CN106505567B - 基于恒压恒频控制的三端柔性环网装置的不间断供电方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力电子装置在配电网中的应用领域，尤其是涉及一种基于恒压恒频控制的三端柔性环网装置的不间断供电。应用三端柔性环网装置将三个配电网相连形成环网，实现装置在某端电网发生故障时，能通过恒压恒频控制为该端负载进行不间断供电，此时故障端采用恒压恒频控制作于逆变状态提供恒定的电压和频率支撑，其余两端采用恒功率控制工作于整流状态提供功率且其中任意一端通过输入的有功功率控制直流侧电压。本发明通过在故障发生时，使故障端变流器输出恒定电压和频率，从而实现对故障端负载的不间断供电。本发明为三端柔性环网装置在某端电网故障时运行提供了理论依据。从仿真结果可以看到，本发明能够为三端柔性环网装置故障端实现不间断供电的功能。

Description

基于恒压恒频控制的三端柔性环网装置的不间断供电方法

技术领域

本发明属于电力电子装置在配电网中的应用领域，尤其涉及一种基于恒压恒频控制的三端柔性环网装置的不间断供电方法。

背景技术

随着科技的不断进步，电力电子技术正在飞速发展，电力电子器件在电力系统中的地位逐步增高，成为了不可或缺的一部分。在配电系统中，无功补偿装置，过电压及其保护措施以及配电网中的继电保护都需要电力电子装置。为了满足负荷种类增多对配电网的运行带来的电能质量和供电可靠性要求，提出了一种基于柔性直流技术的交直流混合配电网，能够提高配电网的供电可靠性和灵活性，同时能解决各个地区配电网相互独立，能源分布不均的问题。

柔性环网装置是由多个电力电子变流器及直流线路等构成的一种电力电子设备，它将各个相互独立的配电网互联，改变了配电网的拓扑结构，提高了配电网的调控能力。使得功率能在各个配电网中相互流通，提高了供电可靠性。当某端配电网发生故障时，其余配电网通过柔性环网装置为该端输送有功功率，该故障端变流器工作于逆变状态，实现对故障端负载的不间断供电。目前，恒压恒频控制已经在微电网中广泛应用，例如已有技术[1]，见2016 IEEE TRANSACTIONS ON SMART GRID出版的“Multi-Layer Architecture forVoltage and Frequency Control in Networked Microgrids”，已有技术[2]，见2010 2ndIEEE International Symposium on Power Electronics for Distributed GenerationSystems出版的“Comparison of the Voltage and FrequencyControl Schemes forVoltage Source Converterin Autonomous Microgrid”。针对于配电网中柔性环网装置在某端电网发生故障时，运用恒压恒频控制为故障端负载不间断供电的模型和方法和其他情况不同。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种基于恒压恒频控制的三端柔性环网装置的不间断供电方法，用于在某端电网故障时，通过恒压恒频控制为该地区负载提供恒定电压和频率支撑。

为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是综合考虑三端柔性环网在运行是具备的功率调度能力，建立基于恒压恒频控制的三端柔性环网装置的电网支撑方法。其特征在于，三端柔性环网装置将三个独立的配电网相连形成环网，当某端电网发生故障时，对该端变流器实施恒压恒频控制，实现对故障端负载的不间断供电；同时另外两端采用恒有功无功控制，通过采集逆变端负载的有功功率，按比例分配后作为功率指令值，使两个整流端口输入的有功功率和故障端输出的有功功率一致，为逆变端提供功率；同时其中任意一整流端通过输入的有功功率对三端柔性环网装置的直流侧电压进行控制；按照此控制模型可以有效的实现柔性环网装置在某端电网发生故障时，由恒压恒频控制对该端负载进行持续供电。

其中，所述的一种基于恒压恒频控制的三端柔性环网装置的不间断供电方法，三端指的是任意故障端为逆变端，其余两端为整流端。

所述的一种基于恒压恒频控制的三端柔性环网装置的不间断供电方法，整流端采用有功无功控制，逆变端采用恒压恒频控制并提供恒定的电压和频率支撑。

所述的一种基于恒压恒频控制的三端柔性环网装置的不间断供电方法，三端柔性环网装置的直流侧电压由其中一端整流端通过输入的有功功率进行控制。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明提出了一种基于恒压恒频控制的三端柔性环网装置的不间断供电方法，在柔性环网装置某端电网发生故障时，能通过本方法对该端负载进行不间断可靠供电，提高了柔性环网装置在配电网中运行的可靠性；通过建模，为三端柔性环网装置在某端电网发生故障时的运行提供了理论依据；柔性环网装置在某端电网发生故障时，本方法能快速准确的为故障端负载提供稳定的电压和频率支撑，实现不间断供电。

附图说明

图1为本发明的柔性环网装置示意图；

图2为本发明的恒压恒频控制运行特性图；

图3为本发明的恒压恒频控制框图；

图4为本发明的电压电流双环控制图；

图5为本发明的柔性环网装置逆变端恒压恒频控制框图；

图6为本发明的柔性环网装置整流端控制框图；

图7为基于恒压恒频控制的三端柔性环网装置逆变侧电压仿真图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

图1为本发明的柔性环网装置示意图，A、B、C端分别是三端柔性环网装置的三端电网，以C端电网发生故障为例，此时C端电网无法为该地区的负载继续供电，C端变流器采用恒压恒频控制，工作于逆变状态，为C端负载持续供电；A、B两端工作与整流模式，采用恒有功无功控制，将A、B两端电网的功率经过直流侧输送到C端电网，同时任意一整流端加入直流电压控制，稳定直流侧电压，为C端变流器的恒压恒频控制提供功率来源和直流侧电压支撑，实现当某端电网发生故障时，由柔性环网装置进行持续供电。

图2为本发明的恒压恒频控制运行特性图，以C端电网发生故障为例，在恒压恒频控制下，C端有功负荷和无功负荷发生变化时，工作于恒压恒频控制下的变流器输出的电压幅值与频率不发生改变。

图3为本发明的恒压恒频控制框图，本发明采用基于电压电流双环控制的恒压恒频控制方法，将电压指令值和频率指令值经过电压合成环节合成三相对称电压，合成公式如下：

(1)

将合成的三相对称电压经过派克变换得到和，并将其作为指令值输入到电压电流双环控制器，从而控制变流器输出的电压和频率。

图4为本发明的电压电流双环控制图，其中，、是变流器输出的三相电压经过滤波器后再进行派克变换得到的d轴电压和q轴电压，、是变流器输出的三相电流进行派克变换得到的d轴电流和q轴电流，、是变流器输出的电流经过滤波器后再进行派克变幻得到的d轴电流和q轴电流。电压电流双环控制可用以下两个方程式表示：

（2）

（3）

通过电压电流双环控制，得到的经过派克反变换即可得到变流器SPWM控制的调制波波形。

图5为本发明的柔性环网装置逆变端恒压恒频控制框图，以C端电网发生故障为例，采集变流器端口输出的电流以及经过滤波器滤波后的电流和电压，经过派克变换后输入电压电流双环控制环节，在给定电压指令值和频率指令值的情况下，可以得到变流器SPWM控制的调制波波形，从而控制故障端变流器输出恒定电压和恒定频率，实现故障端负载的不间断供电。

图6为本发明的柔性环网装置整流端控制框图，以C端故障为例，此时A、B端均工作于整流状态，采用恒有功无功功率控制，采集变流器端口的输入电压和输入电流，输入到功率电流双环控制系统中，输出的经过派克反变换得到变流器SPWM控制的调制波波形，从而控制变流器输入直流侧的有功功率和无功功率。其中任意一端加入虚线所示的直流电压控制，控制直流侧的电压维持不变，从而为故障端负债提供功率并稳定直流电压从而实现故障端变流器的恒压恒频控制。

图7为基于恒压恒频控制的三端柔性环网装置逆变侧电压仿真图，从图中可以看到，基于恒压恒频控制的三端柔性环网装置不间断供电的方法可以满足当三端柔性环网装置某端发生故障，在负载固定的情况下，为故障端负载提供稳定的电压和频率支撑，并在t=0.4s负载发生变化时，其输出端的电压和频率维持不变，实现对故障端的不间断供电。

Claims (2)

1.一种基于恒压恒频控制的三端柔性环网装置的不间断供电方法，其特征在于，三端柔性环网装置将三个配电网相连形成环网，任意一端配电网发生故障时，通过本方法实现对故障端负载不间断供电的功能；非故障端变流器将功率通过直流线路输送至故障端变流器，并控制三端柔性环网装置的直流侧电压，为故障端负载提供电能；

其中所述三端柔性环网装置的三端是指所述故障端为逆变端，其余两端为整流端；

所述整流端采用恒有功无功控制并提供功率，所述逆变端采用恒压恒频控制并提供恒定的电压和频率支撑。

2.根据权利要求1所述的一种基于恒压恒频控制的三端柔性环网装置的不间断供电方法，其特征在于，所述三端柔性环网装置的所述直流侧电压由其中一端所述整流端通过输入的有功功率进行控制。