负荷；f₀、E₀为原下垂曲线频率和电压幅值初值，也就是配电网电压频率和幅值额定值；f₁、E₁为电压频率恢复控制后的下垂曲线电压频率初值。如图1所示，电压频率恢复控制后，给定有功和无功负荷时，分布式电源孤岛运行时的频率和电压幅值与配电网的相同。

如图1所示，本发明分布式电源并网控制方法一优选的实施例中，步骤S12，相位恢复控制联阶段，包括：

将f×2π得到角速度ω；

对角速度ω积分得到相位角θ；

将E₁和Q_load代入E/Q下垂曲线得到E_ref；

将相位角θ和E_ref代入电压电流内环+PWM控制逆变器，逆变器输出调节后的微电网的电压、频率E_microgird、f_microgird，根据调节后的微电网的电压、频率E_microgird、f_microgird得到调节后的微电网相位θ_microgird。在此，电压频率恢复控制完成后开始第二阶段的相位控制。相位控制是指通过分布式电源模式切换控制器根据分布式电源与配电网的相位差进行PI调节，得到频率改变量f_inc2，与第一阶段的频率参考值叠加得到新的参考值。若微电网电压相位滞后于配电网电压相位，则f_inc2大于0；若微电网电压相位超前于配电网电压相位，则f_inc2小于0，微电网与配电网之间的相位差都不断缩小。当相位差满足并网条件时，相位控制结束，频率增量f_inc2置为0，f_inc1和E_inc保存为前一时刻值叠加到原下垂曲线频率f₀和电压幅值参考值U₀上，此时分布式电源模式切换控制器控制静态开关PCC闭合完成孤岛转并网的切换。由于此时分布式电源的电压幅值和频率与配电网一致，也就分布式电源逆变器输出的有无功功率与负荷消耗的有无功功率相等，因此并网瞬间联络线上的功率冲击较小，逆变器输出功率基本不变。

综上所述，本发明在下垂控制中加入电压恢复控制、频率恢复控制以及相位恢复控制，实现分布式电源孤岛运行到并网运行的平稳过渡，使分布式电源稳定高效并网。本发明的并网控制方法能够使分布式电源并网开关PCC两侧电压幅值、频率和相位基本保持一致，进而使分布式电源实现孤岛运行到并网运行的平稳过渡，保证分布式电源稳定高效并网。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种分布式电源并网控制方法，其特征在于，包括：

根据分布式电源运行并网条件调节微电网的电压幅值、频率和相位；

当分布式电源运行满足并网条件时，模式切换控制器控制静态开关PCC闭合，完成并网操作。

2.如权利要求1所述的分布式电源并网控制方法，其特征在于，所述分布式电源运行并网条件为：

$\left\{\begin{array}{c}{E}_{grid}-E_{microgird}<\mathrm{\&Delta;}{E}_{max}\\ f_{grid}-f_{microgird}<{\mathrm{\&Delta;f}}_{max}\\ {\mathrm{\&theta;}}_{grid}-{\mathrm{\&theta;}}_{microgird}<{\mathrm{\&Delta;\&theta;}}_{max}\end{array}\right.,$

其中，E_grid表示配电网电压幅值，f_grid表示配电网频率，θ_grid表示配电网相位，E_microgird表示微电网电压幅值，f_microgird表示微电网频率，θ_microgird表示微电网相位，ΔE_max表示最大允许电压差值，Δf_max表示最大允许频率差值，Δθ_max表示最大允许相位差值。

3.如权利要求2所述的分布式电源并网控制方法，其特征在于，根据分布式电源运行并网条件调节微电网的电压幅值、频率和相位，包括：

电压、频率恢复控制阶段；

相位恢复控制联阶段。

4.如权利要求3所述的分布式电源并网控制方法，其特征在于，电压、频率恢复控制阶段，包括：

根据公式 $\left\{\begin{array}{c}{f}_1=f_0+f_{inc1}\\ E_1=E_0+E_{inc}\end{array}\right.$ 得到f₁和E₁，其中，f₁、E₁为电压频率恢复控制后的下垂曲线频率和电压初值，f₀、E₀为原下垂曲线频率和电压幅值初值，f_inc1由配电网频率f_grid和微电网频率f_microgird经过PI调节后得到，E_inc由配电网电压幅值E_grid和微电网电压幅值E_microgird经过PI调节后得到；

根据公式f₀'＝f_inc2+f₁得到f₀'，其中，f_inc2由配电网相位θ_grid和微电网相位θ_microgird经过PI调节后得到；

将f₀'和P_load代入p/f下垂曲线得到频率参考值f。

5.如权利要求4所述的分布式电源并网控制方法，其特征在于，相位恢复控制联阶段，包括：

将f×2π得到角速度ω；

对角速度ω积分得到相位角θ；

将E₁和Q_load代入E/Q下垂曲线得到E_ref；

将相位角θ和E_ref代入电压电流内环+PWM控制逆变器，逆变器输出调节后的微电网的电压幅值、频率E_microgird、f_microgird，根据调节后的微电网的电压幅值、频率E_microgird、f_microgird得到调节后的微电网相位θ_microgird。