CN105391084B - 微电网稳定控制器并转孤无缝切换控制方法 - Google Patents
微电网稳定控制器并转孤无缝切换控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种微电网稳定控制器并转孤无缝切换控制方法，包含如下内容：当并网运行时，稳定控制器采用PQ+VF控制，PQ控制用于执行中央控制器下发的功率指令，VF控制用于对交流母线电压进行微调，主控制环为PQ环；当孤网运行时，稳定控制器采用VF控制，PQ环输出为零；具体是通过调节PQ环和交流母线电压环的输出限幅值来实现；并转孤无缝切换过程中，逐渐减小PQ环输出限幅值，逐渐增大交流母线电压环输出限幅值。本发明具有以下优势：并网运行时既能响应中央控制器下发的PQ指令，又能对微网交流母线电压进行微调；PQ+VF)/VF在并转孤瞬间不存在控制环的切换，只存在控制器的调节过程，因此波动很小，能实现真正意义上的无缝切换。
Description
技术领域
本发明属于电力系统、电力电子技术和控制系统设计的交叉领域，尤其是涉及一种微电网稳定控制器并转孤无缝切换控制方法。
背景技术
微电网系统通过联络线PCC与大电网相连接，PCC处配备有继电保护装置和快速保护开关。微网系统通过PCC联络线与大电网交换功率，电网故障时也是通过PCC处的快速开关与大电网切断联系。为了保证并网转孤网时微网系统的稳定，与重要负荷的不间断供电，需要微电网稳定控制器(也称储能逆变器)实现无缝切换。目前，无缝切换通常有两种处理方法：一是并网运行时稳定控制器采用PQ控制方式，孤网运行时采用VF控制方式稳定交流母线电压，即并转孤的PQ转换为VF；二是采用下垂控制。
但是，对于PQ/VF切换，由于存在控制环的切换，切换瞬间波动较大；下垂控制，实质是开环控制，存在稳态误差，并且下垂系数的选取较难，此方法为了兼容并网时的PQ控制以及孤网时的VF控制，通常为三闭环，动态响应变差。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种微电网稳定控制器并转孤无缝切换控制方法，以解决目前无缝切换存在的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种微电网稳定控制器并转孤无缝切换控制方法，包含如下内容：
当并网运行时，稳定控制器采用PQ+VF控制，PQ控制用于执行中央控制器下发的功率指令，VF控制用于对交流母线电压进行微调，主控制环为PQ环；其中以中央控制器的指令为主，以交流母线电压的微调为辅，具体是通过调节PQ环和交流母线电压环的输出限幅值来实现；
当孤网运行时，稳定控制器采用VF控制，以交流母线电压调节为主，中央控制器的指令不予响应，具体是通过调节PQ环和交流母线电压环的输出限幅值来实现；
并转孤无缝切换过程中，逐渐减小PQ环输出限幅值，逐渐增大交流母线电压环输出限幅值。
进一步的，所述PQ环和交流母线电压环的输出限幅值，具体为PQ环电流给定的限幅值和交流母线电压环电流给定的限幅值，
所述PQ环电流给定和交流母线电压环电流给定值的计算方法如下：
将中央控制器下发的功率给定P*、Q*,与实测的稳定控制器出口端功率P、Q求差值，再经过PQ环PI控制器，计算得到第一条支路电流给定Id1*、Iq1*；
将额定交流母线电给定Ud0*、Uq0*，与实测的交流母线电压经过电压定向矢量旋转变换得到的Ud_Bus、Uq_Bus求差值，经过电压环PI控制器，计算得到第二条支路电流给定Id2*、Iq2*；
之后，将第一条支路电流给定Id1*、Iq1*与第二条支路电流给定Id2*、Iq2*求和，得到总的电流给定Id*、Iq*。
进一步的，所述调节PQ环和交流母线电压环的输出限幅值的方法如下：
式(1)中，为总电流给定的限幅值，为支路一PQ环电流给定的限幅值，为支路二交流母线电压环电流给定的限幅值，δ1、δ2为权重系数，且δ1+δ2＝1，不同的权重系数代表PQ环和交流母线电压环的权重不同，通过式(1)设置权重系数，达到调节外环的限幅值的目的；
并网时，δ1较大，δ2较小；并转孤无缝切换过程中，δ1逐渐较小，δ2逐渐增大；切换完成后，δ1等于0，δ2等于1。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
(1)并网运行时既能响应中央控制器下发的PQ指令，又能对微网交流母线电压进行微调；
(2)PQ+VF)/VF在并转孤瞬间不存在控制环的切换，只存在控制器的调节过程，因此波动很小，能实现真正意义上的无缝切换；
(3)控制环为双环控制，动态响应速度快。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述微电网稳定控制器并转孤无缝切换控制方法的实现框图；
图2为本发明实施例所述微电网稳定控制器并转孤无缝切换控制方法的电压定向角度切换框图。
图3为本发明实施例所述微电网稳定控制器并转孤无缝切换控制方法的硬件结构框图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图1至3并结合实施例来详细说明本发明。
本发明微电网稳定控制器并转孤无缝切换控制方法，如图1、3所示，包括如下内容：
当并网运行时，稳定控制器采用PQ+VF控制，PQ控制用于执行中央控制器下发的功率指令，VF控制用于对交流母线电压进行微调，主控制环为PQ环；以中央控制器的指令为主，以交流母线电压的微调为辅；具体实现是通过调节各自外环PI控制器的限幅值；
当孤网运行时，稳定控制器采用VF控制，以交流母线电压调节为主，中央控制器的指令不予响应，PQ环输出为零；具体实现是通过调节各自外环PI控制器的限幅值；
并转孤无缝切换过程中，逐渐减小PQ环电流给定的限幅值，逐渐增大交流母线电压环电流给定的限幅值。
并网运行时采用PQ+VF控制的具体实现方法如下:
通过储能逆变器电压定向矢量控制技术进行矢量旋转变化，公知的d轴电流控制有功功率P，q轴电流控制无功功率Q；VF控制间接通过控制d轴电压Ud_Bus和q轴电压Uq_Bus来实现；
将中央控制器下发的功率给定P*、Q*,与实测的稳定控制器出口端功率P、Q求差值，再经过PQ环PI控制器，计算得到第一条支路电流给定Id1*、Iq1*；
将额定交流母线电压给定Ud0*、Uq0*，与实测的交流母线电压经过旋转变换得到的Ud_Bus、Uq_Bus求差值，经过电压环PI控制器，计算得到第二条支路电流给定Id2*、Iq2*。
之后，将第一条支路电流给定与第二条支路电流给定求和，得到总的电流给定Id*、Iq*；
之后，将总的电流给定Id*、Iq*与实测电流经过旋转变化得到的d、q轴电流Id、Iq求差值，得到误差值，送入内环PI控制器，经内环PI控制器得到控制电压的dq轴分量。d、q轴控制电压送入PWM信号生成模块，生成PWM信号并输出给IGBT单元。
孤网运行时采用VF控制的具体实现方法如下:
与并网运行时的控制的实现过程基本相同，不同之处在于：中央控制器下发的功率给定P*、Q*均为零，且以交流母线电压调节为主，中央控制器的指令不予响应。
当检测到大电网故障后，通过修改外环PQ环和交流母线电压环的限幅值，来实现并网转孤网的平滑无缝切换：
式(1)中，为总电流给定的限幅值，为支路一PQ环电流给定的限幅值，为支路二交流母线电压环电流给定的限幅值，δ1、δ2为权重系数，且δ1+δ2＝1，不同的权重系数代表PQ环和交流母线电压环的权重不同，通过式(1)设置权重系数，达到调节外环的限幅值的目的。
并网时，δ1较大，δ2较小，并转孤过程中，δ1逐渐较小，δ2逐渐增大，切换完成后，δ1等于0，δ2等于1。
在并转孤切换过程中，如图2所示，通过储能逆变器电压定向矢量控制技术进行定向相位的切换，Ctrl＝1代表并网状态，Ctrl＝2代表孤网状态。相位由虚线θg(大电网锁相环角度)切换为实线θinv(孤网虚拟锁相环角度)，切换瞬间将θg赋值给储能逆变器内部控制器的积分器的初值，并以角频率2πf0(f0为额定频率)继续旋转，即相位θinv初值为θg，并以角频率2πf0继续积分进行相位累加，从而实现无扰切换。
本发明实现并网PQ+VF控制及孤网VF控制，以及并转孤外环限幅值平滑切换和定向相位的无扰切换。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.微电网稳定控制器并转孤无缝切换控制方法，其特征在于包含如下内容：
当并网运行时，稳定控制器采用PQ+VF控制，PQ控制用于执行中央控制器下发的功率指令，VF控制用于对交流母线电压进行微调，主控制环为PQ环；其中以中央控制器的指令为主，以交流母线电压的微调为辅，具体是通过调节PQ环和交流母线电压环的输出限幅值来实现；
当孤网运行时，稳定控制器采用VF控制，以交流母线电压调节为主，中央控制器的指令不予响应，具体是通过调节PQ环和交流母线电压环的输出限幅值来实现；
并转孤无缝切换过程中，逐渐减小PQ环输出限幅值，逐渐增大交流母线电压环输出限幅值；所述PQ环和交流母线电压环的输出限幅值，具体为PQ环电流给定的限幅值和交流母线电压环电流给定的限幅值，
所述PQ环电流给定和交流母线电压环电流给定值的计算方法如下：
将中央控制器下发的功率给定P*、Q*,与实测的稳定控制器出口端功率P、Q求差值，再经过PQ环PI控制器，计算得到第一条支路电流给定Id1*、Iq1*；
将额定交流母线电给定Ud0*、Uq0*，与实测的交流母线电压经过电压定向矢量旋转变换得到的Ud_Bus、Uq_Bus求差值，经过电压环PI控制器，计算得到第二条支路电流给定Id2*、Iq2*；
之后，将第一条支路电流给定Id1*、Iq1*与第二条支路电流给定Id2*、Iq2*求和，得到总的电流给定Id*、Iq*；
所述调节PQ环和交流母线电压环的输出限幅值的方法如下：
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式(1)中：为总电流给定的限幅值，为支路一PQ环电流给定的限幅值，为支路二交流母线电压环电流给定的限幅值，δ1、δ2为权重系数，且δ1+δ2＝1，通过设置权重系数，达到调节外环的限幅值的目的；
并网时，δ1较大，δ2较小；并转孤无缝切换过程中，δ1逐渐较小，δ2逐渐增大；切换完成后，δ1等于0，δ2等于1。
2.根据权利要求1所述的微电网稳定控制器并转孤无缝切换控制方法，其特征在于：所述并转孤无缝切换过程中，通过储能逆变器电压定向矢量控制技术进行定向相位的切换，相位由大电网锁相环角度切换为孤网虚拟锁相环角度，切换瞬间将大电网锁相环角度值赋值给储能逆变器内部控制器的积分器的初值，并以角频率2πf0，其中f0为额定频率，继续旋转进行相位累加，实现无扰切换。
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