CN105098768B - 基于电容电流的微网变流器无缝切换控制策略 - Google Patents

基于电容电流的微网变流器无缝切换控制策略 Download PDF

Info

Publication number
CN105098768B
CN105098768B CN201510279888.1A CN201510279888A CN105098768B CN 105098768 B CN105098768 B CN 105098768B CN 201510279888 A CN201510279888 A CN 201510279888A CN 105098768 B CN105098768 B CN 105098768B
Authority
CN
China
Prior art keywords
current
capacitance
inductive
power
transformer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201510279888.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105098768A (zh
Inventor
赵国鹏
王彦杰
韩民晓
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
North China Electric Power University
Original Assignee
North China Electric Power University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by North China Electric Power University filed Critical North China Electric Power University
Priority to CN201510279888.1A priority Critical patent/CN105098768B/zh
Publication of CN105098768A publication Critical patent/CN105098768A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105098768B publication Critical patent/CN105098768B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier
    • Y02P80/14—District level solutions, i.e. local energy networks

Landscapes

  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明属于电力电子设备控制领域，尤其涉及一种基于电容电流的微网变流器无缝切换控制策略,在微网变流器的电感电流控制环的基础上增加电容电流环，电容电流环包含一个电流限幅器，变流器并网运行时，电流限幅器不起作用，电感电流控制闭环将变流器控制为电流源；当孤岛发生时，电容电流产生突变，电容电流经过限幅器后再与电容电流值比较产生差值，该差值经PI调节器产生电感电流指令，通过改变电感电流保障PCC点电压稳定，实现PCC点电压的并网运行模式与孤网运行模式之间的无缝切换。本发明应用直接电流控制进行切换。从仿真结果中可以看到，本发明能够很好地使非计划孤岛下PCC点电压平滑过渡。

Description

基于电容电流的微网变流器无缝切换控制策略
技术领域
本发明属于电力电子设备控制领域，尤其涉及一种基于电容电流的微网变流器无缝切换控制策略。
背景技术
近年来，随着能源危机与环境问题的不断加重，世界各国纷纷将目光投向了环保、高效、可靠的分布式发电技术，而由小容量分布式电源形成的微网研究更加令人关注。微网中的分布式电源包括微型燃气轮机、燃料电池、光伏电源、风力发电机、蓄电池和高速飞轮等，通常需要通过电力电子装置将微网电源与常规电网并网运行。
微网存在两种典型的运行模式，并网模式和孤岛模式。在电网正常时，微网与电网相连，并向电网注入功率或吸收功率，称为并网模式；当电网发生故障时，引起电网断路器跳闸，原并网运行的微网电源系统处在孤岛运行状态，形成微网电源带当地负载独立工作的情况，称为孤岛模式。为了保证当地负载供电的可靠性，微网系统在这两种模式之间的无缝切换具有重要的意义。
如何保证并网与孤网之间切换时当地关键负载的供电可靠性不受两种模式切换的影响，一些学者对其进行了研究。已有两种方法来实现并网转孤网的无缝切换：已有技术[1]，见IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS第58 卷第1 期出版的“Controlfor Grid-Connected and Intentional Islanding Operations of Distributed PowerGeneration”，该技术方法采用三相逆变器与电网和关键负载相连。在并网模式下，逆变器控制成电流源，逆变器的输出电流组成电流环并向电网注入功率；在孤岛模式下，以逆变器的输出电流作为内环，同时检测PCC点（公共连接点）电压构成电压外环，将逆变器控制为电压源，使得关键负载不会因为电网掉电而不能正常工作，在检测到孤岛发生后，文中提到要根据微网电源的容量与负载大小来判断是否减载，使得逻辑算法复杂，检测环节增多，而且切换前后还要改变控制结构来实现无缝切换。已有技术[2]，见IEEE TRANSACTIONS ONPOWER ELECTRONICS第29卷第3期出版的“A Unified Control Strategy for Three-phaseInverter in Distributed Generation”，该技术方法也可称为间接电流控制方法，在该方法中检测电网电压，将电网电压转变成变流器输出参考电流，通过改变输出电流的参考值来调节变流器输出的功率，进而实现并网到孤网切换时负载电压的平滑过渡，而且不需要在并网和孤网两个模式间利用开关来进行切换，只有一个控制结构。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种基于电容电流的微网变流器无缝切换控制策略，用于解决非计划孤岛发生前后微网电源的无缝切换问题，从而实现切换时PCC点电压的平滑过渡。
为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是一种通过对电容电流的控制来启动电流限幅器以实现在切换过程中变流器连接的负载电压不畸变。其特征在于微网变流器为三相功率双向流动的PWM变流器，通过LC滤波器与电网相连；在电感电流控制闭环的基础上增加电容电流环，电容电流环包含一个电流限幅器，变流器并网运行时，电流限幅器不起作用，电感电流控制闭环将变流器控制为电流源；当孤岛发生时，电容电流产生突变，电流限幅器起作用，电容电流经过限幅器后再与电容电流值比较产生差值，该差值经PI调节器产生电感电流指令，通过改变电感电流保障PCC点电压稳定，实现PCC点电压的并网运行模式与孤网运行模式之间的无缝切换。
其中，所述电感电流为变流器输出的电流，电流方向决定变流器是吸收或者发出功率。
所述电容电流为LC滤波器中流过电容C的电流，电容C的一端即为PCC点。
所述电容电流环PI调节器参数根据切换前后供电电压质量的要求和电流环的响应速度要求进行设置，电感电流闭环的PI调节器参数由切换前后输出电流的质量要求进行设置。
本发明具有以下有益效果：通过同步旋转坐标系下电容电流的突变启动电流限幅器来控制微网电源系统的PCC点电压，实现微网变流器的并网与孤网之间的无缝切换，保证负载供电电压质量。该控制方法只有电流参数，并直接对电流进行控制，便于控制。
附图说明
图1为本发明的微网变流器系统示意图；
图2为本发明的控制结构示意图；
图3为本发明的同步坐标系横轴下含有电容电流环和电感电流环的简化控制框图；
图4为本发明的基于电容电流的无缝切换的PCC点电压仿真图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
图1为本发明的微网变流器系统示意图。变流器为三相电压型变流器，直流侧的电压恒定，6个IGBT采用PWM控制，通过变流器输出交流电压。并网时，变流器输出的功率一部分供给负载，一部分返回电网；孤网时，变流器输出的功率全部供给负载。选用LC滤波器，三相并网型变流器流出的电流为电感电流为i La，i Lb，i Lc，滤波电容电流为i Ca、i Cb、i Cc，负载电流为i LLa、i LLb、i LLc，并网时电网电流为i ga、i gb、i gc，同时PCC点电压称为公共连接点电压，其值也等于滤波电容两端电压。
图2为本发明的控制结构示意图。通过电流互感器检测LC滤波器的三相电容电流，以及变流器的三相电感电流，经过旋转坐标系变换后对应旋转坐标系下的d轴和q轴分量。外环为电容电流环，电容电流经过限幅器后与自身比较产生差值，该差值经过电容电流环PI调节器后产生电感电流指令，作为内环的输入，电感电流内环经过电感电流PI调节器后，加上电感电流的耦合分量一起作为控制信号的输出，该输出经过坐标反旋转变换后，生成六路PWM信号，控制三相变流器的六个开关器件。
通过坐标变换将三相对称静止坐标系转换成与电网基波频率同步旋转坐标系横轴和同步旋转坐标系纵轴，其中电感电流、电容电流、电感的参考电流在同步旋转坐标系横轴下分别为i Ld、i Cd、i refLd，纵轴分别下为i Lq、i Cq、i refLq，电感电流内环调节器为PI 1，电容电流环调节器为PI 2，并网运行时控制为电流源，此时电流限幅器不起作用；在非计划孤岛发生时，PCC点电压突变，使得同步旋转坐标系下电容电流突变，启动电流限幅器，限幅器的上限值或下限值与电容电流的实际值比较产生差值，经过电容电流环PI 2控制器放大，产生一个近似于电压的调制波进而实现微网电源变流器从电流源控制到电压源控制的无缝切换，确保PCC点电压不发生畸变。
图3为本发明的同步坐标系横轴下含有电容电流环和电感电流环的简化控制框图。i cd *为d轴下电容电流实际值与电容电流经过电流限幅器相减后的差值，i gd为d轴下电网电流。电感电流环控制器为G 1 (s)，电容电流环控制器为G 2 (s)。k 1P，k 1I，k 2P，k 2I为PI调节器的参数，L f为滤波电感，C f为滤波电容。
由图3可求电感电流开环传递函数如式（1），电感电流闭环传递函数如式（2），含有电容电压外环的闭环传递函数如式（3）
G 1(s)= （1）
G 2(s)= （2）
G 3(s)= （3）
根据式（2）和（3）中的传递函数表达式中的截止频率和切换效果确定k 1P，k 1I，k 2P，k 2I值。
图4为在主电路参数设定情况下，基于控制量电容电流无缝切换控制的切换仿真结果。其中切换时间为0.225s。从图中可以看到，基于控制量电容电流的控制可以满足满足非计划孤岛下的无缝切换，PCC点电压只有较小的畸变。

Claims (1)

1.一种基于电容电流的微网变流器无缝切换控制策略，其特征在于微网变流器为三相功率双向流动的PWM变流器，通过LC滤波器与电网相连；在电感电流控制闭环的基础上增加电容电流环，电容电流环包含一个电流限幅器，变流器并网运行时，电流限幅器不起作用，电感电流控制闭环将变流器控制为电流源；当孤岛发生时，电容电流产生突变，电流限幅器起作用，电容电流经过限幅器后再与电容电流比较产生差值，该差值经PI调节器产生电感电流指令，通过改变电感电流保障PCC点电压稳定，实现PCC点电压的并网运行模式与孤网运行模式之间的无缝切换；
电感电流为变流器输出的电流，电流方向决定变流器是吸收或者发出功率；
电容电流为LC滤波器中流过电容C的电流，电容C的一端即为PCC点；
电容电流环PI调节器参数根据切换前后供电电压质量的要求和电流环的响应速度要求进行设置，电感电流闭环的PI调节器参数由切换前后输出电流的质量要求进行设置。
CN201510279888.1A 2015-05-28 2015-05-28 基于电容电流的微网变流器无缝切换控制策略 Expired - Fee Related CN105098768B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510279888.1A CN105098768B (zh) 2015-05-28 2015-05-28 基于电容电流的微网变流器无缝切换控制策略

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510279888.1A CN105098768B (zh) 2015-05-28 2015-05-28 基于电容电流的微网变流器无缝切换控制策略

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105098768A CN105098768A (zh) 2015-11-25
CN105098768B true CN105098768B (zh) 2017-09-19

Family

ID=54578636

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510279888.1A Expired - Fee Related CN105098768B (zh) 2015-05-28 2015-05-28 基于电容电流的微网变流器无缝切换控制策略

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105098768B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107707146A (zh) * 2017-10-23 2018-02-16 王为睿 双向功率流LCL型双Buck并网逆变器及其控制方法
CN112260315A (zh) * 2020-10-16 2021-01-22 成都英格利科技有限公司 一种基于改进下垂控制的无缝切换控制系统及策略
CN115632437B (zh) * 2022-12-08 2023-05-23 锦浪科技股份有限公司 一种光伏并网系统模式切换控制方法及装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101534014A (zh) * 2008-03-10 2009-09-16 株式会社日立制作所 电力转换装置及发电转换系统
CN101902146A (zh) * 2010-08-06 2010-12-01 西安交通大学 分布式发电系统中三相逆变器的电流式控制方法
CN103825291A (zh) * 2014-02-24 2014-05-28 国家电网公司 一种模块化三电平储能装置并离网控制方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101534014A (zh) * 2008-03-10 2009-09-16 株式会社日立制作所 电力转换装置及发电转换系统
CN101902146A (zh) * 2010-08-06 2010-12-01 西安交通大学 分布式发电系统中三相逆变器的电流式控制方法
CN103825291A (zh) * 2014-02-24 2014-05-28 国家电网公司 一种模块化三电平储能装置并离网控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
柔性直流输电的动态电流限幅控制;何大清等;《电网技术》;20120131;第36卷(第1期);第136-139页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN105098768A (zh) 2015-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103944182B (zh) 一种并网状态下储能逆变器pq控制的方法
CN103795080B (zh) 一种mmc型轻型直流输电系统的并网方法
CN102916437B (zh) 一种并网变流器软并网方法
CN102611138B (zh) 一种无延时的单相光伏并网功率调节方法
CN104659802B (zh) 一种改善交流系统暂态稳定性的vsc-hvdc交流电压-频率协调控制方法
CN101902146B (zh) 分布式发电系统中三相逆变器的电流式控制方法
CN103490654B (zh) 一种双零序电压注入的链式并网逆变器容错控制方法
CN103606954A (zh) 一种新型光伏并网发电控制方法
CN103715717A (zh) 三相光伏并网逆变器在电网电压不平衡时的控制方法
CN104377699A (zh) 用于风电场的混合感应型有源滤波与无功补偿系统及方法
CN104935006A (zh) 一种高电压穿越控制方法
CN105490297B (zh) 基于双逆变器群协调控制的微电网供电电压和电网电流谐波同步补偿方法
CN101924487B (zh) 分布式发电系统中三相逆变器的电压式控制方法
CN105098768B (zh) 基于电容电流的微网变流器无缝切换控制策略
CN110797899B (zh) 带有动态无功补偿装置的直流系统及其控制方法
CN105226724B (zh) 一种基于虚拟输出阻抗的三相逆变器控制装置及其方法
CN104967146A (zh) 一种微电网并网与离网控制系统
CN103259284A (zh) 基于锁相环的电压矢量稳定器及其控制方法
CN106816889B (zh) 并网逆变器功率解耦方法及装置
CN103259281A (zh) 具有负序电流补偿机制的能量转换系统和方法
CN103166234B (zh) 一种单相并网逆变器的无功输出控制方法
CN204928171U (zh) 一种次谐波无功发生装置
CN109088428A (zh) 高电压穿越装置、方法，包括该装置的变流系统
CN104578871A (zh) 一种抑制逆变器并联系统输出功率不平衡的方法
CN103050972B (zh) 微电网与大电网高压智能柔性传输串联补偿装置及其控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20170919

Termination date: 20180528

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee