CN109103934A - 一种微电网双变流器协同控制方法 - Google Patents

一种微电网双变流器协同控制方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种微电网双变流器协同控制方法，所述方法包括：对微电网进行孤网检测，确定所述微电网的运行状态；检测所述微电网的负载是平衡负载还是不平衡负载，检测所述负载是否含有谐波，确定所述负载的类别；根据所述微电网的运行状态和所述负载的类别，确定所述微电网的工况类型；根据所述微电网的工况类型，控制所述双变流器的输出电流，所述双变流器包括第一变流器和第二变流器。利用本申请各个实施例，可以有效控制功率分配，提高供电质量，延长蓄电池的使用寿命。

Description

一种微电网双变流器协同控制方法
技术领域
本申请涉及电力技术领域，特别涉及一种微电网双变流器协同控制方法。
背景技术
将不同类型的分布式电源、储能装置和负荷整合为微电网，能够在提高能效、减少分布式电源对主电网的不利影响、提高电能质量等方面发挥重要作用。微电网上述优点的实现依赖于微电网的稳定运行。但微电网自身的输出功率波动性以及输出功率与本地负荷的不匹配等都会影响微电网的稳定运行，常带来电能质量问题。
储能装置对于可再生能源并网发电、分布式电源、微电网的应用是一个必不可少的支撑基石，其对这些形式的电源具有平抑功率波动，削峰填谷，故障穿越等作用。微电网中由于可能含有风电、光伏发电等受自然因素影响的微电源，导致微电网产生功率波动，影响微电网运行稳定性，使微电网并网运行时和主电网交换功率出现波动，储能装置在并网时可以很好地解决微电网的功率波动，使微电网和主电网交换功率可控，提高微电网运行稳定性，
改善微电网电能质量，实现电池的充放电管理。当配电网发生故障，微电网与大电网解列运行于孤网模式时，储能装置建立并维持微电网的电压和频率，为负荷和分布式电源提供一个稳定的电压源支撑，当负荷功率大于分布式电源功率时，储能装置为负荷提供功率，当负荷功率小于分布式电源功率时，储能装置吸收多余的功率，储能装置的控制性能将直接影响微电网的供电质量。
现有技术中，为了扩展储能装置容量，通常情况下应用两台并联的变流器实现变流功能。但是，现有技术中，由于负载不平衡、负载含有谐波等因素的影响，导致两台变流器的功率分配存在差异，造成电能质量降低，而且会降低蓄电池的使用寿命。
现有技术至少存在如下技术问题：由于负载不平衡、负载含有谐波等因素的影响，导致两台变流器的功率分配存在差异，造成电能质量降低，而且会降低蓄电池的使用寿命。
发明内容
本申请实施例的目的是提供一种微电网双变流器协同控制方法，以有效控制功率分配，提高供电质量，延长蓄电池的使用寿命。
本申请实施例提供一种微电网双变流器协同控制方法是这样实现的：
一种微电网双变流器协同控制方法，所述方法包括：
对微电网进行孤网检测，确定所述微电网的运行状态；
检测所述微电网的负载是平衡负载还是不平衡负载，检测所述负载是否含有谐波，确定所述负载的类别；
根据所述微电网的运行状态和所述负载的类别，确定所述微电网的工况类型；
根据所述微电网的工况类型，控制所述双变流器的输出电流，所述双变流器包括第一变流器和第二变流器。
优选实施例中，若所述微电网的工况类型为并网平衡负载，则计算得到有功电流和无功电流之和的平均值，以所述平均值作为双变流器的指令电流值，控制所述双变流器各自形成电流闭环，使所述双变流器的输出电流的有效值等于所述指令电流值。
优选实施例中，若所述微电网的工况类型为并网不平衡负载，则将不平衡电流的有效值与有功、无功电流的有效值相加后除以2，计算得到电流值；
将所述电流值减去所述不平衡电流的有效值，计算得到所述第一变流器的指令电流值；
将所述不平衡电流的有效值与所述有功、无功电流的有效值相加后减去所述第一变流器的指令电流值，计算得到所述第二变流器的指令电流值。
控制所述第一变流器的输出电流的有效值等于所述第一变流器的指令电流值，控制所述第二变流器的输出电流的有效值等于所述第二变流器的指令电流值。
优选实施例中，若所述微电网的工况类型为并网谐波负载，则将谐波电流的有效值与有功、无功电流的有效值相加后除以2，计算得到电流值；
将所述电流值减去所述谐波电流的有效值，计算得到所述第一变流器的指令电流值；
将所述谐波电流的有效值与所述有功、无功电流的有效值相加后减去所述第一变流器的指令电流值，计算得到所述第二变流器的指令电流值；
控制所述第一变流器的输出电流的有效值等于所述第一变流器的指令电流值，控制所述第二变流器的输出电流的有效值等于所述第二变流器的指令电流值。
优选实施例中，若所述微电网的工况类型为孤网平衡负载，则应用电压闭环和电流闭环，控制公共连接点的电压等于指令值，控制所述双变流器的输出电流的有效值相等。
优选实施例中，若所述微电网的工况类型为孤网不平衡负载，则将不平衡电流的有效值与公共连接点电压控制所需电流的有效值相加后除以2，计算得到所述第一变流器的指令电流值；
将所述不平衡电流的有效值与所述所需电流的有效值相加后减去所述第一变流器的指令电流值，计算得到所述第二变流器的指令电流值；
控制所述第一变流器的输出电流的有效值等于所述第一变流器的指令电流值，控制所述第二变流器的输出电流的有效值等于所述第二变流器的指令电流值。
优选实施例中，若所述微电网的工况类型为孤网谐波负载，则将谐波电流的有效值与公共连接点电压控制所需电流的有效值相加后除以2，计算得到所述第一变流器的指令电流值；
将所述谐波电流的有效值与所述所需电流的有效值相加后减去所述第一变流器的指令电流值，计算得到所述第二变流器的指令电流值；
控制所述第一变流器的输出电流的有效值等于所述第一变流器的指令电流值，控制所述第二变流器的输出电流的有效值等于所述第二变流器的指令电流值。
优选实施例中，所述双变流器并联，所述双变流器的其中之一的直流侧连接蓄电池，另一变流器的直流侧连接电解电容，所述双变流器的直流侧通过电感相连接。
优选实施例中，所述有功电流和所述无功功率包括利用变换矩阵对三相电流进行坐标变换得到。
优选实施例中，所述利用变换矩阵对三相电流进行坐标变换，包括：
将所述三相电流在abc坐标系下的电流值乘以所述变换矩阵，计算得到dq坐标系下的电流值id、iq，作为所述有功电流id和所述无功电流iq；
所述变换矩阵的表达式如下：
利用本申请实施例提供的一种微电网双变流器协同控制方法，可以在不平衡负载以及谐波负载工况下，重新分配两台变流器功能，使其中一台变流器具有不平衡和谐波补偿功能，形成两台变流器功率分配指令机制，合理分配了两台变流器指令电流，使得两台变流器工作在相等功率；本发明在满足两台变流器功率平均分配基础上同时实现了电能质量治理和蓄电池直流侧功率波动抑制功能，可以提高供电质量和延长了蓄电池使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一个实施例提供的一种含双变流器的储能装置的电路结构图；
图2是本申请一个实施例提供的一种微电网双变流器协同控制方法的方法流程示意图；
图3是本申请一个实施例提供的所述双变流器的功能和电流指令分配方法示意图；
图4是本申请一个实施例提供的不平衡电流检测的方法流程示意图；
图5是本申请一个实施例提供的谐波电流检测的方法流程示意图；
图6是本申请一个实施例提供的孤网下PCC电压控制流程示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供一种微电网双变流器协同控制方法。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
图1是本申请一个实施例提供的一种含双变流器的储能装置的电路结构图。图2是本申请一个实施例提供的一种微电网双变流器协同控制方法的方法流程示意图。图3是本申请一个实施例提供的所述双变流器的功能和电流指令分配方法示意图。
如图1所示，所述双变流器为两台电压型变流器，所述双变流器并联，分别为第一变流器1和第二变流器2，所述双变流器的直流侧分别连接蓄电池和电解电容，所述双变流器的直流端通过电感连接，可使得蓄电池电压恒定且功率无波动，电解电容两端电压恒定且功率有波动，也就是让功率波动发生在电解电容上，以减少蓄电池充放电次数来提高使用寿命。两台变流器交流侧连接后并联在电网上，三相电网电压(ua，ub，uc)给三相负载供电，产生负载电流(iLa，iLb，iLc)；第一变流器1输出电流为ica1，icb1和icc1，第二变流器2输出电流为ica2，icb2和icc2；并联后的电流为ica，icb和icc；电源电流为isa，isb和isc；第一变流器1的直流侧电压为udc1；第二变流器2的直流侧电压为udc2。
具体的，如图2、图3所示，本申请所述一种微电网双变流器协同控制方法的一种实施例可以包括：
对微电网进行孤网检测，确定所述微电网的运行状态；
检测所述微电网的负载是平衡负载还是不平衡负载，检测所述负载是否含有谐波，确定所述负载的类别；
根据所述微电网的运行状态和所述负载的类别，确定所述微电网的工况类型；
根据所述微电网的工况类型，控制所述双变流器的输出电流，所述双变流器包括第一变流器和第二变流器。
本例中，所述微电网的工况类型分别包括：并网平衡负载，指的是微电网并网运行且微电网的负载是平衡负载；并网不平衡负载，指的是微电网并网运行且微电网的负载是不平衡负载；并网谐波负载，指的是微电网并网运行且微电网的负载电流含有谐波；孤网平衡负载，指的是微电网孤网运行且微电网的负载为平衡负载；孤网不平衡负载，指的是微电网孤网运行且微电网的负载为不平衡负载；孤网谐波负载，指的是微电网孤网运行且微电网的负载电流含有谐波。
本例中，通过检测公共连接点(PCC)电压实现对微电网的孤网检测。
本例中，若所述微电网的工况类型为并网平衡负载，则计算得到有功电流和无功电流之和的平均值，以所述平均值作为双变流器的指令电流值，控制所述双变流器各自形成电流闭环，使所述双变流器的输出电流的有效值等于所述指令电流值。
具体的，本例中，可以平均分配有功电流指令idref1，分别为id1ref和id2ref；平均分配无功电流指令iqref1，分别为iq1ref和iq2ref。形成各自电流闭环使得输出电流等于指令电流。其中将abc坐标系下三相电流经过坐标变换abc/dq形成dq坐标系下的电流id1，id2，iq1和iq2。经过电流闭环跟踪后，输出电流经坐标变换dq/abc形成abc坐标系下的变量，变换矩阵如式(1)和式(2)所示：
本例中，若所述微电网的工况类型为并网不平衡负载，则将不平衡电流的有效值与有功、无功电流的有效值相加后除以2，计算得到电流值；
将所述电流值减去所述不平衡电流的有效值，计算得到所述第一变流器的指令电流值；
将所述不平衡电流的有效值与所述有功、无功电流的有效值相加后减去所述第一变流器的指令电流值，计算得到所述第二变流器的指令电流值。
控制所述第一变流器的输出电流的有效值等于所述第一变流器的指令电流值，控制所述第二变流器的输出电流的有效值等于所述第二变流器的指令电流值。
图4是本申请一个实施例提供的不平衡电流检测的方法流程示意图。在并网不平衡负载工况下，由第二变流器2补偿电源中不平衡电流idref2和iqref2，不平衡电流指令(idref2和iqref2)的有效值与有功、无功电流指令(idref1和iqref1)的有效值之和除以2，所得的电流值减去不平衡电流指令(idref2和iqref2)的有效值作为第一变流器1电流指令(id1ref和iq1ref)的有效值，不平衡电流指令(idref2和iqref2)的有效值与有功、无功电流指令(idref1和iqref1)的有效值之和减去第一变流器1的电流指令(id1ref和iq1ref)的有效值，作为第二变流器2电流指令(id2ref和iq2ref)的有效值。保障两台变流器具有相同输出电流有效值，以平分输出功率。其中，不平衡电流检测的控制方法框图如图4所示，其中abc坐标系到dq坐标系变换如式(3)所示，dq旋转坐标系到abc坐标系变换如式(4)所示。
本例中，若所述微电网的工况类型为并网谐波负载，则将谐波电流的有效值与有功、无功电流的有效值相加后除以2，计算得到电流值；
将所述电流值减去所述谐波电流的有效值，计算得到所述第一变流器的指令电流值；
将所述谐波电流的有效值与所述有功、无功电流的有效值相加后减去所述第一变流器的指令电流值，计算得到所述第二变流器的指令电流值；
控制所述第一变流器的输出电流的有效值等于所述第一变流器的指令电流值，控制所述第二变流器的输出电流的有效值等于所述第二变流器的指令电流值。
图5是本申请一个实施例提供的谐波电流检测的方法流程示意图。在并网谐波负载情况下，由第二变流器2补偿电源谐波电流idref3和iqref3，谐波电流指令(idref3和iqref3)的有效值与有功、无功电流指令(idref1和iqref1)的有效值之和除以2，所得的电流值减去谐波电流指令(idref3和iqref3)的有效值作为第一变流器1电流指令(id1ref和iq1ref)的有效值，谐波电流指令(idref3和iqref3)的有效值与有功、无功电流指令(idref1和iqref1)的有效值之和减去第一变流器1的电流指令(id1ref和iq1ref)的有效值，作为第二变流器2电流指令(id2ref和iq2ref)的有效值。保障两台变流器具有相同输出电流有效值，以平分输出功率。检测负载谐波电流控制框图如图5所示，其中第二变流器2需要直流侧电压控制闭环。
本例中，若所述微电网的工况类型为孤网平衡负载，则应用电压闭环和电流闭环，控制公共连接点的电压等于指令值，控制所述双变流器的输出电流的有效值相等。
图6是本申请一个实施例提供的孤网下PCC电压控制流程示意图。在孤网平衡负载下，应用电压闭环和电流闭环(idref4和iqref4)，控制公共连接点电压为指令值，控制框图如图6所示。在平衡负载下两台变流器输出电流有效值相同。
本例中，若所述微电网的工况类型为孤网不平衡负载，则将不平衡电流的有效值与公共连接点电压控制所需电流的有效值相加后除以2，计算得到所述第一变流器的指令电流值；
将所述不平衡电流的有效值与所述所需电流的有效值相加后减去所述第一变流器的指令电流值，计算得到所述第二变流器的指令电流值；
控制所述第一变流器的输出电流的有效值等于所述第一变流器的指令电流值，控制所述第二变流器的输出电流的有效值等于所述第二变流器的指令电流值。
在孤网不平衡负载下，由第二变流器2输出不平衡电流idref5和iqref5，不平衡电流指令(idref5和iqref5)的有效值与公共连接点电压控制所需电流指令(idref4和iqref4)的有效值之和除以2，所得的电流值减去不平衡电流指令(idref5和iqref5)的有效值作为第一第一变流器1电流指令(id1ref和iq1ref)的有效值，不平衡电流指令(idref5和iqref5)的有效值与公共连接点电压控制所需电流指令(idref4和iqref4)的有效值之和减去第一变流器1的电流指令(id1ref和iq1ref)的有效值，作为第二变流器2电流指令(id2ref和iq2ref)的有效值，通过第二变流器2直流侧电压控制闭环生成直流功率波动抑制指令(idcref)，进入电流闭环，抑制直流侧功率波动。保障两台变流器具有相同输出电流有效值，以平分输出功率。
本例中，若所述微电网的工况类型为孤网谐波负载，则将谐波电流的有效值与公共连接点电压控制所需电流的有效值相加后除以2，计算得到所述第一变流器的指令电流值；
将所述谐波电流的有效值与所述所需电流的有效值相加后减去所述第一变流器的指令电流值，计算得到所述第二变流器的指令电流值；
控制所述第一变流器的输出电流的有效值等于所述第一变流器的指令电流值，控制所述第二变流器的输出电流的有效值等于所述第二变流器的指令电流值。
在孤网谐波负载下，两台变流器功能和容量分配与上一工况相似，由第二变流器2输出谐波电流idref6和iqref6，谐波电流指令(idref6和iqref6)的有效值与公共连接点电压控制所需电流指令(idref4和iqref4)的有效值之和除以2，所得的电流值减去谐波电流指令(idref6和iqref6)的有效值作为第一变流器1电流指令(id1ref和iq1ref)的有效值，谐波电流指令(idref6和iqref6)的有效值与公共连接点电压控制所需电流指令(idref4和iqref4)的有效值之和减去第一变流器1的电流指令(id1ref和iq1ref)的有效值，作为第二变流器2电流指令(id2ref和iq2ref)的有效值。保障两台变流器具有相同输出电流有效值，以平分输出功率。
上述实施例中，所述有功电流和所述无功功率包括利用变换矩阵对三相电流进行坐标变换得到。
其中，所述利用变换矩阵对三相电流进行坐标变换，包括：
将所述三相电流在abc坐标系下的电流值乘以所述变换矩阵，计算得到dq坐标系下的电流值id、iq，作为所述有功电流id和所述无功电流iq；
所述变换矩阵的表达式如下：
利用上述实施例提供的一种微电网双变流器协同控制方法的实施方式，可以在不平衡负载以及谐波负载工况下，重新分配两台变流器功能，使其中一台变流器具有不平衡和谐波补偿功能，形成两台变流器功率分配指令机制，合理分配了两台变流器指令电流，使得两台变流器工作在相等功率；本发明在满足两台变流器功率平均分配基础上同时实现了电能质量治理和蓄电池直流侧功率波动抑制功能，可以提高供电质量和延长了蓄电池使用寿命。
本说明书中的各个实施例采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
虽然通过实施例描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的精神。

Claims (11)

1.一种微电网双变流器协同控制方法，其特征在于，所述方法包括：
对微电网进行孤网检测，确定所述微电网的运行状态；
检测所述微电网的负载是平衡负载还是不平衡负载，检测所述负载是否含有谐波，确定所述负载的类别；
根据所述微电网的运行状态和所述负载的类别，确定所述微电网的工况类型；
根据所述微电网的工况类型，控制所述双变流器的输出电流，所述双变流器包括第一变流器和第二变流器。
2.如权利要求1所述的一种微电网双变流器协同控制方法，其特征在于，若所述微电网的工况类型为并网平衡负载，则计算得到有功电流和无功电流之和的平均值，以所述平均值作为双变流器的指令电流值，控制所述双变流器各自形成电流闭环，使所述双变流器的输出电流的有效值等于所述指令电流值。
3.如权利要求1所述的一种微电网双变流器协同控制方法，其特征在于，若所述微电网的工况类型为并网不平衡负载，则将不平衡电流的有效值与有功、无功电流的有效值相加后除以2，计算得到电流值；
将所述电流值减去所述不平衡电流的有效值，计算得到所述第一变流器的指令电流值；
将所述不平衡电流的有效值与所述有功、无功电流的有效值相加后减去所述第一变流器的指令电流值，计算得到所述第二变流器的指令电流值。
4.控制所述第一变流器的输出电流的有效值等于所述第一变流器的指令电流值，控制所述第二变流器的输出电流的有效值等于所述第二变流器的指令电流值。
5.如权利要求1所述的一种微电网双变流器协同控制方法，其特征在于，若所述微电网的工况类型为并网谐波负载，则将谐波电流的有效值与有功、无功电流的有效值相加后除以2，计算得到电流值；
将所述电流值减去所述谐波电流的有效值，计算得到所述第一变流器的指令电流值；
将所述谐波电流的有效值与所述有功、无功电流的有效值相加后减去所述第一变流器的指令电流值，计算得到所述第二变流器的指令电流值；
控制所述第一变流器的输出电流的有效值等于所述第一变流器的指令电流值，控制所述第二变流器的输出电流的有效值等于所述第二变流器的指令电流值。
6.如权利要求1所述的一种微电网双变流器协同控制方法，其特征在于，若所述微电网的工况类型为孤网平衡负载，则应用电压闭环和电流闭环，控制公共连接点的电压等于指令值，控制所述双变流器的输出电流的有效值相等。
7.如权利要求1所述的一种微电网双变流器协同控制方法，其特征在于，若所述微电网的工况类型为孤网不平衡负载，则将不平衡电流的有效值与公共连接点电压控制所需电流的有效值相加后除以2，计算得到所述第一变流器的指令电流值；
将所述不平衡电流的有效值与所述所需电流的有效值相加后减去所述第一变流器的指令电流值，计算得到所述第二变流器的指令电流值；
控制所述第一变流器的输出电流的有效值等于所述第一变流器的指令电流值，控制所述第二变流器的输出电流的有效值等于所述第二变流器的指令电流值。
8.如权利要求1所述的一种微电网双变流器协同控制方法，其特征在于，若所述微电网的工况类型为孤网谐波负载，则将谐波电流的有效值与公共连接点电压控制所需电流的有效值相加后除以2，计算得到所述第一变流器的指令电流值；
将所述谐波电流的有效值与所述所需电流的有效值相加后减去所述第一变流器的指令电流值，计算得到所述第二变流器的指令电流值；
控制所述第一变流器的输出电流的有效值等于所述第一变流器的指令电流值，控制所述第二变流器的输出电流的有效值等于所述第二变流器的指令电流值。
9.如权利要求1所述一种微电网双变流器协同控制方法，其特征在于，所述双变流器并联，所述双变流器的其中之一的直流侧连接蓄电池，另一变流器的直流侧连接电解电容，所述双变流器的直流侧通过电感相连接。
10.如权利要求2、3、4中任意一项所述的一种微电网双变流器协同控制方法，其特征在于，所述有功电流和所述无功功率包括利用变换矩阵对三相电流进行坐标变换得到。
11.如权利要求9所述的一种微电网双变流器协同控制方法，其特征在于，所述利用变换矩阵对三相电流进行坐标变换，包括：
将所述三相电流在abc坐标系下的电流值乘以所述变换矩阵，计算得到dq坐标系下的电流值id、iq，作为所述有功电流id和所述无功电流iq；
所述变换矩阵的表达式如下：
。
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CN106712107A (zh) * 2016-12-20 2017-05-24 合肥工业大学 一种应用于并网变流器并联运行的优化功率分配方法

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