CN109412205B - 储能变流器并离网切换方法 - Google Patents

储能变流器并离网切换方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种储能变流器并离网切换方法，包括所述储能变流器从并网状态切换至离网状态，将并网状态下电流环PI控制器输出的电流值补偿到离网状态下的电流控制环；所述储能变流器从离网状态切换至并网状态，对所述储能变流器进行相位预同步和幅值预同步，分别获得参考相位和参考幅值，当所述储能变流器的电压相位和电压幅值均分别达到参考相位和参考幅值时切换至并网状态。本发明的储能变流器并离网切换方法，能够实现微网系统并离网模式的平滑过渡，提高储能变流器并离网切换的可靠性。

Description

储能变流器并离网切换方法
技术领域
本发明属于微电网技术领域，具体涉及一种储能变流器并离网切换方法。
背景技术
微(电)网作为一种灵活的小型发配电系统，一般由分布式电源、储能装置、能量转换装置、本地负荷以及监控保护装置组成，既可以与外部电网并列运行，也可以孤岛运行，单独为负荷供电，具有更高的供电安全性和可靠性。微电网旨在实现分布式电源的灵活、高效应用，以及大量分布式电源灵活并网等问题。微电网技术对促进分布式电源与可再生能源的大规模接入，以及实现对负荷多种能源形式的高可靠供给具有重要作用。
储能变流器是支撑微电网并离网多模式运行的关键设备，同时也是支撑微电网脱网孤岛运行的关键设备之一。当电网出现故障、掉电等异常情况时，微网系统被迫需要由并网工作模式切换到离网(即孤岛)工作模式，当电网故障排除后，微网系统需要并网运行，从离网工作模式切换到并网工作模式。
并网转离网或离网转并网这两种模式切换过程中，储能变流器输出电压的幅值、频率、相位和电网电压的幅值、频率、相位中，只要有一组因素对应不匹配，都会造成负载上的电压冲突，造成瞬态冲击。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种储能变流器并离网切换方法，实现微网系统并离网模式的平滑过渡，提高储能变流器并离网切换的可靠性。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种储能变流器并离网切换方法，包括，
所述储能变流器从并网状态切换至离网状态，将并网状态下电流环PI控制器输出的电流值补偿到离网状态下的电流控制环；
所述储能变流器从离网状态切换至并网状态，对所述储能变流器进行相位预同步和幅值预同步，分别获得参考相位和参考幅值，当所述储能变流器的电压相位和电压幅值均分别达到参考相位和参考幅值时切换至并网状态。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括获得所述参考相位包括，电网和储能变流器两者的相位差Δθ通过第一PI控制器进行比例积分运算，按照公式一确定参考相位θref：
θref＝KpθΔθ+2πf0+Kiθ∫Δθdt (公式一)；
其中，Kpθ为第一PI控制器的比例系数，Kiθ为第一PI控制器的积分系数，Δθ为电网和储能变流器两者的相位差，f0为电网电压基波频率。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括获得所述参考幅值包括，电网和储能逆变器两者的电压差Δud通过第二PI控制器进行比例积分运算，将所述第二PI控制器输出的电压值补偿到电流内环；按照公式二确定所述第二PI控制器输出的电压值Vd_bu：
Vd_bu＝KpuΔud+Kiu∫Δuddt (公式二)；
其中，Kpu为第二PI控制器的比例系数，Kiu为第二PI控制器的积分系数；Δud为电网和储能逆变器两者的电压差，按照公式三确定Δud：
Δud＝ud_grid-ud_ups (公式三)；
其中，ud_grid为电网的d轴电压，ud_ups为储能变流器的d轴电压。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括获得所述参考幅值包括，使用第三PI控制器进行比例积分运算，按照公式四确定参考幅值
其中，Kpi为第三PI控制器的比例系数，Kii为第三PI控制器的积分系数，V* d_ups为储能变流器的d轴电压参考量，Vd_bu为第二PI控制器输出的电压值,Vd_grid为电网的d轴电压。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括并网状态下，使用广义二阶积分器将所述储能变流器输出的电压VG变换为正交的电压VG_α和电压VG_β、将所述储能变流器输出的电流IG变换为正交的电流IG_α和电流IG_β；
对电流IG_α和电流IG_β进行ipark变换获得两相同步旋转坐标系下储能变流器的d轴实际反馈电流id和q轴实际反馈电流iq；
对电压VG_α和电压VG_β进行ipark变换获得两相同步旋转坐标系下储能变流器的d轴实际反馈电压VG_d和q轴实际反馈电压VG_q，根据储能变流器的实际反馈电压VG_d和VG_q、并按照公式五来确定储能变流器的电流有功参考量i* d和电流无功参考量i* q；
其中，P*为给定的有功功率，Q*为给定的无功功率。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括使用所述电流环PI控制器对电流有功参考量i* d与d轴实际反馈电流id的差值、电流无功参考量i* q与q轴实际反馈电流iq的差值进行比例积分运算，输出用于补偿到离网状态下电流控制环的d轴补偿电流id_du和q轴补偿电流iq_du。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述储能变流器从并网状态切换至离网状态后，使用电流环PI控制器对d轴补偿电流id_du和d轴实际反馈电流id的差值、q轴补偿电流iq_du和q轴实际反馈电流iq的差值进行比例积分控制，并对比例积分控制的输出结果做park变换。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述广义二阶积分器将所述储能变流器输出的电压VG变换为正交的电压VG_α和电压VG_β后，使用锁相环对电压VG_α和电压VG_β进行锁相环控制，获得park变换和ipark变换的旋转角度。
本发明的有益效果：本发明的储能变流器并离网切换方法，并网切换至离网时，考虑切换前电流控制环PI控制器输出已经处于稳定状态，而切换后电流控制环PI控制器的输出值需要从零开始逐渐调整到稳态，会导致储能变流器接口输出电流突变，为了解决这一技术问题，采用电流补偿方法，将并网时电流控制环PI控制器输出的电流值补偿到离网后的电流控制环PI控制器中，使得离网后电流控制环PI控制器能够平滑过渡，以此来提高储能变流器的可靠性。
另一方面，离网切换至并网时，通过相位预同步和幅值预同步来控制储能变流器输出电压的相位和幅值与电网的相位和幅值逐渐保持一致后切入并网，实现离网至并网的无缝切换，以此来进一步提高储能变流器的可靠性。
附图说明
图1是本发明优选实施例中储能变流器从并网切换至离网时的结构框图；
图2是本发明优选实施例中储能变流器从离网切换至并网时的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例
如图1-2所示，本实施例公开了一种储能变流器并离网切换方法，包括，
上述储能变流器从并网状态切换至离网状态时，将并网状态下电流环PI控制器输出的电流值补偿到离网状态下的电流控制环。具体的，
如图1所示，获取补偿电流的过程如下：
并网状态下，采集储能变流器输出的电压VG和电流IG，使用广义二阶积分器SOGI将上述储能变流器输出的电压VG变换为正交的电压VG_α和电压VG_β、将上述储能变流器输出的电流IG变换为正交的电流IG_α和电流IG_β；
对电流IG_α和电流IG_β进行ipark变换(或者αβ/dq变换)获得两相同步旋转坐标系下储能变流器的d轴实际反馈电流id和q轴实际反馈电流iq；
对电压VG_α和电压VG_β进行ipark变换获得两相同步旋转坐标系下储能变流器的d轴实际反馈电压VG_d和q轴实际反馈电压VG_q，根据储能变流器的d轴实际反馈电压VG_d和q轴实际反馈电压VG_q、并按照公式五来确定储能变流器的电流有功参考量i* d和电流无功参考量i* q；
其中，P*为给定的有功功率，Q*为给定的无功功率。
使用上述电流环PI控制器对电流有功参考量i* d与d轴实际反馈电流id的差值、电流无功参考量i* q与q轴实际反馈电流iq的差值进行比例积分运算，输出用于补偿到离网状态下电流控制环的d轴补偿电流id_du和q轴补偿电流iq_du。
如图1所示，上述储能变流器从并网状态切换至离网状态后，使用电流环PI控制器对d轴补偿电流id_du和d轴实际反馈电流id的差值、q轴补偿电流iq_du和q轴实际反馈电流iq的差值进行比例积分控制，并对比例积分控制的输出结果做park变换(或者dq/αβ变换)，根据park变换的结果来调整离网后脉冲宽度，完成并网至离网的平滑过渡。
上述广义二阶积分器将上述储能变流器输出的电压VG变换为正交的电压VG_α和电压VG_β后，使用锁相环对电压VG_α和电压VG_β进行锁相环控制，获得park变换和ipark变换的旋转角度θ。
作为本发明的进一步改进，上述储能变流器从离网状态切换至并网状态，对上述储能变流器进行相位预同步和幅值预同步，分别获得参考相位和参考幅值，当上述储能变流器的相位和幅值均分别达到参考相位和参考幅值时切换至并网状态。
具体的，如图2所示，获得上述参考相位包括，电网和储能变流器两者的相位差Δθ通过第一PI控制器PI1进行比例积分运算，按照公式一确定参考相位θref：
θref＝KpθΔθ+2πf0+Kiθ∫Δθdt (公式一)；
其中，Kpθ为第一PI控制器的比例系数，Kiθ为第一PI控制器的积分系数，Δθ为电网和储能变流器两者的相位差，f0为电网电压基波频率，本实施例技术方案中，f0选取50Hz。
具体的，电网、储能变流器的电压相位获取过程如下：
如图2所示，使用广义二阶积分器SOGI将电网的输出电压VGrid变换为正交的电压VGrid_α和电压VGrid_β，将电压VGrid_α和电压VGrid_β带入锁相环SPLL得到电网的电压相位θGrid。同样，使用广义二阶积分器SOGI将储能变流器的输出电压VUPS变换为正交的电压VUPS_α和电压VUPS_β，将电压VUPS_α和电压VUPS_β带入锁相环SPLL得到储能变流器的电压相位θUPS。根据Δθ＝θGrid-θUPS计算获得Δθ。
如图2所示，获得上述参考幅值包括，电网和储能逆变器两者的电压差Δud通过第二PI控制器PI2进行比例积分运算，将上述第二PI控制器PI2输出的电压值补偿到电流内环；按照公式二确定上述第二PI控制器输出的电压值Vd_bu：
Vd_bu＝KpuΔud+Kiu∫Δuddt (公式二)；
其中，Kpu为第二PI控制器的比例系数，Kiu为第二PI控制器的积分系数；Δud为电网和储能逆变器两者的电压差，按照公式三确定Δud：
Δud＝ud_grid-ud_ups (公式三)；
其中，ud_grid为电网的d轴电压，ud_ups为储能变流器的d轴电压。
使用第三PI控制器PI3进行比例积分运算，按照公式四确定参考幅值
其中，Kpi为第三PI控制器PI3的比例系数，Kii为第三PI控制器PI3的积分系数，V* d_ups为储能变流器的d轴电压参考量，Vd_bu为第二PI控制器输出的电压值,Vd_grid为电网的d轴电压。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (1)

1.一种储能变流器并离网切换方法，其特征在于：包括，
所述储能变流器从并网状态切换至离网状态，将并网状态下电流环PI控制器输出的电流值补偿到离网状态下的电流控制环；
所述储能变流器从离网状态切换至并网状态，对所述储能变流器进行相位预同步和幅值预同步，分别获得参考相位和参考幅值，当所述储能变流器的电压相位和电压幅值均分别达到参考相位和参考幅值时切换至并网状态；
获得所述参考相位包括，电网和储能变流器两者的相位差Δθ通过第一PI控制器进行比例积分运算，按照公式一确定参考相位θref：
θref＝KpθΔθ+2πf0+Kiθ∫Δθdt (公式一)；
其中，Kpθ为第一PI控制器的比例系数，Kiθ为第一PI控制器的积分系数，Δθ为电网和储能变流器两者的相位差，f0为电网电压基波频率；
获得所述参考幅值包括，电网和储能逆变器两者的电压差Δud通过第二PI控制器进行比例积分运算，将所述第二PI控制器输出的电压值补偿到电流内环；按照公式二确定所述第二PI控制器输出的电压值Vd_bu：
Vd_bu＝KpuΔud+Kiu∫Δuddt (公式二)；
其中，Kpu为第二PI控制器的比例系数，Kiu为第二PI控制器的积分系数；Δud为电网和储能逆变器两者的电压差，按照公式三确定Δud：
Δud＝ud_grid-ud_ups (公式三)；
其中，ud_grid为电网的d轴电压，ud_ups为储能变流器的d轴电压；
获得所述参考幅值包括，使用第三PI控制器进行比例积分运算，按照公式四确定参考幅值
其中，Kpi为第三PI控制器的比例系数，Kii为第三PI控制器的积分系数，V* d_ups为储能变流器的d轴电压参考量，Vd_bu为第二PI控制器输出的电压值,Vd_grid为电网的d轴电压；
并网状态下，使用广义二阶积分器将所述储能变流器输出的电压VG变换为正交的电压VG_α和电压VG_β、将所述储能变流器输出的电流IG变换为正交的电流IG_α和电流IG_β；
对电流IG_α和电流IG_β进行ipark变换获得两相同步旋转坐标系下储能变流器的d轴实际反馈电流id和q轴实际反馈电流iq；
对电压VG_α和电压VG_β进行ipark变换获得两相同步旋转坐标系下储能变流器的d轴实际反馈电压VG_d和q轴实际反馈电压VG_q，根据储能变流器的实际反馈电压VG_d和VG_q、并按照公式五来确定储能变流器的电流有功参考量i* d和电流无功参考量i* q；
其中，P*为给定的有功功率，Q*为给定的无功功率；
使用所述电流环PI控制器对电流有功参考量i* d与d轴实际反馈电流id的差值、电流无功参考量i* q与q轴实际反馈电流iq的差值进行比例积分运算，输出用于补偿到离网状态下电流控制环的d轴补偿电流id_du和q轴补偿电流iq_du；
所述储能变流器从并网状态切换至离网状态后，使用电流环PI控制器对d轴补偿电流id_du和d轴实际反馈电流id的差值、q轴补偿电流iq_du和q轴实际反馈电流iq的差值进行比例积分控制，并对比例积分控制的输出结果做park变换；
所述广义二阶积分器将所述储能变流器输出的电压VG变换为正交的电压VG_α和电压VG_β后，使用锁相环对电压VG_α和电压VG_β进行锁相环控制，获得park变换和ipark变换的旋转角度。
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