CN107887927A - 微网系统及其控制方法、装置 - Google Patents

微网系统及其控制方法、装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微网系统及其控制方法、装置，其中，该方法包括：检测微网系统的当前电信号；判断当前电信号是否符合并网要求；如果当前电信号不符合并网要求，则包括：切断微网系统与市电的连接开关；按预设采样频率采样微网系统输出的经逆变器逆变后的逆变电压；调整逆变电压的频率，以符合预设基础频率；输出调整频率后的逆变电压，以向交流负载提供符合预设基础频率的交流电源。本发明解决了现有技术中光伏电网处于空转状态，导致能量损耗较大的问题。

Description

微网系统及其控制方法、装置
技术领域
本发明涉及新能源并网技术领域，具体而言，涉及一种微网系统及其控制方法、装置。
背景技术
随着社会的发展和科技的进步，新能源技术越来越成熟，利用光伏发电并入电网。光伏的微网有并网和孤岛两种运行模式，所以微网通常运行在三种状态：并网运行状态，孤岛运行状态和在两种运行状态之间切换的暂态。
为了实现光伏直流电压并网，传统的微网拓扑结构采用高频链结构，会导致功率变换次数增加，元件数目也增加，使系统电路复杂，损耗增多，效率降低。在大电网发生故障，微网孤岛运行，整个微网不从大电网吸收功率，光伏电网处于空转状态，导致能量损耗较大。
因此，如何提高光伏电网能量利用率成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种微网系统及其控制方法、装置，以至少解决现有技术中光伏电网处于空转状态，导致能量损耗较大的问题。
为解决上述技术问题，根据本公开实施例的第一方面，本发明提供了一种微网系统控制方法，包括：
检测微网系统的当前电信号；判断当前电信号是否符合并网要求；如果当前电信号不符合并网要求，则包括：切断微网系统与市电的连接开关；按预设采样频率采样微网系统输出的经逆变器逆变后的逆变电压；调整逆变电压的频率，以符合预设基础频率；输出调整频率后的逆变电压，以向交流负载提供符合预设基础频率的交流电源。
可选地，调整逆变电压的频率包括：利用正弦信号叠加逆变电压的频率得到符合预设基础频率的逆变电压，正弦信号的频率为预设基础频率的正整数倍。
可选地，如果当前电信号符合并网要求，则包括：闭合微网系统与市电的连接开关；对直流电源的功率进行前馈控制得到第一并网电流有效修订值；对直流电源的电压进行跟踪控制得到第二并网电流有效修订值；根据第一并网电流有效修订值和第二并网电流有效修订值确定瞬时电流，瞬时电流为参数满足并网条件的交流电；通过瞬时电流控制微网系统中的逆变器开断。
可选地，采用如下公式得到第一并网电流有效修订值：其中，为第一并网电流有效修订值，PPV为直流电源的功率，VgRMS为市电电压有效值。
可选地，直流电源为光伏电源。
可选地，根据第一并网电流有效修订值和第二并网电流有效修订值确定瞬时电流包括：叠加第一并网电流有效修订值和第二并网电流有效修订值得到有效并网电流；对有效并网电流进行锁相环得到瞬时电流。
根据本公开实施例的第二方面，提供了一种微网系统控制装置，该装置包括：
检测模块，用于检测微网系统的当前电信号；判断模块，用于判断当前电信号是否符合并网要求；开关模块，用于如果当前电信号不符合并网要求，则切断微网系统与市电的连接开关；采样模块，用于按预设采样频率采样微网系统输出的经逆变器逆变后的逆变电压；调整模块，用于调整逆变电压的频率，以符合预设基础频率；输出模块，用于输出调整频率后的逆变电压，以向交流负载提供符合预设基础频率的交流电源。
可选地，开关模块还用于如果当前电信号符合并网要求，则闭合微网系统与市电的连接开关；前馈模块，用于对直流电源的功率进行前馈控制得到第一并网电流有效修订值；跟踪模块，用于对直流电源的电压进行跟踪控制得到第二并网电流有效修订值；确定模块，用于根据第一并网电流有效修订值和第二并网电流有效修订值确定瞬时电流，瞬时电流为参数满足并网条件的交流电；控制模块，用于通过瞬时电流控制微网系统中的逆变器开断。
根据本公开实施例的第三方面，提供了一种计算机装置，包括处理器，处理器用于执行存储器中存储的计算机程序实现以下方法：
检测微网系统的当前电信号；判断当前电信号是否符合并网要求；如果当前电信号不符合并网要求，则包括：切断微网系统与市电的连接开关；按预设采样频率采样微网系统输出的经逆变器逆变后的逆变电压；调整逆变电压的频率，以符合预设基础频率；输出调整频率后的逆变电压，以向交流负载提供符合预设基础频率的交流电源。
根据本公开实施例的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，处理器执行存储介质中存储的计算机程序实现以下方法：
检测微网系统的当前电信号；判断当前电信号是否符合并网要求；如果当前电信号不符合并网要求，则包括：切断微网系统与市电的连接开关；按预设采样频率采样微网系统输出的经逆变器逆变后的逆变电压；调整逆变电压的频率，以符合预设基础频率；输出调整频率后的逆变电压，以向交流负载提供符合预设基础频率的交流电源。
根据本公开实施例的第五方面，提供了一种微网系统，包括：
直流电源，用于提供并网或供交流负载运行的直流电压；逆变器，连接至直流电源和市电以及交流负载之间，用于将直流电源提供的直流电压逆变成交流电压；连接开关，连接至逆变器和市电之间；控制器，用于实现上述第一方面任一的方法。
在本发明中，在判断当前电信号不符合并网要求后，切断微网系统与市电的连接开关，由于按预设采样频率采样微网系统输出的经逆变器逆变后的逆变电压，而后调整逆变电压的频率，以符合预设基础频率，输出调整频率后的逆变电压，以向交流负载提供符合预设基础频率的交流电源，从而，在大电网发生故障，微网孤岛运行时，通过对微网系统进行频率调整，使得微网系统依旧能够向交流负载供电，继而，提高了光伏电网能量利用率。
作为可选的技术方案，如果当前电信号符合并网要求，则闭合微网系统与市电的连接开关，对直流电源的功率进行前馈控制得到第一并网电流有效修订值，而后，根据第一并网电流有效修订值和第二并网电流有效修订值确定瞬时电流，由于前馈控制能够得到一个稳定且较大的修订值，因此，能够克服光伏功率跟踪时的扰动，从而，使得系统在稳定工作时，能够输出较大的并网电流，减小对控制系统的输出特性，减轻了光伏功率跟踪的负担。
附图说明
图1是本发明实施例的一种微网系统控制方法流程图；
图2是本发明实施例的一种微网拓扑结构示意图；
图3是本发明实施例的一种控制策略示意图；
图4是本发明实施例的另一种控制策略示意图；
图5是本发明实施例的一种微网系统模式切换控制策略示意图；
图6是本发明实施例的一种微网系统控制装置结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
为了提高光伏电网能量利用率，本实施例公开了一种微网系统控制方法，请参考图1，为该微网系统控制方法流程图，该微网系统控制方法包括：
步骤S100，检测微网系统的当前电信号。请参考图2，为本实施例公开的一种微网拓扑结构示意图，该微网包括：直流电源PV，用于产生直流电压；DC/DC转换电路1，用于将直流电源产生的直流电压转化为稳定的电压，具体地，可以通过现有的电感、电容C、IGBT以及二极管构成的稳压滤波电路来实现；逆变器2，用于将稳定的直流电压转化为交流电压，具体地，逆变器2可以通过现有的电路结构来实现；LC滤波电路3，用于对经逆变器2逆变后的交流电压进行LC滤波，滤波后的交流电可以接入交流负载，也可以并入市电。本实施例中，可以检测微网系统并入市电的电信号得到当前电信号，具体地，所称电信号可以包括并网的电流ig和/或电压vg。
步骤S200，判断当前电信号是否符合并网要求。在具体实施例中，可以判断微网系统当前并网的电压vg是否满足并网要求，例如，并网电压vg大于预设值时，则符合并网要求，反之，则不符合并网要求。在具体实施例中，如果当前电信号不符合并网要求，则执行步骤S310至步骤S304，具体地：
步骤S301，切断微网系统与市电的连接开关。当微网系统的当前电信号不符合并网要求时，应当断开微网系统与市电的连接关系，使微网系统工作在孤岛运行模式下，具体地，请参考图2，如果当前电信号不符合并网要求，则切断微网系统与市电的连接开关Tg。
步骤S302，按预设采样频率采样微网系统输出的经逆变器逆变后的逆变电压。请参考图3，为本实施例公开的微网系统工作在孤岛模式的一种控制策略示意图，本实施例中，采集经逆变器逆变后的逆变电压Vinv，而后，对逆变电压进行调整，以使输出的逆变电压满足交流负载工作的要求。本实施例中，所称预设采样频率大小可以根据经验来确定，一般而言，预设采样频率fs应当远大于预设基础频率f。本实施例中，所称预设基础频率f为符合市电工作的交流电频率，预设基础频率根据相应国家或地区的标准确定，例如，中国的预设基础频率f为50Hz。
步骤S303，调整逆变电压的频率，以符合预设基础频率。在具体实施例中，可以通过外加正弦信号的方式来调整逆变电压的频率，即：利用正弦信号叠加逆变电压的频率得到符合预设基础频率的逆变电压，正弦信号的频率为预设基础频率的正整数倍。请参考图3，微网系统运行在孤岛模式时，采用三环控制策略，引入重复控制策略。重复控制以内模原理为基础，构建外部信号的动态模型，植入控制器内部，形成高精度反馈控制器。重复控制的内模可以看作基频正弦信号及其倍频正弦信号的叠加，因而能够精确跟踪正弦信号。重复控制利用N拍前的误差量(理想的逆变电压与采集到的逆变电压Vinv之差)形成该周期的控制指令，其本质是对误差信号的不断累加，利用多个周期的误差量尽可能降低系统的当前误差。图3中，z-N为时滞单元，N＝fs/f，f为基础频率50Hz,fs为采样频率，以fs＝20KHz为例，N＝400；S(z)为补偿，改善开环增益；zk为超前环节，用作相位补偿；Kr为重复控制增益，用来调节重复控制的补偿强度；Q(z)为滤波器，a、b为常系数。图3中，直流电源电压VPV和电流IPV的跟踪控制请参见下文描述。
步骤S304，输出调整频率后的逆变电压，以向交流负载提供符合预设基础频率的交流电源。
在可选的实施例中，如果步骤S200判断出当前电信号符合并网要求时，则执行步骤S401至步骤S405，具体地：
步骤S401，闭合微网系统与市电的连接开关。请参考图2，当微网系统的当前电信号符合并网要求时，可以将微网系统逆变后的交流电并入市电中，具体地，可以闭合微网系统与市电的连接开关Tg，以实现微网系统的并网。
步骤S402，对直流电源的功率进行前馈控制得到第一并网电流有效修订值。请参考图2和图4，其中，图4为本实施例中并网模式的控制策略示意图。具体地，可以采集直流电源(例如光伏)的输入电压VPV和电流IPV，得到直流电源的功率电流PPV，而后，对直流电源的功率电流PPV进行前馈控制可以得到第一并网电流有效修订值在具体实施例中，可以采用如下公式得到第一并网电流有效修订值：其中，为第一并网电流有效修订值，PPV为直流电源的功率，VgRMS为市电电压有效值。
步骤S403，对直流电源的电压进行跟踪控制得到第二并网电流有效修订值。在具体实施例中，可以采用常规的跟踪算法来跟踪控制，具体地，采样光伏输入电流IPV及电压VPV进行例如最大功率跟踪算法(MPPT)，通过输出PWM波(图4中PWMb所示)控制DC/DC电路开关管的关断调节光伏输出功率。
步骤S404，根据第一并网电流有效修订值和第二并网电流有效修订值确定瞬时电流，瞬时电流为参数满足并网条件的交流电。在具体实施中，叠加第一并网电流有效修订值和第二并网电流有效修订值得到有效并网电流对有效并网电流进行锁相环得到瞬时电流。本实施例中，后级电流调节器的输入有效并网电流是由第一并网电流有效修订值与直流侧PI控制输出第二并网电流有效修订值合成的。系统运行稳定时，是一个稳定且比较大的值，则是一个变动且比较小的值。通过正弦信号对后级电流调节器的输入进行频率调整即可得到瞬时电流具体地，后级电流调节器的输入控制量可以是并网交流电压vg。
步骤S405，通过瞬时电流控制微网系统中的逆变器开断。在得到瞬时电流后，通过输出PWM波(图4中PWMinv所示)控制逆变器电路2开关管的关断调节交流输出特性。
为便于本领域技术人员理解，在具体控制过程中：将直流侧电压实时值Vdc与设定电压比较，其误差通过PI控制器后得到第二并网电流有效修订值而后，将第二并网电流有效修订值与第一并网电流有效修订值合成，将合成结果乘以与电网电压同步的正弦信号sinω0t，作为逆变器输出电流指令信号实时检测逆变器输出电流ig，与比较，误差经比例谐振控制，其结果由PWM发生器变成驱动逆变器工作的开关信号。
本实施例中，在系统稳定时，由于是一个稳定且比较大的值，则是一个变动且比较小的值。如果功率前馈能够克服光伏功率的扰动，则可以大大的减少的值。这样系统在稳定工作时，只需要一个很小的电流指令信号就可以输出较大的并网电流，不仅不会影响控制系统的输出特性，反而可以减轻直流侧PI调节器的负担。
请参考图5，为本实施例并网模式和孤岛模式的切换控制策略示意图，通过模式选择来实现并网模式和孤岛模式之间的模式切换，可以通过孤岛检测来检测微网系统当前是否符合并网要求。当逆变器工作于并网模式时，请参考图4和图5，逆变器PWM波的输入控制电流等于由并网模式下最大功率跟踪控制和锁相环控制来决定；当逆变器工作于孤岛模式时，请参考图3和图5，逆变器PWM波的输入控制电流等于为孤岛模式控制策略下输出的电流。
本实施例还公开了一种微网系统控制装置，请参考图6，为该微网系统控制装置结构示意图，该微网系统控制装置包括：检测模块100、判断模块200、开关模块300、采样模块400、调整模块500和输出模块600，其中：
检测模块100用于检测微网系统的当前电信号；判断模块200用于判断当前电信号是否符合并网要求；开关模块300用于如果当前电信号不符合并网要求，则切断微网系统与市电的连接开关；采样模块400用于按预设采样频率采样微网系统输出的经逆变器逆变后的逆变电压；调整模块500用于调整逆变电压的频率，以符合预设基础频率；输出模块600用于输出调整频率后的逆变电压，以向交流负载提供符合预设基础频率的交流电源。
在可选的实施例中，开关模块还用于如果当前电信号符合并网要求，则闭合微网系统与市电的连接开关；控制装置还包括：前馈模块，用于对直流电源的功率进行前馈控制得到第一并网电流有效修订值；跟踪模块，用于对直流电源的电压进行跟踪控制得到第二并网电流有效修订值；确定模块，用于根据第一并网电流有效修订值和第二并网电流有效修订值确定瞬时电流，瞬时电流为参数满足并网条件的交流电；控制模块，用于通过瞬时电流控制微网系统中的逆变器开断。
本实施例还公开了一种微网系统，包括：直流电源、逆变器、连接开关和控制器，其中：
直流电源用于提供并网或供交流负载运行的直流电压；逆变器连接至直流电源和市电以及交流负载之间，用于将直流电源提供的直流电压逆变成交流电压；连接开关连接至逆变器和市电之间；控制器用于实现上述任一实施例公开的方法。
在本发明中，在判断当前电信号不符合并网要求后，切断微网系统与市电的连接开关，由于按预设采样频率采样微网系统输出的经逆变器逆变后的逆变电压，而后调整逆变电压的频率，以符合预设基础频率，输出调整频率后的逆变电压，以向交流负载提供符合预设基础频率的交流电源，从而，在大电网发生故障，微网孤岛运行时，通过对微网系统进行频率调整，使得微网系统依旧能够向交流负载供电，继而，提高了光伏电网能量利用率。
在可选的实施例中，如果当前电信号符合并网要求，则闭合微网系统与市电的连接开关，对直流电源的功率进行前馈控制得到第一并网电流有效修订值，而后，根据第一并网电流有效修订值和第二并网电流有效修订值确定瞬时电流，由于前馈控制能够得到一个稳定且较大的修订值，因此，能够克服光伏功率跟踪时的扰动，从而，使得系统在稳定工作时，能够输出较大的并网电流，减小对控制系统的输出特性，减轻了光伏功率跟踪的负担。
此外，本发明实施例中还提供一种计算机装置，包括处理器，处理器用于执行存储器中存储的计算机程序实现以下方法：检测微网系统的当前电信号；判断当前电信号是否符合并网要求；如果当前电信号不符合并网要求，则包括：切断微网系统与市电的连接开关；按预设采样频率采样微网系统输出的经逆变器逆变后的逆变电压；调整逆变电压的频率，以符合预设基础频率；输出调整频率后的逆变电压，以向交流负载提供符合预设基础频率的交流电源。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(ROM)或随机存储记忆体(RAM)等。计算机处理器用于执行存储介质中存储的计算机程序实现以下方法：检测微网系统的当前电信号；判断当前电信号是否符合并网要求；如果当前电信号不符合并网要求，则包括：切断微网系统与市电的连接开关；按预设采样频率采样微网系统输出的经逆变器逆变后的逆变电压；调整逆变电压的频率，以符合预设基础频率；输出调整频率后的逆变电压，以向交流负载提供符合预设基础频率的交流电源。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (11)

1.一种微网系统控制方法，其特征在于，包括：
检测微网系统的当前电信号；
判断所述当前电信号是否符合并网要求；
如果所述当前电信号不符合并网要求，则包括：
切断所述微网系统与市电的连接开关；
按预设采样频率采样所述微网系统输出的经逆变器逆变后的逆变电压；
调整所述逆变电压的频率，以符合预设基础频率；
输出调整频率后的逆变电压，以向交流负载提供符合所述预设基础频率的交流电源。
2.如权利要求1所述的微网系统控制方法，其特征在于，所述调整所述逆变电压的频率包括：利用正弦信号叠加所述逆变电压的频率得到符合预设基础频率的逆变电压，所述正弦信号的频率为所述预设基础频率的正整数倍。
3.如权利要求1或2所述的微网系统控制方法，其特征在于，如果所述当前电信号符合并网要求，则包括：
闭合所述微网系统与市电的连接开关；
对直流电源的功率进行前馈控制得到第一并网电流有效修订值；
对所述直流电源的电压进行跟踪控制得到第二并网电流有效修订值；
根据所述第一并网电流有效修订值和所述第二并网电流有效修订值确定瞬时电流，所述瞬时电流为参数满足并网条件的交流电；
通过所述瞬时电流控制所述微网系统中的逆变器开断。
4.如权利要求3所述的微网系统控制方法，其特征在于，采用如下公式得到所述第一并网电流有效修订值：
其中，为第一并网电流有效修订值，PPV为直流电源的功率，VgRMS为市电电压有效值。
5.如权利要求3所述的微网系统控制方法，其特征在于，所述直流电源为光伏电源。
6.如权利要求3所述的微网系统控制方法，其特征在于，所述根据所述第一并网电流有效修订值和所述第二并网电流有效修订值确定瞬时电流包括：
叠加所述第一并网电流有效修订值和所述第二并网电流有效修订值得到有效并网电流；
对所述有效并网电流进行锁相环得到所述瞬时电流。
7.一种微网系统控制装置，其特征在于，包括：
检测模块，用于检测微网系统的当前电信号；
判断模块，用于判断所述当前电信号是否符合并网要求；
开关模块，用于如果所述当前电信号不符合并网要求，则切断所述微网系统与市电的连接开关；
采样模块，用于按预设采样频率采样所述微网系统输出的经逆变器逆变后的逆变电压；
调整模块，用于调整所述逆变电压的频率，以符合预设基础频率；
输出模块，用于输出调整频率后的逆变电压，以向交流负载提供符合所述预设基础频率的交流电源。
8.如权利要求7所述的微网系统控制装置，其特征在于，
所述开关模块还用于如果所述当前电信号符合并网要求，则闭合所述微网系统与市电的连接开关；
所述控制装置还包括：
前馈模块，用于对直流电源的功率进行前馈控制得到第一并网电流有效修订值；
跟踪模块，用于对所述直流电源的电压进行跟踪控制得到第二并网电流有效修订值；
确定模块，用于根据所述第一并网电流有效修订值和所述第二并网电流有效修订值确定瞬时电流，所述瞬时电流为参数满足并网条件的交流电；
控制模块，用于通过所述瞬时电流控制所述微网系统中的逆变器开断。
9.一种计算机装置，其特征在于，包括处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序实现如权利要求1-6任意一项的所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，处理器执行存储介质中存储的计算机程序实现如权利要求1-6中任意一项所述的方法。
11.一种微网系统，其特征在于，包括：
直流电源，用于提供并网或供交流负载运行的直流电压；
逆变器，连接至所述直流电源和市电以及交流负载之间，用于将所述直流电源提供的直流电压逆变成交流电压；
连接开关，连接至所述逆变器和所述市电之间；
控制器，用于实现如权利要求1-6中任意一项所述的方法。
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