CN107732976A - 一种全逆变器型微电网中同步定频电流相量的产生方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全逆变器型微电网中同步定频电流相量的产生方法，它利用GPS卫星授时信号作为全局同步参考信号控制微电网内所有可调度型分布式电源逆变器输出频率固定、相位一致的同步电流相量；根据微电网分布式电源电流‑电压下垂控制策略生成的电流幅值指令，并结合根据全局同步参考信号产生的相位指令得到完整的电流相量参考指令，调节可调度型逆变器的输出电流相量的幅值，使电网电压运行在合格的范围内，从而形成同步定频电流源微电网。本发明充分发挥了逆变器输出电压(电流)幅值、频率、相位灵活可控的优点，将微电网的运行控制简化为单一的电压控制，显著降低了全逆变器型微电网的运行控制难度。
Description
技术领域
本发明涉及微电网的运行控制技术领域，具体地说是一种全逆变器型微电网中同步定频电流相量的产生方法。
背景技术
微电网是分布式可再生能源高效利用的有效方式，微电网与大电网相结合是未来电力系统的发展方向。微电网是实现分布式可再生能源的就地利用的重要手段，并网型微电网在大电网故障时以孤岛的方式运行，可以保证用户的可靠供电。微电网中的分布式电源一般都是通过逆变器接入，其中光伏发电与风力发电等间歇性输出电源容量占比高，受投资限制与运维成本的限制，往往缺少良好的通信条件，也不具备完善的运行监控与能量管理系统，独立运行的微电网无法照搬大电网的运行控制方法。当前微电网研究的一个重要任务，就是突破传统的大电网运行控制思维，充分发挥现代电力电子与控制技术的优势，提出适合微电网特点的运行控制方法。
目前全逆变器型微电网主要有主从控制、对等控制和分层控制三种运行控制方法。
主从控制方法是目前实际微电网工程应用较多的控制方法，采用主从控制的独立运行微电网中，主控电源采用电压频率(V/f)控制方式，输出频率50Hz幅值可调的电流，为系统提供电压和频率支撑；其它分布式电源采用功率(P/Q)控制，为系统提供功率支持。在主从控制策略下，主控逆变器运行于电压源运行模式，其余从逆变器输出电流与接入点电压同相。
对等控制方法是目前微电网控制方法研究的热点内容，对等控制微电网中的各分布式电源具有同等地位，根据接入点的就地电压与频率信息，模拟大电网的有功功率/频率(P/f)和无功功率/电压(Q/U)的下垂特性控制逆变器的输出功率，将系统频率与电压维持在一个合适的范围内。在下垂控制策略下，各逆变器输出依据接入点频率和电压输出相应的有功功率和无功功率，逆变器输出电流相对接入点电压的相位实时变化。
分层控制方法采用中央控制与就地控制两层结构，底层控制一般采用下垂控制策略，通过上层控制优化分布式电源的有功与无功输出，实现系统频率与电压的控制。它能够使微电网系统内各单元具备自治性的同时保持协作性和系统的可靠性，实现微电网分布式协调控制的要求，即将部分控制权独立分配给微电网中各部件，由各部件根据微电网中央控制器的调度指令自治运行的分布式协调控制方式。
在现行三种微电网运行控制策略中，(1)主从控制方法比较简单，但要求主控电源的容量足够大，能够支撑起微电网的电压；一旦主控电源因故障等原因退出运行，整个微电网将失去频率支撑，无法维持正常运行。(2)对等控制方法的优点是分布式电源之间不需要建立通信连接，能够实现分布式电源的即插即用；主要缺点是控制方法较复杂，存在大电网中固有的频率与电压稳定问题，而且配电线路的R/X比较高，不再满足大电网中有功与无功的解耦控制规律，难以完全达到大电网的下垂控制效果。(3)分层控制方法及其实现都比较复杂，对通信系统要求高，且依然存在频率与电压稳定破坏的风险；同时其底层控制依然有对等控制方法中有功无功难以解耦的固有缺陷。
综上所述，主从控制和分层控制要求各分布式电源之间或上下层控制之间需要高速通信系统，不能实现分布式电源的即插即用。对等控制不需要建立通信连接，但难以实现有功和无功按照容量比例分配，并存在逆变器间环流、功率振荡以及电源频率稳定问题。因此，上述三种控制策略中，不同接入点的分布式电源逆变器控制不在同一时间断面上实现，各逆变器输出电压或电流不能实现全局同步，这也降低了各微源功率分配的精确性，加剧系统功率振荡问题的发生。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种全逆变器型微电网中同步定频电流相量的产生方法，其能够使得微电网系统电压的控制过程与单个逆变器系统类似，由此微电网的运行控制转化为单一的电压控制，控制方法简单、直接，控制精度更高，从原理上彻底摆脱了传统交流电网存在的频率与电压稳定问题。
本发明解决其技术问题采取的技术方案是：
一方面，本发明实施例提供的一种全逆变器型微电网中同步定频电流相量的产生方法，它首先利用GPS卫星授时信号作为全局同步参考信号，控制微电网内所有可调度型分布式电源逆变器输出频率固定、相位一致的同步电流相量；然后根据微电网分布式电源电流-电压下垂控制策略生成的电流幅值指令，并结合根据全局同步参考信号产生的相位指令得到完整的电流相量参考指令，调节可调度型逆变器的输出电流相量的幅值，使电网电压运行在合格的范围内，从而形成同步定频电流源微电网。
作为本实施例一种可能的实现方式，当GPS卫星授时信号失步时，由指定逆变器生成后备同步信号，并将生成的后备同步信号作为全局同步参考信号。
作为本实施例一种可能的实现方式，分布式电源逆变器根据全局同步参考信号和各自的电流幅值指令输出频率固定、相位一致、幅值可调的同步定频电流相量。
另一方面，本发明实施例提供的一种全逆变器型微电网中同步定频电流相量的产生方法，它包括以下过程：
基于GPS卫星授时信号的全局同步定频电流相量的产生过程：利用GPS卫星授时信号作为全局同步参考信号控制微电网内可调度型分布式电源逆变器输出频率固定、相位一致的同步电流相量；
高低限频的滞环电流比较跟踪控制过程：根据微电网分布式电源的电流-电压下垂控制策略生成电流幅值指令，并结合根据全局同步参考信号产生的相位指令得到完整的电流相量参考指令，利用高低限频的滞环电流比较跟踪方法通过电流相量参考指令控制逆变器功率器件的通断使其生成频率固定、相位一致的同步定频电流相量。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述基于GPS卫星授时信号的全局同步定频电流相量的产生过程包括以下步骤：
可调度型分布式电源逆变器在每个工频周期同步一次GPS卫星授时信号，分布式电源逆变器依据GPS卫星的1PPS脉冲信号，利用本地控制单元中的DSP控制器和高精度晶振信号产生50Hz的全局同步信号；
GPS卫星的1PPS脉冲信号输入到DSP控制器的外部中断1，如果依据本地GPS产生工频同步信号，每一PPS脉冲到来，产生外部中断1，在外中断1服务程序中，清零并启动DSP控制器内部定时计数器，DSP控制器计时至20ms进入定时中断，在定时中断服务程序中，把电流相量参考中的相位复零或置成特定相位。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述高低限频的滞环电流比较跟踪控制过程采用滞环电流比较的电流控制策略来精确快速地跟踪电流相量参考指令，其具体过程为：在常规滞环比较控制的基础上，设置可允许的最高开关频率和最低开关频率，运行过程中如果实际开关频率介于高低限制之间，按照固定环宽滞环跟踪电流参考；如果实际开关频率高于最高开关频率或低于最低开关频率，则根据实际开关频率和频率限值的差额极性和差额大小，动态调制滞环环宽，直至实际开关频率返回高低限制之间。
作为本实施例一种可能的实现方式，当GPS卫星授时信号失步时，所述方法在高低限频的滞环电流比较跟踪控制过程之前还包括以下过程：
基于后备同步信号的全局同步定频电流相量的产生过程：利用后备同步信号作为全局同步参考信号控制微电网内可调度型分布式电源逆变器输出频率固定、相位一致的同步电流相量。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述基于后备同步信号的全局同步定频电流相量的产生过程包括以下步骤：
当检测到微电网中有可调度型分布式电源逆变器的GPS信号异常时，按照同步信号选择判断逻辑指定的冗余顺序，指定一台可调度型分布式电源逆变器在正常电流相量的基础上叠加一低频分量；
当正常电流相量的幅值不低于50％的额定值时，低频同步分量的幅值按10％的正常电流相量幅值设定；当正常电流相量的幅值低于50％额定值时，低频同步分量的幅值按5％的额定电流叠加，叠加分量的初始相位与正常电流相量相位相同；
可调度型分布式电源逆变器采用四阶有源低通滤波器把可调度型分布式电源逆变器的交流输出/输入中25Hz分量提取出来，然后经正负双向过零比较电路把25Hz的正负向零点检出，生产50Hz的后备同步信号；
把后备同步信号脉冲输入到DSP外部中断2，每一后备同步信号脉冲到来，产生外部中断2，在外中断2服务程序中，把电流相量参考中的相位复零或置成特定相位；
每一台可调度型分布式电源逆变器本地控制单元中的DSP控制器均要实时判断是否提取到后备同步信号，如果是，则意味着有至少一台可调度型分布式电源逆变器GPS信号异常并将已有信号的电流相量叠加一低频分量输出后备同步分量，可调度型分布式电源逆变器跟踪此后备同步信号输出同步电流即可，同时置标志位变量FLAG2＝1，如果否，令FLAG2＝0；进而判断GPS授时信号是否正常，如果GPS授时信号正常，跟踪卫星信号输出同步电流相量即可，同时置标志位变量FLAG3＝1；如果GPS授时信号不正常，本可调度型分布式电源逆变器叠加低频同步分量，作为微电网内可调度型分布式电源逆变器的全局同步信号，同时令FLAG3＝0。
作为本实施例一种可能的实现方式，本发明实施例的一种全逆变器型微电网中同步定频电流相量的产生方法还包括GPS卫星运行状态判断的过程。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述GPS卫星运行状态判断的过程具体为：本地GPS工作状态信号输入到可调度型分布式电源逆变器本地控制单元中的DSP控制器一通用输入/输出接口GPIO，在DSP控制器主程序中循环读取GPIO状态，以判断本地GPS信号是否失步，如果GPS正常置标志位变量FLAG1＝1，并执行基于GPS卫星授时信号的全局同步定频电流相量的产生过程；否则令FLAG1＝0，并执行基于后备同步信号的全局同步定频电流相量的产生过程。
本发明实施例的技术方案可以具有的有益效果如下：
一方面，本发明实施例技术方案的一种全逆变器型微电网中同步定频电流相量的产生方法，首先利用GPS卫星授时信号作为全局同步参考信号，控制微电网内所有可调度型分布式电源逆变器输出频率固定、相位一致的同步电流相量；然后根据微电网分布式电源电流-电压下垂控制策略生成的电流幅值指令，并结合根据全局同步参考信号产生的相位指令得到完整的电流相量参考指令，调节可调度型逆变器的输出电流相量的幅值，使电网电压运行在合格的范围内，从而形成同步定频电流源微电网。本发明实施例技术方案充分发挥逆变器输出电压(电流)幅值、频率、相位灵活可控的优点，基于GPS授时信号控制微电网内所有可调度型分布式电源逆变器输出频率固定、相位一致的同步定频电流相量，使得全部可调度型分布式电源等效为一台电源；并且因为频率固定，将微电网的运行控制简化为单一的电压控制，由此显著降低了全逆变器型微电网的运行控制难度。本发明实施例技术方案针对全逆变器型微电网系统，基于逆变器输出电压(电流)幅值、相位、频率灵活可控的特点，利用GPS卫星授时信号作为全局同步参考，控制微电网内所有可调度型分布式电源逆变器输出频率固定(50Hz)、相位一致的同步电流相量；根据微电网分布式电源电流-电压(I-U)下垂控制策略生成的电流指令，调节可调度型逆变器的输出电流相量的幅值，使电网电压运行在合格的范围内，从而形成同步定频电流源微电网。
另一方面，本发明实施例技术方案的一种全逆变器型微电网中同步定频电流相量的产生方法，它包括以下基于GPS卫星授时信号的全局同步定频电流相量的产生过程和高低限频的滞环电流比较跟踪控制过程，利用GPS卫星授时信号作为全局同步参考信号控制微电网内可调度型分布式电源逆变器输出频率固定、相位一致的同步电流相量；根据微电网分布式电源的电流-电压下垂控制策略生成电流幅值指令，并结合根据全局同步参考信号产生的相位指令得到完整的电流相量参考指令，利用高低限频的滞环电流比较跟踪方法通过电流相量参考指令控制逆变器功率器件的通断使其生成频率固定、相位一致的同步定频电流相量。当GPS卫星授时信号失步时，所述方法在高低限频的滞环电流比较跟踪控制过程之前还包括基于后备同步信号的全局同步定频电流相量的产生过程：利用后备同步信号作为全局同步参考信号控制微电网内可调度型分布式电源逆变器输出频率固定、相位一致的同步电流相量。本发明实施例技术方案充分发挥逆变器输出电压(电流)幅值、频率、相位灵活可控的优点，基于GPS授时信号或后备同步信号，控制微电网内所有可调度型分布式电源逆变器输出频率固定、相位一致的同步定频电流相量，使得全部可调度型分布式电源等效为一台电源；并且因为频率固定，将微电网的运行控制简化为单一的电压控制，由此显著降低了全逆变器型微电网的运行控制难度。本发明实施例技术方案针对全逆变器型微电网系统，基于逆变器输出电压(电流)幅值、相位、频率灵活可控的特点，利用GPS卫星授时信号作为全局同步参考，控制微电网内所有可调度型分布式电源逆变器输出频率固定(50Hz)、相位一致的同步电流相量；根据微电网分布式电源电流-电压(I-U)下垂控制策略生成的电流指令，调节可调度型逆变器的输出电流相量的幅值，使电网电压运行在合格的范围内，从而形成同步定频电流源微电网。由于所有可调度型分布式电源逆变器均在同一时间坐标下输出同相位的定频电流相量，使得微电网系统电压的控制过程与单个逆变器系统类似，由此本发明实施例技术方案将微电网的运行控制转化为单一的电压控制，控制方法简单、直接，控制精度更高，从原理上彻底摆脱了传统交流电网存在的频率与电压稳定问题。
附图说明
图1是根据一示例性实施例示出的一种全逆变器型微电网中同步定频电流相量的产生方法的流程图；
图2是根据一示例性实施例示出的另一种全逆变器型微电网中同步定频电流相量的产生方法的流程图；
图3是根据一示例性实施例示出的一种同步定频电流相量产生原理示意图，图3(a)为双逆变器微电网的系统结构图，图3(b)为同步定频电流相量产生等效电路；
图4是根据一示例性实施例示出的一种单台分布式电源逆变器电流相量发生控制思路的示意图；
图5是根据一示例性实施例示出的一种基于GPS的分布式电源同步方法的示意图；
图6是根据一示例性实施例示出的一种GPS运行状态判断流程的示意图；
图7是根据一示例性实施例示出的一种外部中断1(GPS 1PPS脉冲触发)服务程序流程的示意图；
图8是根据一示例性实施例示出的一种定时中断(定时计数器触发)服务程序流程的示意图；
图9是根据一示例性实施例示出的一种后备同步信号提取和工频同步脉冲产生方法的示意图；
图10是根据一示例性实施例示出的一种后备同步信号提取和工频同步脉冲生成电路的示意图；
图11是根据一示例性实施例示出的一种同步信号选择判断逻辑流程的示意图；
图12是根据一示例性实施例示出的一种分布式电源逆变器全局同步总体思路的示意图；
图13是根据一示例性实施例示出的一种高低限频的滞环电流跟踪控制策略流程的示意图。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
实施例1
图1是根据一示例性实施例示出的一种全逆变器型微电网中同步定频电流相量的产生方法的流程图。如图1所示，本发明实施例提供的一种全逆变器型微电网中同步定频电流相量的产生方法，它首先利用GPS卫星授时信号作为全局同步参考信号，控制微电网内所有可调度型分布式电源逆变器输出频率固定、相位一致的同步电流相量；然后根据微电网分布式电源电流-电压下垂控制策略生成的电流幅值指令，并结合根据全局同步参考信号产生的相位指令得到完整的电流相量参考指令，调节可调度型逆变器的输出电流相量的幅值，使电网电压运行在合格的范围内，从而形成同步定频电流源微电网。
在一种可能的实现方式中，当GPS卫星授时信号失步时，由指定逆变器生成后备同步信号，并将生成的后备同步信号作为全局同步参考信号。
在一种可能的实现方式中，分布式电源逆变器根据全局同步参考信号和各自的电流幅值指令输出频率固定、相位一致、幅值可调的同步定频电流相量。
本实施例充分发挥了逆变器输出电压(电流)幅值、频率、相位灵活可控的优点，基于GPS授时信号控制微电网内所有可调度型分布式电源逆变器输出频率固定、相位一致的同步定频电流相量，使得全部可调度型分布式电源等效为一台电源；并且因为频率固定，将微电网的运行控制简化为单一的电压控制，由此显著降低了全逆变器型微电网的运行控制难度。本实施例针对全逆变器型微电网系统，基于逆变器输出电压(电流)幅值、相位、频率灵活可控的特点，利用GPS卫星授时信号作为全局同步参考，控制微电网内所有可调度型分布式电源逆变器输出频率固定(50Hz)、相位一致的同步电流相量；根据微电网分布式电源电流-电压(I-U)下垂控制策略生成的电流指令，调节可调度型逆变器的输出电流相量的幅值，使电网电压运行在合格的范围内，从而形成同步定频电流源微电网。
实施例2
图2是根据一示例性实施例示出的另一种全逆变器型微电网中同步定频电流相量的产生方法的流程图。如图2所示，本发明实施例提供的一种全逆变器型微电网中同步定频电流相量的产生方法，它包括以下过程：
GPS卫星运行状态判断的过程：本地GPS工作状态信号输入到可调度型分布式电源逆变器本地控制单元中的DSP控制器一通用输入/输出接口GPIO，在DSP控制器主程序中循环读取GPIO状态，以判断本地GPS信号是否失步，如果GPS正常置标志位变量FLAG1＝1，并执行基于GPS卫星授时信号的全局同步定频电流相量的产生过程；否则令FLAG1＝0，并执行基于后备同步信号的全局同步定频电流相量的产生过程；
基于GPS卫星授时信号的全局同步定频电流相量的产生过程：利用GPS卫星授时信号作为全局同步参考信号控制微电网内可调度型分布式电源逆变器输出频率固定、相位一致的同步电流相量；
基于后备同步信号的全局同步定频电流相量的产生过程：当GPS卫星授时信号失步时，利用后备同步信号作为全局同步参考信号控制微电网内可调度型分布式电源逆变器输出频率固定、相位一致的同步电流相量；
高低限频的滞环电流比较跟踪控制过程：根据微电网分布式电源的电流-电压下垂控制策略生成电流幅值指令，并结合根据全局同步参考信号产生的相位指令得到完整的电流相量参考指令，利用高低限频的滞环电流比较跟踪方法通过电流相量参考指令控制逆变器功率器件的通断使其生成频率固定、相位一致的同步定频电流相量。
本实施例主要用于实现全逆变器型微电网中同步定频电流相量的产生。
1、全逆变器型微电网同步定频电流相量产生的基本思路
利用GPS卫星授时信号(1PPS脉冲)或后备同步信号，使全逆变器型微电网中分布式电源逆变器产生相位一致、频率固定为50Hz的正弦电流，根据并网点电压幅值调节逆变器输出电流幅值，使电网电压幅值合格。
图3(a)所示为一简单的双逆变器供电微电网，其等效电路如图3(b)所示，两台逆变器INV1和INV2接收1PPS时间同步信号或后备同步信号，输出相位相同、频率为50Hz的受控电流与在负荷上产生的电压为
分布式电源I-U控制策略为逆变器提供电流相量(幅值和相位)指令。当GPS卫星授时信号正常工作时，各分布式电源逆变器根据本地GPS 1PPS脉冲产生50Hz的同步信号，如图3(b)所示；当GPS卫星信号失步时，由指定逆变器生成后备全局同步信息。各分布式电源逆变器根据共同的全局同步参考信号，根据各自的电流幅值指令，输出频率固定、相位一致、幅值可调的同步定频电流相量。单台分布式电源逆变器的电流相量产生控制思路如图4所示。
同步定频电流相量的发生包含三个关键技术：(1)GPS正常工况下的全局同步技术；(2)GPS失步工况下的后备全局同步技术；(3)高低限频的电流滞环比较跟踪控制策略。
2、GPS正常工况下的全局同步技术
为保证微电网内各分布式电源逆变器的精确同步，各逆变器每个工频周期同步一次，即全局同步信号频率与分布式电源输出频率相同，为50Hz。
GPS信号正常工况下，各分布式电源逆变器依据GPS卫星1PPS脉冲信号，利用本地控制单元中的高速DSP控制器和高精度晶振信号产生50Hz的全局同步信号。基于GPS信号的全局同步方案不需要额外的微处理器、FPGA或其他数字电路，仅利用逆变器本地控制单元中的DSP即可实现。
基于GPS信号的全局同步方案：
逆变器就地控制单元选用TI公司TMS320F377型DSP，也可用TMS320F335等主频不低于100MHz的DSP代替。DSP选用10PPM精度等级、100MHz的高精度晶振产生基准时钟；为提高DSP自身授时精度，DSP关闭PLL模式，其CPU采用晶振原始时钟。
本地GPS工作状态(GPS正常时为低电平，否则为高电平)信号输入到DSP一通用输入/输出接口GPIO，在DSP主程序中循环读取GPIO状态，以判断本地GPS信号是否失步，如果GPS正常置标志位变量FLAG1＝1，否则令FLAG1＝0。根据同步信号选择判断逻辑决定是否选用本地GPS 1PPS脉冲作为同步基准。
GPS 1PPS脉冲输入到DSP外部中断1。如果依据本地GPS产生工频同步信号，每一PPS脉冲到来，产生外部中断1，在外中断1服务程序中，清零并启动DSP内部定时计数器，DSP计时至20ms进入定时中断，在定时中断服务程序中，把电流相量参考中的相位复零或置成特定相位，并结合微电网分布式电源I-U下垂控制策略计算生成的电流相量幅值，产生完整的同步电流相量参考指令。实现过程如图5所示。GPS运行状态判断、GPS秒脉冲触发同步以及20ms计时同步的流程分别如图6～8所示。
3、GPS失步工况下的后备全局同步技术
如果检测到微电网中某台或多台逆变器GPS信号异常，需按照同步信号选择判断逻辑指定的冗余顺序，指定某台逆变器在正常电流相量的基础上叠加一25Hz低频分量，用于产生微电网内各分布式电源逆变器的全局同步信号。
关键技术和实现方案包括特定逆变器输出叠加分量的实现方法、叠加分量的提取与后备同步信号生成方法以及同步信号选择判断逻辑。
逆变器输出叠加分量的实现方法：
当正常电流相量的幅值不低于50％的额定值时，低频同步分量的幅值按10％的正常电流相量幅值设定；当正常电流相量的幅值低于50％额定值时，低频同步分量的幅值按5％的额定电流叠加，叠加分量的初始相位与正常电流相量相位相同。仅在一相中(如A相)中叠加同步分量即可。
如正常A相电流相量记为：
则叠加的电流分量为：
其中幅值系数k按上述确定。
叠加分量的提取与后备同步信号生成方法：
各逆变器就地控制单元中安装设置电流互感器、低通滤波器、正负双向过零比较电路，用于提取低频同步分量，得到50Hz的逆变器同步信号。后备同步信号提取和工频同步脉冲产生电路如图9所示。
采用四阶有源低通滤波器把逆变器器交流输出/输入中25Hz分量提取出来，然后经正负双向过零比较电路把25Hz的正负向零点检出，生产50Hz的后备同步信号。低通滤波采用有源四阶低通滤波和正负双向过零比较电路如图10所示：
把后备同步信号脉冲输入到DSP外部中断2。每一后备同步脉冲到来，产生外部中断2，在外中断2服务程序中，把电流相量参考中的相位复零或置成特定相位，并结合微电网系统级I-U下垂控制计算生成的电流相量幅值，产生完整的同步电流相量参考值。
运行中，只要有一台逆变器GPS信号失步，就需要指定某一台逆变器叠加低频同步分量，其余逆变器据此低频同步分量，产生50Hz同步参考信号。根据同步信号选择判断逻辑确定哪一台逆变器用来生成低频分量。
如图9所示，同步信号选择判断逻辑如下：每一台逆变器本地控制均要实时判断是否提取到后备同步信号，如果是，则意味着有至少一台逆变器GPS异常并已有逆变器叠加输出后备同步分量，逆变器跟踪此后备同步信号输出同步电流即可，同时置标志位变量FLAG2＝1。如果否，令FLAG2＝0，进而判断GPS授时信号是否正常，如果GPS授时信号正常，跟踪卫星信号输出同步电流相量即可，同时置标志位变量FLAG3＝1；如果GPS授时信号不正常，本逆变器叠加低频同步分量，用于微电网内所有逆变的全局同步，同时令FLAG3＝0。
全逆变器型微电网同步定频电流相量发生全局同步总体方案如图10所示。
4、高低限频的滞环电流比较跟踪控制策略
高低限频的滞环电流跟踪控制策略流程如图11所示。采用滞环电流比较的电流控制策略，以精确快速地跟踪电流相量参考指令。常规的滞环电流比较控制策略具有较好的精度和快速性，在保持滞环宽度不变的情况下，当被控电流幅值波动较大时，逆变器开关频率波动范围较大，致使逆变器滤波参数难以确定或滤波效果不好。定频滞环控制策略，可使全电流范围内保持恒定的开关频率，但又导致滞环环宽始终处于波动状态，逆变器输出电流谐波也始终处于变化，同样会导致滤波效果不好。本专利在常规滞环比较控制的基础上，设置可允许的最高开关频率和最低开关频率，运行过程中，如果实际开关频率介于高低限制之间，按照固定环宽滞环跟踪电流参考；如果实际开关频率高于最高开关频率或低于最低开关频率，则根据实际开关频率和频率限值的差额极性和差额大小，动态调制滞环环宽，直至实际开关频率返回高低限制之间。为保证开关频率和滞环宽度调整的平稳性，滞环宽度按不高于0.5％额定电流的步长调整。
本实施例充分发挥了逆变器输出电压(电流)幅值、频率、相位灵活可控的优点，基于GPS授时信号或后备同步信号，控制微电网内所有可调度型分布式电源逆变器输出频率固定、相位一致的同步定频电流相量，使得全部可调度型分布式电源等效为一台电源；并且因为频率固定，将微电网的运行控制简化为单一的电压控制，由此显著降低了全逆变器型微电网的运行控制难度。本实施例针对全逆变器型微电网系统，基于逆变器输出电压(电流)幅值、相位、频率灵活可控的特点，利用GPS卫星授时信号作为全局同步参考，控制微电网内所有可调度型分布式电源逆变器输出频率固定(50Hz)、相位一致的同步电流相量；根据微电网分布式电源电流-电压(I-U)下垂控制策略生成的电流指令，调节可调度型逆变器的输出电流相量的幅值，使电网电压运行在合格的范围内，从而形成同步定频电流源微电网。由于所有可调度型分布式电源逆变器均在同一时间坐标下输出同相位的定频电流相量，使得微电网系统电压的控制过程与单个逆变器系统类似，由此本发明实施例技术方案将微电网的运行控制转化为单一的电压控制，控制方法简单、直接，控制精度更高，从原理上彻底摆脱了传统交流电网存在的频率与电压稳定问题。
本发明主要有以下几个特点：
(1)全逆变器微电网同步定频电流相量产生的基本思想和实现思路。利用逆变器输出电压(电流)幅值、相位、频率灵活可控的特点，基于GPS卫星授时信号或后本同步信号作为全局同步参考，控制微电网内所有可调度型分布式电源逆变器输出频率固定(50Hz)、相位一致的同步电流相量；根据微电网系统级电流-电压(I-U)下垂控制策略生成的电流指令，调节可调度型逆变器的输出电流相量的幅值，使电网电压运行在合格的范围内，从而形成同步定频电流源微电网。由此可将多台可调度型分布式电源等效为一台电源来控制，将传统交流微网运行控制简化为单一的电压控制，显著简化了全逆变器型微电网的运行控制。
(2)GPS正常工况下的逆变器全局同步技术。基于GPS 1PPS脉冲信号，不需要额外的微处理器、FPGA或其他数字电路，仅利用逆变器本地控制单元中的DSP和高精度晶振即可实现微电网内可调度型分布式电源逆变器的工频全局同步。
(3)GPS失步工况下的后备全局同步技术。包括指定逆变器输出叠加分量的频率和幅值确定方法；叠加分量的提取方法及后备同步信号生成方法；同步信号选择判断逻辑实现，以及根据同步信号选择判断逻辑选取产生后备叠加分量的逆变器。
(4)高低限频的滞环电流比较跟踪控制方法。幅值指令+相位指令得到完整的电流相量指令，然后利用高低限频的滞环电流比较跟踪控制策略控制逆变器，逆变器就可以生产同步定频相量，把传统电流滞环比较控制策略和定频电流滞环比较控制策略结合。运行过程中设置开关频率的高低两个限值，在高低限值之内保持电流滞环宽度不变；在高低限值之外，动态调整电流滞环宽度，避免开关频率过高或过低以及因电流误差波动过大导致的谐波含量变化过大的情况。
以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种全逆变器型微电网中同步定频电流相量的产生方法，其特征是，它首先利用GPS卫星授时信号作为全局同步参考信号，控制微电网内所有可调度型分布式电源逆变器输出频率固定、相位一致的同步电流相量；然后根据微电网分布式电源电流-电压下垂控制策略生成的电流幅值指令，并结合根据全局同步参考信号产生的相位指令得到完整的电流相量参考指令，调节可调度型逆变器的输出电流相量的幅值，使电网电压运行在合格的范围内，从而形成同步定频电流源微电网。
2.如权利要求1所述的一种全逆变器型微电网中同步定频电流相量的产生方法，其特征是，当GPS卫星授时信号失步时，由指定逆变器生成后备同步信号，并将生成的后备同步信号作为全局同步参考信号。
3.如权利要求1或2所述的一种全逆变器型微电网中同步定频电流相量的产生方法，其特征是，分布式电源逆变器根据全局同步参考信号和各自的电流幅值指令输出频率固定、相位一致、幅值可调的同步定频电流相量。
4.一种全逆变器型微电网中同步定频电流相量的产生方法，其特征是，包括以下过程：
基于GPS卫星授时信号的全局同步定频电流相量的产生过程：利用GPS卫星授时信号作为全局同步参考信号控制微电网内可调度型分布式电源逆变器输出频率固定、相位一致的同步电流相量；
高低限频的滞环电流比较跟踪控制过程：根据微电网分布式电源的电流-电压下垂控制策略生成电流幅值指令，并结合根据全局同步参考信号产生的相位指令得到完整的电流相量参考指令，利用高低限频的滞环电流比较跟踪方法通过电流相量参考指令控制逆变器功率器件的通断使其生成频率固定、相位一致的同步定频电流相量。
5.如权利要求4所述的一种全逆变器型微电网中同步定频电流相量的产生方法，其特征是，所述基于GPS卫星授时信号的全局同步定频电流相量的产生过程包括以下步骤：
可调度型分布式电源逆变器在每个工频周期同步一次GPS卫星授时信号，分布式电源逆变器依据GPS卫星的1PPS脉冲信号，利用本地控制单元中的DSP控制器和高精度晶振信号产生50Hz的全局同步信号；
GPS卫星的1PPS脉冲信号输入到DSP控制器的外部中断1，如果依据本地GPS产生工频同步信号，每一PPS脉冲到来，产生外部中断1，在外中断1服务程序中，清零并启动DSP控制器内部定时计数器，DSP控制器计时至20ms进入定时中断，在定时中断服务程序中，把电流相量参考中的相位复零或置成特定相位。
6.如权利要求4所述的一种全逆变器型微电网中同步定频电流相量的产生方法，其特征是，所述高低限频的滞环电流比较跟踪控制过程采用滞环电流比较的电流控制策略来精确快速地跟踪电流相量参考指令，其具体过程为：在常规滞环比较控制的基础上，设置可允许的最高开关频率和最低开关频率，运行过程中如果实际开关频率介于高低限制之间，按照固定环宽滞环跟踪电流参考；如果实际开关频率高于最高开关频率或低于最低开关频率，则根据实际开关频率和频率限值的差额极性和差额大小，动态调制滞环环宽，直至实际开关频率返回高低限制之间。
7.如权利要求4-6任意一项所述的一种全逆变器型微电网中同步定频电流相量的产生方法，其特征是，当GPS卫星授时信号失步时，所述方法在高低限频的滞环电流比较跟踪控制过程之前还包括以下过程：
基于后备同步信号的全局同步定频电流相量的产生过程：利用后备同步信号作为全局同步参考信号控制微电网内可调度型分布式电源逆变器输出频率固定、相位一致的同步电流相量。
8.如权利要求7所述的一种全逆变器型微电网中同步定频电流相量的产生方法，其特征是，所述基于后备同步信号的全局同步定频电流相量的产生过程包括以下步骤：
当检测到微电网中有可调度型分布式电源逆变器的GPS信号异常时，按照同步信号选择判断逻辑指定的冗余顺序，指定一台可调度型分布式电源逆变器在正常电流相量的基础上叠加一低频分量；
当正常电流相量的幅值不低于50％的额定值时，低频同步分量的幅值按10％的正常电流相量幅值设定；当正常电流相量的幅值低于50％额定值时，低频同步分量的幅值按5％的额定电流叠加，叠加分量的初始相位与正常电流相量相位相同；
可调度型分布式电源逆变器采用四阶有源低通滤波器把可调度型分布式电源逆变器的交流输出/输入中25Hz分量提取出来，然后经正负双向过零比较电路把25Hz的正负向零点检出，生产50Hz的后备同步信号；
把后备同步信号脉冲输入到DSP外部中断2，每一后备同步信号脉冲到来，产生外部中断2，在外中断2服务程序中，把电流相量参考中的相位复零或置成特定相位；
每一台可调度型分布式电源逆变器本地控制单元中的DSP控制器均要实时判断是否提取到后备同步信号，如果是，则意味着有至少一台可调度型分布式电源逆变器GPS信号异常并将已有信号的电流相量叠加一低频分量输出后备同步分量，可调度型分布式电源逆变器跟踪此后备同步信号输出同步电流即可，同时置标志位变量FLAG2＝1，如果否，令FLAG2＝0；进而判断GPS授时信号是否正常，如果GPS授时信号正常，跟踪卫星信号输出同步电流相量即可，同时置标志位变量FLAG3＝1；如果GPS授时信号不正常，本可调度型分布式电源逆变器叠加低频同步分量，作为微电网内可调度型分布式电源逆变器的全局同步信号，同时令FLAG3＝0。
9.如权利要求8所述的一种全逆变器型微电网中同步定频电流相量的产生方法，其特征是，还包括GPS卫星运行状态判断的过程。
10.如权利要求9所述的一种全逆变器型微电网中同步定频电流相量的产生方法，其特征是，所述GPS卫星运行状态判断的过程具体为：本地GPS工作状态信号输入到可调度型分布式电源逆变器本地控制单元中的DSP控制器一通用输入/输出接口GPIO，在DSP控制器主程序中循环读取GPIO状态，以判断本地GPS信号是否失步，如果GPS正常置标志位变量FLAG1＝1，并执行基于GPS卫星授时信号的全局同步定频电流相量的产生过程；否则令FLAG1＝0，并执行基于后备同步信号的全局同步定频电流相量的产生过程。
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