CN109980676B - 微电网控制系统及微电网 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种微电网控制系统及微电网，所述微电网控制系统包括：并网开关、能量路由器、第一控制器和第二控制器，其中，所述第一控制器控制所述并网开关的闭合和断开，并根据所述微电网控制系统的状态发送第一控制指令，所述第二控制器从所述第一控制器接收所述第一控制指令，响应于所述第一控制指令对所述能量路由器进行控制。本发明的微电网控制系统及微电网通过分层控制增强微电网运行的稳定性；此外，还通过电压和电流的双闭环控制，实现离网状态下带100％不平衡负载的能力。

Description

微电网控制系统及微电网
技术领域
本发明总体说来涉及微电网，更具体地讲，涉及一种微电网控制系统及微电网。
背景技术
随着电力新技术的发展，人们通过引入微电网结构来对外部电网进行调整，从而有利于分布式电源互联并大规模的接入到中低压配电系统中来。微电网是一组控制装置、储能装置、负荷、和微电源构成的系统单元，向负荷供给电能。微电网既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。
然而，现有的微电网的实时性取决于通讯以及下游设备的相应速度，并且微电网系统运行的稳定性较差，亟待改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微电网控制系统及微电网，通过分层控制增强微电网运行的稳定性。
本发明的一方面提供一种微电网控制系统，所述微电网控制系统包括：并网开关、能量路由器、第一控制器和第二控制器，其中，所述第一控制器控制所述并网开关的闭合和断开，并根据所述微电网控制系统的状态发送第一控制指令；所述第二控制器从所述第一控制器接收所述第一控制指令，响应于所述第一控制指令对所述能量路由器进行控制。
可选地，当所述并网开关断开时，所述第一控制器根据电网的实际电压和频率产生第一频率调节指令和第一电压调节指令，根据电网三相电压和微电网三相电压确定第一有功功率指令和第一无功功率指令，并将所述第一频率调节指令、第一电压调节指令、第一有功功率指令和第一无功功率指令作为所述第一控制指令；其中，所述第二控制器处于VSG控制模式。
可选地，所述第一控制器确定电网电压幅值和电网角频率，并将所述电网电压幅值作为所述第一电压调节指令，将所述电网角频率作为所述第一频率调节指令；所述第二控制器接收所述第一电压调节指令和所述第一频率调节指令，并响应于所述第一电压调节指令和所述第一频率调节指令对所述能量路由器进行控制，以使微电网输出的电压幅值、频率与电网输出的电压幅值、频率一致。
可选地，所述第一控制器确定电网频率、电网电压幅值、微电网频率和微电网电压幅值，对所述电网频率和所述微电网频率的差进行PI调节，并将经过PI调节的差确定为所述第一有功功率指令，对所述电网电压幅值和所述微电网电压幅值的差进行PI调节，并将经过PI调节的差确定为所述第一无功功率指令；所述第二控制器接收所述第一有功功率指令和第一无功功率指令，并响应于所述第一有功功率指令和所述第一无功功率指令对所述能量路由器进行控制，以使所述能量路由器输出与负载相匹配的有功功率和无功功率。
可选地，所述第二控制器根据所述能量路由器的输出电压确定实际输出有功功率和实际输出无功功率，并调用转子运动方程和原动机调节方程结合所述实际输出有功功率、所述第一有功功率指令和所述第一频率调节指令确定所述能量路由器的输出电压和输出电流的正负序旋转坐标变换的角度；所述第二控制器根据实际输出无功功率、所述第一无功功率指令和所述第一电压调节指令确定所述能量路由器的正序输出电压的d、q轴分量给定，并将所述能量路由器的负序输出电压的d、q轴分量给定设为0。
可选地，所述第二控制器被配置为：将所述能量路由器的输出电压进行正序和负序旋转坐标变换得到所述输出电压的正负序分量；通过陷波器得到所述输出电压的正负序分量的直流分量；将所述能量路由器的输出电流进行正序和负序旋转坐标变换得到所述输出电流的正负序分量；通过陷波器得到所述输出电流的正负序分量的直流分量；根据所述输出电压的正负序分量的直流分量以及所述输出电流的正负序分量的直流分量，计算所述能量路由器的瞬时有功功率和瞬时无功功率；将所述瞬时有功功率和所述瞬时无功功率经过低通滤波器得到实际输出有功功率和实际输出无功功率。
可选地，所述第二控制器还被配置为：对所述能量路由器的正负序输出电压的d、q轴分量给定与所述输出电压的正负序分量的直流分量的差进行PI调节，并将经过PI调节之后的差作为所述能量路由器的正负序输出电流分量给定；根据经过PI调节的所述能量路由器的正负序输出电流分量给定与所述输出电流的正负序分量的直流分量的差，确定静止坐标系下所述能量路由器的正负序输出电压分量给定，以实现电压和电流的双闭环控制。
可选地，所述第二控制器检测所述能量路由器的输出电压中的奇次谐波，并确定各次谐波电压的直流分量，对所述各次谐波电压的直流分量与0的差进行PI调节，并通过对经过PI调节之后差进行反变换来获得各次谐波电压给定。
可选地，第二控制器通过对所述能量路由器的输出电压经过静止坐标变换来获得所述输出电压的前馈量，并调用SVPWM调制波生成函数结合静止坐标系下的正负序输出电压分量给定、各次谐波电压给定、所述输出电压的前馈量之和，来产生调制波，以控制所述能量路由器的运行。
可选地，所述第二控制器调用斜坡函数来将所述第一电压调节指令添加到无功偏差调节的输出上。
可选地，当所述并网开关断开时，所述第一控制器确定电网电压幅值、电网电压相位、微电网电压相位和微电网角频率，并检测所述电网电压相位和所述微电网电压相位的差值是否达到预定阈值；当所述第一控制器检测到所述差值达到预定阈值时，控制所述并网开关闭合。
可选地，所述第一控制器通过将所述差值的预定倍数叠加到所述微电网角频率上来获得第二频率调节指令，并将所述电网电压幅值作为第二电压调节指令，还确定与负载相匹配的第二有功功率指令和第二无功功率指令，然后将所述第二频率调节指令、所述第二电压调节指令、所述第二有功功率指令和所述第二无功功率指令作为所述第一控制指令。
可选地，当所述并网开关闭合时，所述第一控制器根据负载的功率和储能单元的状态产生第三有功功率指令和第三无功功率指令作为所述第一控制指令；其中，所述第二控制器处于PQ控制模式。
可选地，所述第二控制器根据所述能量路由器的正负序输出电流分量给定与所述能量路由器的输出电流的正负序分量的直流分量确定静止坐标系下的正负序输出电压分量给定，并调用SVPWM调制波生成函数结合所述静止坐标系下的正负序输出电压分量给定与所述能量路由器的输出电压的前馈量之和，来产生调制波，以控制所述能量路由器的运行。
可选地，当所述并网开关闭合时，如果所述第一控制器检测到流过所述并网开关的电流达到预定电流阈值，则控制所述并网开关断开。
可选地，所述第一控制器根据流过并网开关的电流产生第四有功功率指令和第四无功功率指令，然后将所述第四有功功率指令和所述第四无功功率指令作为所述第一控制指令。
可选地，当所述第一控制器在所述微电网控制系统处于并网状态下检测到电网故障时，控制所述并网开关断开。
可选地，所述第二控制器包括数字信号处理器，其中，所述第二控制器被配置为当所述数字信号处理器运行VSG算法时处于VSG控制模式，当所述数字信号处理器运行PQ算法时处于PQ控制模式。
本发明的另一方面还提供一种微电网，包括：如上所述的微电网控制系统，以及储能单元和负载；其中，所述储能单元连接能量路由器的一端，能量路由器的另一端通过并网开关连接电网；所述能量路由器为负载提供电能；所述储能单元和并网开关通过光纤网络连接第一控制器；所述能量路由器通过光纤网络连接第二控制器，所述第二控制器通过光纤网络连接所述第一控制器；在所述微电网处于离网状态时，所述微电网控制系统将所述储能单元的直流电转换为交流电，以对所述负载进行供电；在所述微电网处于并网状态时，所述微电网控制系统将电网的交流电转换为直流电，以对所述储能单元进行充电。
本发明的微电网控制系统及微电网通过分层控制增强微电网运行的稳定性；此外，还通过电压和电流的双闭环控制，实现离网状态下带100％不平衡负载的能力。
附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中：
图1示出根据本发明的实施例的微电网控制系统的框图；
图2示出根据本发明的实施例的微电网控制系统的硬件连接示意图；
图3示出根据本发明的实施例的确定能量路由器的输出电压和输出电流的正负序旋转坐标变换的角度的示意图；
图4示出根据本发明的实施例的确定能量路由器的正序输出电压的d轴分量给定的示意图；
图5示出根据本发明的实施例的确定能量路由器的正序输出电压的q轴分量给定的示意图；
图6示出根据本发明的实施例的确定输出电压的正负序分量的直流分量的示意图；
图7示出根据本发明的实施例的确定实际输出有功功率和实际输出无功功率的示意图；
图8示出根据本发明的实施例的确定输出电流的正负序分量的直流分量的示意图；
图9示出根据本发明的实施例的VSG控制模式下带不平衡负载的实验波形；
图10示出根据本发明的实施例的能量路由器黑启动的实验波形；
图11示出根据本发明的实施例的确定静止坐标系下能量路由器的正负序输出电压分量给定的示意图；
图12示出根据本发明的实施例的获得各次谐波电压给定的示意图；
图13示出根据本发明的实施例的产生调制波的示意图；
图14示出根据本发明的实施例的离网状态切换为并网状态的实验波形；
图15示出根据本发明的实施例的并网状态下确定静止坐标系下的正负序输出电压分量给定的示意图；
图16示出根据本发明的实施例的并网状态切换为离网状态的实验波形；
图17示出根据本发明的实施例的微电网的框图。
具体实施方式
现在，将参照附图更充分地描述不同的示例实施例，其中，一些示例性实施例在附图中示出。
下面参照图1至图17描述根据本发明的实施例的微电网控制系统及微电网。
图1示出根据本发明的实施例的微电网控制系统的框图，图2示出根据本发明的实施例的微电网控制系统的硬件连接示意图。
参照图1和图2，根据本发明的实施例的微电网控制系统包括：并网开关100、第一控制器200、第二控制器300和能量路由器400。并网开关100、第一控制器200、第二控制器300和能量路由器400之间采用光纤进行通信。这里，光纤通讯协议可为自定义的私有协议，以最大限度提高实时性能。作为示例，可通过现场可编程门阵列(FPGA)进行光纤通讯编码与解码。
这里，第一控制器200控制并网开关100的闭合和断开，并根据所述微电网控制系统的状态发送第一控制指令；第二控制器300从第一控制器200接收所述第一控制指令，响应于所述第一控制指令对能量路由器400进行控制。
应当理解，当并网开关100闭合时，所述微电网控制系统处于并网状态；当并网开关100断开时，所述微电网控制系统处于离网状态。
这里，第二控制器300包括数字信号处理器(DSP)。第二控制器300可被配置为当所述数字信号处理器运行VSG算法时处于VSG控制模式，当所述数字信号处理器运行PQ算法时处于PQ控制模式。
应当理解，第一控制器200也可包括数字信号处理器，以运用控制算法。
优选地，可通过现场可编程门阵列与数字信号处理器进行数据交换。
在一个实施例中，当并网开关100断开时，第一控制器200根据电网的实际电压和频率产生第一频率调节指令和第一电压调节指令，根据电网三相电压和微电网三相电压确定第一有功功率指令和第一无功功率指令，并将所述第一频率调节指令、第一电压调节指令、第一有功功率指令和第一无功功率指令作为所述第一控制指令；第二控制器300处于VSG(即，虚拟同步发电机)控制模式。
也就是说，当并网开关100断开时，所述微电网控制系统处于离网状态，第一控制器200将第一频率调节指令、第一电压调节指令、第一有功功率指令和第一无功功率指令作为第一控制指令进行发送，第二控制器300处于VSG控制模式，并响应于接收的所述第一控制指令对能量路由器400进行控制。
下面详细介绍离网状态下第一控制器200的控制过程。
第一控制器200确定电网电压幅值Uoutg和电网角频率，并将所述电网电压幅值Uoutg作为所述第一电压调节指令Uref，将所述电网角频率作为所述第一频率调节指令ωref；并且，第一控制器200还确定电网频率Freqg、微电网频率Freqm和微电网电压幅值Uoutm，对所述电网频率Freqg和所述微电网频率Freqm的差进行PI(比例积分)调节，并将经过PI调节的差确定为所述第一有功功率指令Pref，对所述电网电压幅值Uoutg和所述微电网电压幅值Uoutm的差进行PI调节，并将经过PI调节的差确定为所述第一无功功率指令Qref。
这里，上述两个PI调节模拟了同步发电机的调压和调频过程，在离网状态下可以使微电网输出的电压幅值、频率与电网输出的电压幅值、频率一致，微电网输出的电压相位和电网输出的电压相位不一致。
优选地，第一控制器200采集电网三相电压，通过软件锁相环(PLL)计算出电网电压幅值Uoutg、电网频率Freqg和电网电压相位Thetag，并将2π乘以电网的频率Freqg确定为电网角频率。
优选地，第一控制器200采集微电网三相电压，通过软件锁相环计算出微电网电压幅值Uoutm、微电网的频率Freqm和微电网电压相位Thetam。
下面详细介绍离网状态下第二控制器300的控制过程。
第二控制器300接收所述第一电压调节指令Uref和所述第一频率调节指令ωref，并响应于所述第一电压调节指令Uref和所述第一频率调节指令ωref对能量路由器400进行控制，以使微电网输出的电压幅值、频率与电网输出的电压幅值、频率一致。此外，第二控制器300接收所述第一有功功率指令Pref和第一无功功率指令Qref，并响应于所述第一有功功率指令Pref和所述第一无功功率指令Qref对能量路由器400进行控制，以使能量路由器400输出与负载相匹配的有功功率和无功功率。
图3示出根据本发明的实施例的确定能量路由器的输出电压和输出电流的正负序旋转坐标变换的角度的示意图，图4示出根据本发明的实施例的确定能量路由器的正序输出电压的d轴分量给定的示意图，图5示出根据本发明的实施例的确定能量路由器的正序输出电压的q轴分量给定的示意图。
参照图3，第二控制器300根据能量路由器400的输出电压(即，微电网的输出电压)确定实际输出有功功率Pout和实际输出无功功率Qout，并调用转子运动方程和原动机调节方程结合所述实际输出有功功率Pout、所述第一有功功率指令Pref和所述第一频率调节指令ωref确定能量路由器400的输出电压和输出电流的正负序旋转坐标变换的角度θ。
参照图4和图5，第二控制器300根据实际输出无功功率Qout、所述第一无功功率指令Qref和所述第一电压调节指令Uref确定能量路由器400的正序输出电压的d、q轴分量给定Udref、Uqref，并将能量路由器400的负序输出电压的d、q轴分量给定设为0。
图6示出根据本发明的实施例的确定输出电压的正负序分量的直流分量的示意图，图7示出根据本发明的实施例的确定实际输出有功功率和实际输出无功功率的示意图，图8示出根据本发明的实施例的确定输出电流的正负序分量的直流分量的示意图。
参照图6、图7和图8，第二控制器300被配置为：将能量路由器400的输出电压进行正序和负序旋转坐标变换得到所述输出电压的正序分量Ud、Uq和负序分量Udn、Uqn；通过陷波器(Notch)得到所述输出电压的正序分量Ud、Uq的直流分量UdNotch、UqNotch和负序分量Udn、Uqn的直流分量UdnNotch、UqnNotch；将能量路由器400的输出电流进行正序和负序旋转坐标变换得到所述输出电流的正序分量Id、Iq和负序分量Idn、Iqn；通过陷波器得到所述输出电流的正序分量Id、Iq的直流分量IdNotch、IqNotch和负序分量Idn、Iqn的直流分量IdnNotch、IqnNotch；根据所述输出电压的正负序分量的直流分量UdNotch、UqNotch、UdnNotch、UqnNotch以及所述输出电流的正负序分量的直流分量IdNotch、IqNotch、IdnNotch、IqnNotch，计算能量路由器400的瞬时有功功率和瞬时无功功率；将所述瞬时有功功率和所述瞬时无功功率经过低通滤波器(LPF)得到实际输出有功功率Pout和实际输出无功功率Qout。
优选地，为了抑制不平衡负载导致的输出电压的不平衡，第二控制器300还被配置为：将所述输出电压的正序分量Ud、Uq和负序分量Udn、Uqn经过中心频率为2倍输出频率的陷波器，来得到所述输出电压的正序分量Ud、Uq的直流分量UdNotch、UqNotch和负序分量Udn、Uqn的直流分量UdnNotch、UqnNotch。图9示出根据本发明的实施例的VSG控制模式下带不平衡负载的实验波形，参照图9，曲线1是能量路由器400输出的线电压Uab，曲线2是能量路由器400输出的线电压Ubc，曲线3、4、5是量路由器400输出的三相电流Ia、Ib、Ic。由图9可知，本技术方案在离网状态下带不平衡负载可以控制输出电压是平衡的，不受不平衡负载的影响，从而验证了控制算法的正确。
这里，所述瞬时有功功率可通过以下式子进行计算：
1.5×(UdNotch×IdNotch+UqNotch×IqNotch)，
其中，UdNotch为所述输出电压的正序分量的d轴直流分量，UqNotch为所述输出电压的正序分量的q轴直流分量，IdNotch为所述输出电流的正序分量的d轴直流分量，IqNotch为所述输出电流的正序分量的q轴直流分量。
所述瞬时无功功率可通过以下式子进行计算：
1.5×(UqNotch×IdNotch-UdNotch×IqNotch)。
应当理解，第二控制器300将所述瞬时有功功率和所述瞬时无功功率经过低通滤波器得到实际输出有功功率Pout和实际输出无功功率Qout，可以提高离网状态下第二控制器的VSG控制模式的稳定性。
这里，转子运动方程为：
Figure BDA0001529647330000091
其中，ωref为所述第一频率调节指令，ωout为输出电压角频率，Pout为实际输出有功功率，Pm为VSG虚拟机械功率给定，J为虚拟转动惯量，D为虚拟阻尼系数，θ为能量路由器400的输出电压和输出电流的正负序旋转坐标变换的角度。
原动机调节方程为：
Pm＝Pref+Kp(ωref-ωout)，
其中，Pref为第一有功功率指令，Kp为有功调差系数，Pm为VSG虚拟机械功率给定，由第一有功功率指令和虚拟调速器根据角频率偏差输出的调节功率共同组成，由分布式电源和储能单元来模拟同步机的原动机来提供。
第二控制器300在VSG控制模式下的调压是模拟同步发电机的无功电压下垂关系来得到VSG输出电压，具体如下式所示：
Eref＝Kq(Qref-Qout)+Uref，
其中，Eref为VSG输出电压，Uref为第一电压调节指令，Qref为第一无功功率指令，Qout为实际输出无功功率，Kq为无功调差系数。
为了多机并联运行的稳定，增加了虚拟阻抗ωLV，故能量路由器400的正序输出电压的d、q轴分量给定Udref、Uqref可通过下式确定：
Figure BDA0001529647330000092
为了实现离网状态下带不平衡负载，将能量路由器400的负序输出电压的d、q轴分量给定设为0。
为了使能量路由器400具有离网黑启动功能，第二控制器300调用斜坡函数来将所述第一电压调节指令Uref添加到无功偏差调节的输出上，从而实现零启升压功能，使能量路由器的输出电压(即微电网的输出电压)从零逐步上升到给定值。图10示出根据本发明的实施例的能量路由器黑启动的实验波形，参照图10，曲线1是能量路由器400输出的线电压Uab，曲线2是能量路由器400输出的线电压Ubc，由图10可知，微电网电压是从零逐渐上升到给定电压，减小了配电变压器的励磁涌流，保证了微电网的频率和电压的稳定。
图11示出根据本发明的实施例的确定静止坐标系下能量路由器的正负序输出电压分量给定的示意图。
参照图11，第二控制器300还被配置为：对能量路由器400的正负序输出电压的d、q轴分量给定与所述输出电压的正负序分量的直流分量UdNotch、UqNotch、UdnNotch、UqnNotch的差进行PI调节，并将经过PI调节之后的差作为能量路由器400的正负序输出电流分量给定Idref、Iqref、Idnref、Iqnref；根据经过PI调节的能量路由器400的正负序输出电流分量给定Idref、Iqref、Idnref、Iqnref与所述输出电流的正负序分量的直流分量IdNotch、IqNotch、IdnNotch、IqnNotch的差，确定静止坐标系下能量路由器400的正负序输出电压分量给定Ualfapref、Ubetapref、Ualfanref、Ubetanref，以实现电压和电流的双闭环控制，从而实现离网状态下带100％不平衡负载。
优选地，第二控制器300将能量路由器400的正负序输出电流分量给定Idref、Iqref、Idnref、Iqnref与所述输出电流的正负序分量的直流分量IdNotch、IqNotch、IdnNotch、IqnNotch的差经过PI调节，加上电抗器产生的电压耦合项，再经过反变换得到静止坐标系下能量路由器400的正负序输出电压分量给定Ualfapref、Ubetapref、Ualfanref、Ubetanref。
在离网状态下带非线性负载时，如果不进行谐波抑制，将会导致能量路由器400的输出电压中含有奇次谐波，导致输出电压的谐波畸变率THD超标，不满足敏感负载供电的电能质量要求。因此，第二控制器300检测能量路由器400的输出电压中的奇次谐波，并确定各次谐波电压的直流分量，对所述各次谐波电压的直流分量与0的差进行PI调节，并通过对经过PI调节之后差进行反变换来获得各次谐波电压给定Ualfahref、Ubetahref，从而抑制能量路由器400的输出电压中的谐波。
作为示例，离网状态下带不控整流非线性负载，有功功率为90kW、无功功率为30kW，在没有进行谐波抑制的情况下，由FFT分析计算能量路由器400的输出电压中的5次谐波含量为6.7％，7次谐波含量为3.5％，11次谐波含量为2.2％，13次谐波含量为1.8％。在进行谐波抑制的情况下，由FFT分析计算能量路由器400的输出电压中的5次谐波含量为0.23％，7次谐波含量为0.14％，11次谐波含量为0.10％，13次谐波含量为0.08％。由此可见，能量路由器400的输出电压中的5、7、11、13谐波得到很好的抑制，从而验证了谐波抑制控制算法的有效性。
图12示出根据本发明的实施例的获得各次谐波电压给定的示意图。
参照图12，第二控制器300检测能量路由器400的输出电压中的5、7、11、13次谐波，并将能量路由器400的输出电压经过旋转坐标变换得到该次的分量，应当理解，在一般平衡负载应用中，5、11次谐波表现为负序分量，7、13次谐波表现为正序分量，因此，将5、11次进行旋转角度分别为-5×θ和-11×θ的负序旋转坐标变换，将7、13次进行旋转角度分别为7×θ和13×θ的正序旋转坐标变换，从而得到该次的分量。然后，第二控制器300将得到的该次分量经过低通滤波器得到该次谐波电流的直流分量，对所述各次谐波电压的直流分量与0的差进行PI调节，并通过对经过PI调节之后差进行反变换来获得各次谐波电压给定(Ualfahref、Ubetahref(h＝5、7、11、13))。
图13示出根据本发明的实施例的产生调制波的示意图。
参照图13，第二控制器300通过对能量路由器400的输出电压经过静止坐标变换来获得所述输出电压的前馈量Ualfa、Ubeta，并调用SVPWM(空间矢量脉宽调制)调制波生成函数结合静止坐标系下的正负序输出电压分量给定Ualfapref、Ubetapref、Ualfanref、Ubetanref、各次谐波电压给定Ualfahref、Ubetahref、所述输出电压的前馈量Ualfa、Ubeta之和，来产生调制波，以控制能量路由器400的运行。
在另一实施例中，当并网开关100断开时，第一控制器200确定电网电压幅值Uoutg、电网电压相位Thetag、微电网电压相位Thetam和微电网角频率，并检测电网电压相位Thetag和微电网电压相位Thetam的差值是否达到预定阈值；当第一控制器200检测到所述差值达到预定阈值时，控制并网开关100闭合，从而实现离网状态平稳切换为并网状态。
具体地，第一控制器200通过将所述差值的预定倍数叠加到所述微网角频率上来获得第二频率调节指令，并将电网电压幅值Uoutg作为第二电压调节指令，还确定与负载相匹配的第二有功功率指令和第二无功功率指令，然后将所述第二频率调节指令、所述第二电压调节指令、所述第二有功功率指令和所述第二无功功率指令作为所述第一控制指令。
优选地，预定倍数为5倍，但本发明不限于此。
图14示出根据本发明的实施例的离网状态切换为并网状态的实验波形。参照图14，离网状态下的有功功率为100kw，无功功率为90kw；并网状态下的有功功率为10kw，无功功率为0kw。曲线1和2是能量路由器400输出的线电压Uab、Ubc，曲线3、4、5是能量路由器400输出的三相电流Ia、Ib、Ic，曲线6为并网开关100的状态。由图14可知，离网状态切换到并网状态时，能量路由器400输出的电压和电流无冲击，并网后功率很快跟踪并网状态的有功和无功指令。
在又一实施例中，当并网开关100闭合时，第一控制器200根据负载的功率和储能单元的状态产生第三有功功率指令和第三无功功率指令作为所述第一控制指令；第二控制器300处于PQ(有功无功)控制模式。
也就是说，当并网开关100闭合时，所述微电网控制系统处于并网状态，第一控制器200将第三有功功率指令和第三无功功率指令作为第一控制指令进行发送，第二控制器300处于PQ控制模式，并响应于接收的所述第一控制指令对能量路由器400进行控制。
作为示例，所述储能单元可为电池。
在并网状态下，第二控制器300不进行电压闭环控制和电压谐波抑制控制。并且，第二控制器300将能量路由器400的负序输出电流分量给定Idnref、Iqnref设为0。
图15示出根据本发明的实施例的并网状态下确定静止坐标系下的正负序输出电压分量给定的示意图。
参照图15，第二控制器300根据能量路由器400的正负序输出电流分量给定Idref、Iqref、Idnref、Iqnref与能量路由器400的输出电流的正负序分量的直流分量IdNotch、IqNotch、IdnNotch、IqnNotch确定静止坐标系下的正负序输出电压分量给定Ualfapref、Ubetapref、Ualfanref、Ubetanref，并调用SVPWM调制波生成函数结合所述静止坐标系下的正负序输出电压分量给定Ualfapref、Ubetapref、Ualfanref、Ubetanref与能量路由器400的输出电压的前馈量Ualfa、Ubeta之和，来产生调制波，以控制所述能量路由器的运行。
具体地，第二控制器300将能量路由器400的正负序输出电流分量给定Idref、Iqref、Idnref、Iqnref与能量路由器400的输出电流的正负序分量的直流分量IdNotch、IqNotch、IdnNotch、IqnNotch的差，经过PI调节，加上电抗器产生的电压耦合项，再经过反变换得到静止坐标系下的正负序输出电压分量给定Ualfapref、Ubetapref、Ualfanref、Ubetanref，并调用SVPWM调制波生成函数结合所述静止坐标系下的正负序输出电压分量给定Ualfapref、Ubetapref、Ualfanref、Ubetanref与能量路由器400的输出电压的前馈量Ualfa、Ubeta之和，来产生调制波。
在又一实施例中，当第一控制器200在所述微电网控制系统处于并网状态下检测到电网故障时，控制并网开关100断开。
在又一实施例中，当并网开关100闭合时，如果第一控制器200检测到流过并网开关100的电流达到预定电流阈值，则控制并网开关100断开，从而实现并网状态平稳切换为离网状态。
具体地，所述第一控制器根据流过并网开关的电流产生第四有功功率指令和第四无功功率指令，然后将所述第四有功功率指令和所述第四无功功率指令作为所述第一控制指令。
图16示出根据本发明的实施例的并网状态切换为离网状态的实验波形。参照图16，离网状态下的有功功率为100kw，无功功率为90kw。曲线1和2是能量路由器400输出的线电压Uab、Ubc，曲线3、4、5是能量路由器400输出的三相电流Ia、Ib、Ic，曲线6为并网开关100的状态。由图16可知，在离网前能量路由器400的输出功率已经和负载相匹配，这样可以保证流过并网开关100的电流很小，并网状态切换到离网状态的过程中电压和电流没有冲击。
下面结合图17描述根据本发明的实施例的微电网。
图17示出根据本发明的实施例的微电网的框图。
参照图17，根据本发明的实施例还提供一种微电网，所述微电网包括：如上所述的微电网控制系统、储能单元和负载；储能单元连接能量路由器400的一端，能量路由器400的另一端通过并网开关100连接电网；能量路由器400为负载提供电能；储能单元和并网开关100通过光纤网络连接第一控制器200；能量路由器400通过光纤网络连接第二控制器300，第二控制器300通过光纤网络连接第一控制器200。
在所述微电网处于离网状态时，微电网控制系统将储能单元的直流电转换为交流电，以对负载进行供电；在所述微电网处于并网状态时，微电网控制系统将电网的交流电转换为直流电，以对储能单元进行充电。
此外，本发明的实施例的微电网控制系统及微电网通过分层控制增强微电网运行的稳定性；此外，还通过电压和电流的双闭环控制，实现离网状态下带100％不平衡负载的能力。
尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (18)

1.一种微电网控制系统，其特征在于，所述微电网控制系统包括：并网开关、能量路由器、第一控制器和第二控制器，
其中，所述第一控制器控制所述并网开关的闭合和断开，并根据所述微电网控制系统的状态发送第一控制指令，
所述第二控制器从所述第一控制器接收所述第一控制指令，响应于所述第一控制指令对所述能量路由器进行控制，
其中，所述第二控制器通过对所述能量路由器的输出电压经过静止坐标变换来获得所述输出电压的前馈量，并调用SVPWM调制波生成函数结合静止坐标系下的正负序输出电压分量给定、各次谐波电压给定、所述输出电压的前馈量之和，来产生调制波，以控制所述能量路由器的运行。
2.如权利要求1所述的微电网控制系统，其特征在于，
当所述并网开关断开时，所述第一控制器根据电网的实际电压和频率产生第一频率调节指令和第一电压调节指令，根据电网三相电压和微电网三相电压确定第一有功功率指令和第一无功功率指令，并将所述第一频率调节指令、第一电压调节指令、第一有功功率指令和第一无功功率指令作为所述第一控制指令，
其中，所述第二控制器处于VSG控制模式。
3.如权利要求2所述的微电网控制系统，其特征在于，
所述第一控制器确定电网电压幅值和电网角频率，并将所述电网电压幅值作为所述第一电压调节指令，将所述电网角频率作为所述第一频率调节指令；
所述第二控制器接收所述第一电压调节指令和所述第一频率调节指令，并响应于所述第一电压调节指令和所述第一频率调节指令对所述能量路由器进行控制，以使微电网输出的电压幅值、频率与电网输出的电压幅值、频率一致。
4.如权利要求2所述的微电网控制系统，其特征在于，
所述第一控制器确定电网频率、电网电压幅值、微电网频率和微电网电压幅值，对所述电网频率和所述微电网频率的差进行PI调节，并将经过PI调节的差确定为所述第一有功功率指令，对所述电网电压幅值和所述微电网电压幅值的差进行PI调节，并将经过PI调节的差确定为所述第一无功功率指令；
所述第二控制器接收所述第一有功功率指令和第一无功功率指令，并响应于所述第一有功功率指令和所述第一无功功率指令对所述能量路由器进行控制，以使所述能量路由器输出与负载相匹配的有功功率和无功功率。
5.如权利要求2所述的微电网控制系统，其特征在于，
所述第二控制器根据所述能量路由器的输出电压确定实际输出有功功率和实际输出无功功率，并调用转子运动方程和原动机调节方程结合所述实际输出有功功率、所述第一有功功率指令和所述第一频率调节指令确定所述能量路由器的输出电压和输出电流的正负序旋转坐标变换的角度；
所述第二控制器根据实际输出无功功率、所述第一无功功率指令和所述第一电压调节指令确定所述能量路由器的正序输出电压的d、q轴分量给定，并将所述能量路由器的负序输出电压的d、q轴分量给定设为0。
6.如权利要求5所述的微电网控制系统，其特征在于，所述第二控制器被配置为：
将所述能量路由器的输出电压进行正序和负序旋转坐标变换得到所述输出电压的正负序分量；
通过陷波器得到所述输出电压的正负序分量的直流分量；
将所述能量路由器的输出电流进行正序和负序旋转坐标变换得到所述输出电流的正负序分量；
通过陷波器得到所述输出电流的正负序分量的直流分量；
根据所述输出电压的正负序分量的直流分量以及所述输出电流的正负序分量的直流分量，计算所述能量路由器的瞬时有功功率和瞬时无功功率；
将所述瞬时有功功率和所述瞬时无功功率经过低通滤波器得到实际输出有功功率和实际输出无功功率。
7.如权利要求6所述的微电网控制系统，其特征在于，所述第二控制器还被配置为：
对所述能量路由器的正负序输出电压的d、q轴分量给定与所述输出电压的正负序分量的直流分量的差进行PI调节，并将经过PI调节之后的差作为所述能量路由器的正负序输出电流分量给定；
根据经过PI调节的所述能量路由器的正负序输出电流分量给定与所述输出电流的正负序分量的直流分量的差，确定静止坐标系下所述能量路由器的正负序输出电压分量给定，以实现电压和电流的双闭环控制。
8.如权利要求5所述的微电网控制系统，其特征在于，
所述第二控制器检测所述能量路由器的输出电压中的奇次谐波，并确定各次谐波电压的直流分量，对所述各次谐波电压的直流分量与0的差进行PI调节，并通过对经过PI调节之后的差进行反变换来获得各次谐波电压给定。
9.如权利要求5所述的微电网控制系统，其特征在于，
所述第二控制器调用斜坡函数来将所述第一电压调节指令添加到无功偏差调节的输出上。
10.如权利要求1所述的微电网控制系统，其特征在于，
当所述并网开关断开时，所述第一控制器确定电网电压幅值、电网电压相位、微电网电压相位和微电网角频率，并检测所述电网电压相位和所述微电网电压相位的差值是否达到预定阈值；
当所述第一控制器检测到所述差值达到预定阈值时，控制所述并网开关闭合。
11.如权利要求10所述的微电网控制系统，其特征在于，
所述第一控制器通过将所述差值的预定倍数叠加到所述微电网角频率上来获得第二频率调节指令，并将所述电网电压幅值作为第二电压调节指令，还确定与负载相匹配的第二有功功率指令和第二无功功率指令，然后将所述第二频率调节指令、所述第二电压调节指令、所述第二有功功率指令和所述第二无功功率指令作为所述第一控制指令。
12.如权利要求1所述的微电网控制系统，其特征在于，
当所述并网开关闭合时，所述第一控制器根据负载的功率和储能单元的状态产生第三有功功率指令和第三无功功率指令作为所述第一控制指令；
其中，所述第二控制器处于PQ控制模式。
13.如权利要求12所述的微电网控制系统，其特征在于，
所述第二控制器根据所述能量路由器的正负序输出电流分量给定与所述能量路由器的输出电流的正负序分量的直流分量确定静止坐标系下的正负序输出电压分量给定，并调用SVPWM调制波生成函数结合所述静止坐标系下的正负序输出电压分量给定与所述能量路由器的输出电压的前馈量之和，来产生调制波，以控制所述能量路由器的运行。
14.如权利要求1所述的微电网控制系统，其特征在于，
当所述并网开关闭合时，如果所述第一控制器检测到流过所述并网开关的电流达到预定电流阈值，则控制所述并网开关断开。
15.如权利要求14所述的微电网控制系统，其特征在于，
所述第一控制器根据流过并网开关的电流产生第四有功功率指令和第四无功功率指令，然后将所述第四有功功率指令和所述第四无功功率指令作为所述第一控制指令。
16.如权利要求1所述的微电网控制系统，其特征在于，
当所述第一控制器在所述微电网控制系统处于并网状态下检测到电网故障时，控制所述并网开关断开。
17.如权利要求1所述的微电网控制系统，其特征在于，
所述第二控制器包括数字信号处理器，
其中，所述第二控制器被配置为当所述数字信号处理器运行VSG算法时处于VSG控制模式，当所述数字信号处理器运行PQ算法时处于PQ控制模式。
18.一种微电网，其特征在于，包括：如权利要求1所述的微电网控制系统，以及储能单元和负载；
其中，所述储能单元连接能量路由器的一端，能量路由器的另一端通过并网开关连接电网；所述能量路由器为负载提供电能；
所述储能单元和并网开关通过光纤网络连接第一控制器；
所述能量路由器通过光纤网络连接第二控制器，所述第二控制器通过光纤网络连接所述第一控制器；
在所述微电网处于离网状态时，所述微电网控制系统将所述储能单元的直流电转换为交流电，以对所述负载进行供电；
在所述微电网处于并网状态时，所述微电网控制系统将电网的交流电转换为直流电，以对所述储能单元进行充电。
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Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11125832B2 (en) * 2018-12-13 2021-09-21 Sentient Technology Holdings, LLC Multi-phase simulation environment
EP3761472A1 (en) * 2019-07-05 2021-01-06 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Black start of a wind farm
US11043803B2 (en) * 2019-07-22 2021-06-22 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Reference signal generating method for distance and directional protection elements
CN110445195B (zh) * 2019-07-30 2022-08-26 国电南瑞科技股份有限公司 电网一次调频与配电台区不平衡治理的方法、装置及系统
CN110620496B (zh) * 2019-09-24 2021-09-10 江苏迈吉易威电动科技有限公司 一种永磁电机可控发电系统三相电压型pwm整流器启动冲击电流抑制方法
CN110661292A (zh) * 2019-09-30 2020-01-07 国网电子商务有限公司 能源路由器
CN110739714B (zh) * 2019-10-23 2023-06-09 南方电网科学研究院有限责任公司 一种柔直换流阀孤岛和联网模式在线平滑切换方法
CN110783955B (zh) * 2019-11-01 2021-07-20 国网河北省电力有限公司沧州供电分公司 有利于降低台区三相不平衡的光伏单相接入容量配置方法
CN110970934B (zh) * 2019-11-18 2023-03-31 太原理工大学 混合微电网中ac_dc双向功率变换器并网预同步控制装置
CN111525595A (zh) * 2020-04-29 2020-08-11 广东电网有限责任公司佛山供电局 一种配电网柔性开关装置的虚拟同步控制系统
CN111740447B (zh) * 2020-07-02 2024-03-19 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种能量路由器的协同控制方法
CN112350368A (zh) * 2020-10-13 2021-02-09 芜湖泰伦特能源科技有限公司 一种微电网离并网控制方法
CN112217237B (zh) * 2020-10-23 2024-01-26 内蒙古电力(集团)有限责任公司包头供电局 一种不对称故障下直驱风电并网系统有源阻尼控制方法
CN112383055B (zh) * 2020-11-24 2022-12-09 珠海格力电器股份有限公司 一种并离网调度方法、装置及储能空调系统
CN112615392B (zh) * 2020-12-09 2023-03-10 国网陕西省电力公司电力科学研究院 负序信号提取的下垂组网二次调节方法、系统、介质、设备
CN112968452B (zh) * 2021-03-24 2022-11-29 广州智光电气股份有限公司 变流器的控制方法及装置
CN113241802B (zh) * 2021-05-14 2022-08-05 山东大学 基于功率协同调节的微电网并网点电压控制系统及方法
CN113555903B (zh) * 2021-07-30 2024-04-12 阳光电源股份有限公司 一种微网和微网控制方法
CN114123840B (zh) * 2021-11-19 2023-12-22 广东福德电子有限公司 一种高输出功率宽电压直流电源
CN114123325A (zh) * 2021-11-24 2022-03-01 北京四方继保自动化股份有限公司 提升电力系统传统保护动作性能的变流器控制方法及系统
CN114142506B (zh) * 2021-11-25 2023-08-22 三一重能股份有限公司 一种储能电源车控制方法、装置及储能电源车
US11626731B1 (en) * 2022-05-19 2023-04-11 The Florida International University Board Of Trustees Hybrid renewable energy source systems
CN114825407B (zh) * 2022-06-22 2022-10-18 锦浪科技股份有限公司 一种双向变换器的充放电切换方法、装置、系统及介质
CN117081160B (zh) * 2023-10-17 2023-12-26 广州菲利斯太阳能科技有限公司 一种用于微电网的并离网切换系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105790273A (zh) * 2015-07-01 2016-07-20 湘潭大学 一种新能源微网互联功率路由方法及其装置
CN106786777A (zh) * 2017-02-23 2017-05-31 东南大学 一种基于内模控制的微电网并离网平滑切换控制方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03256533A (ja) * 1990-03-02 1991-11-15 Shikoku Sogo Kenkyusho:Kk 系統連系システム
JP4158906B2 (ja) 2002-07-19 2008-10-01 Ｈｏｙａ株式会社 眼鏡レンズの光学性能表示方法
JP2009065778A (ja) * 2007-09-06 2009-03-26 Tokyo Electric Power Co Inc:The 電力系統監視制御システム
US8421270B1 (en) * 2010-04-15 2013-04-16 Science Applications International Corporation System and method for a controlled interconnected DC and AC bus microgrid
JP5600146B2 (ja) * 2012-07-26 2014-10-01 オリジン電気株式会社 分散電源システム及び運転方法
US10205317B2 (en) * 2014-08-08 2019-02-12 Nec Corporation Management of grid-scale energy storage systems for multiple services
CN104410097B (zh) * 2014-09-26 2018-07-06 广东易事特电源股份有限公司 微网逆变器及其并网和离网的控制方法
JP6398016B2 (ja) * 2015-07-02 2018-09-26 ダイナパワー カンパニー エルエルシー 複数のグリッド・タイ電力変換器の単独運転
CN106253268B (zh) * 2016-08-11 2019-02-26 国网江西省电力公司电力科学研究院 基于多电源-多电压等级负荷家用智能能量路由器装置
CN106532749B (zh) 2016-12-27 2019-01-29 合肥工业大学 一种微电网不平衡功率和谐波电压补偿系统及其应用

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105790273A (zh) * 2015-07-01 2016-07-20 湘潭大学 一种新能源微网互联功率路由方法及其装置
CN106786777A (zh) * 2017-02-23 2017-05-31 东南大学 一种基于内模控制的微电网并离网平滑切换控制方法

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