CN111200280B - 一种微电网变流器控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微电网变流器控制方法及装置，当电网电压大于等于设定电压阈值时，采用虚拟同步发电机进行控制；当电网电压小于设定电压阈值时，控制虚拟同步发电机输出的电流指令值为0，并读取电压指令值，根据黑启动频率指令输出控制角度；以所述电压指令值作为黑启动电压电流双闭环的电压外环的指令值，进行黑启动电压电流双闭环控制。本发明满足了新能源站内微电网运行的要求，为站内快速黑启动切换提供功率支撑，解决了电力系统故障时站内系统不稳定的问题，在虚拟同步发电机系统中占据重要的地位。

Description

一种微电网变流器控制方法及装置

技术领域

本发明属于微电网技术领域，具体涉及一种微电网变流器控制方法及装置。

背景技术

变流器是用于连接储能装置与电网之间的双向逆变器，可以把储能装置的电网放电回馈到电网，也可以把电网的电能充电到储能装置，实现电能的双向转换；而且，具备对储能装置的P/Q控制，实现微电网的DG功率平衡调节，同时，还具备做主电源的控制功能，即U/f模式，在离网运行时其做主电源，提供离网运行的电压参考源，实现微电网的“黑启动”。

近年来，虚拟同步发电机技术日趋成熟，系统可以通过模拟同步发电机的本体模型进行控制，使并网逆变器可与传统同步发电机的运行机制等效，并利用储能装置实现可再生并网能源调节电网的功能。

对于电力系统的黑启动问题，目前已经成熟，但对于新能源电站系统包含大量的中/低压配电网，逆变器等电力电子装置响应速度快，很难直接沿用传统电网的黑启动方法。传统电网由于不具备虚拟同步发电机的特性，故无法快速跟踪电网，不能实时检测高压侧电网电压，当电网出现故障时，其响应能力比具备虚拟同步发电机功能的变流器慢。另外，传统电网未配备虚拟同步发电机，因此无法满足对整个新能源电站内的设备进行电网特性能力测试的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微电网变流器控制方法及装置，用以解决新能源电站系统无法直接沿用传统电网的黑启动方法的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

本发明的一种微电网变流器控制方法，包括如下步骤：

当电网电压大于等于设定电压阈值时，采用虚拟同步发电机进行控制；当电网电压小于设定电压阈值时，控制虚拟同步发电机输出的电流指令值为0，并读取电压指令值，根据黑启动频率指令输出控制角度；以所述电压指令值作为黑启动电压电流双闭环的电压外环的指令值，采用黑启动电压电流双闭环进行控制。

本发明的一种微电网变流器控制装置，包括处理器和存储器，所述处理器用于执行存储在存储器中的指令以实现如下方法：

当电网电压大于等于设定电压阈值时，采用虚拟同步发电机进行控制；当电网电压小于设定电压阈值时，控制虚拟同步发电机输出的电流指令值为0，并读取电压指令值，根据黑启动频率指令输出控制角度；以所述电压指令值作为黑启动电压电流双闭环的电压外环的指令值，采用黑启动电压电流双闭环进行控制。

本发明的有益效果：

本发明在检测到电网电压较低时，控制虚拟同步发电机的电流指令值为0，并采用黑启动电压电流双闭环进行控制。也就是说，在电网电压较低时，虚拟同步发电机功能是禁止的，以防止虚拟同步发电机的激磁效应。本发明满足了新能源站内微电网运行的要求，为站内快速黑启动切换提供功率支撑，解决了电力系统故障时站内系统不稳定的问题，在虚拟同步发电机系统中占据重要的地位。

作为方法及装置的进一步改进，所述设定电压阈值为0.15pu。根据实际需求，将控制进行黑启动电压电流双闭环控制的门槛设置为0.15pu，实用性较好。

附图说明

图1是本发明的微电网系统示意图；

图2是本发明的微电网变流器控制方法的控制框图；

图3是本发明的控制方法流程图；

图4是本发明的黑启动电压电流双闭环控制框图；

图5是本发明的得到电网角速度的控制框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，下面结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明。

方法实施例

如图1所示，本发明的微电网系统包括变流器，变流器连接35kV母线电网。

结合图3，本实施例的方法包括如下步骤：

检测35kV母线电网电压，并判断是否小于0.15pu：

若大于等于0.15pu，则采用虚拟同步发电机进行控制；变流器内环的指令值依旧保持为原来的虚拟同步发电机输出的三相定子电流，该部分内容为恒流控制模块。

若小于0.15pu，则控制虚拟同步发电机输出的电流指令值为0，并读取电压指令值，根据黑启动频率指令输出控制角度；以该电压指令值作为黑启动电压电流双闭环的电压外环的指令值，采用黑启动电压电流双闭环进行控制。也就是说，变流器内环的指令值切换为恒压控制模块的闭环输出值。这里的恒压控制模块为电压外环电流内环构成的双闭环控制系统。

其中，电压指令值根据变流器的额定电压来自行设定；黑启动频率指令通常可设定为50Hz，根据ω＝2πf，可得到角速度，而角速度由角度积分得到，根据角速度与角度之间的关系，便可得到控制角度δ。

为了实现该方法，设计了如图2所示的微电网变流器控制方法的控制框图。

建立虚拟同步发电机的机械原理和电气模型，实现虚拟同步发电机的控制。虚拟同步发电机电压方程为：

E∠δ-U＝IR+jωLI

δ＝∫(ω-ω₀)dt

其中，E为虚拟同步发电机的电势，U为虚拟同步发电机的机端电压，ω为虚拟同步发电机的角速度，ω₀为电网角速度，δ为虚拟同步发电机的功角，I为虚拟同步发电机的定子电流，R为虚拟同步发电机的电阻，L为虚拟同步发电机的电抗。

虚拟同步发电机输出的三相定子电流i_abc经过正负序旋转变换得到变流器电流内环的指令值i_ref，变流器电流内环的指令值i_ref经过电流正负序解耦闭环控制(该部分内容图2中未画出)，实现变流器的控制。

同时，电网电压经过双旋转变换进行d、q轴分解得到d、q轴分量，q轴分量再经过PI运算得到电网的角速度θ，不平衡锁相得到的电网角速度作为变流器电流内环的相角指令值，用于变流器的控制。该段落中描述内容如图5所示。

图2中黑启动电压电流双闭环控制的控制框图如图4所示，为电压外环、电流内环构成的双闭环恒压控制系统。图4中，为d轴电压指令值，u_od为d轴电压反馈值，/>为q轴电压指令值，u_oq为q轴电压反馈值，/>为d轴电流指令值，i_d为d轴电流反馈值，/>为q轴电流指令值，i_q为q轴电流反馈值。

具体控制方法为：检测35kV母线电网电压，判断35kV母线电网电压小于0.15pu时，电流限幅为0(即使i_ref为0)，变流器侧由原来的恒流控制模块快速切换至恒压控制模块，恒压控制模块根据d、q电压分量进行电压闭环控制，电压环输出作为电流内环的指令值，再经过电流正负序解耦的PI控制，输出额定电网电压供给站内负载及新能源系统。

上述方法可移植到其他并网逆变器中。

装置实施例

该实施例提供了一种微电网变流器控制装置，该装置为计算机等具备数据处理能力的设备，该装置包括处理器和存储器，两者之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。该处理器用于执行存储在存储器中的指令以实现本发明的微电网变流器控制方法。具体该方法的介绍见方法实施例，这里不再赘述。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (4)

1.一种微电网变流器控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

当电网电压大于等于设定电压阈值时，采用虚拟同步发电机进行控制；

当电网电压小于设定电压阈值时，切换为恒压控制，即：控制虚拟同步发电机输出的电流指令值为0，并读取电压指令值，根据黑启动频率指令输出控制角度；

以所述电压指令值作为黑启动电压电流双闭环的电压外环的指令值，采用黑启动电压电流双闭环进行控制。

2.根据权利要求1所述的微电网变流器控制方法，其特征在于，所述设定电压阈值为0.15pu。

3.一种微电网变流器控制装置，其特征在于，包括处理器和存储器，所述处理器用于执行存储在存储器中的指令以实现如下方法：

当电网电压大于等于设定电压阈值时，采用虚拟同步发电机进行控制；

当电网电压小于设定电压阈值时，切换为恒压控制，即：控制虚拟同步发电机输出的电流指令值为0，并读取电压指令值，根据黑启动频率指令输出控制角度；

以所述电压指令值作为黑启动电压电流双闭环的电压外环的指令值，采用黑启动电压电流双闭环进行控制。

4.根据权利要求3所述的微电网变流器控制装置，其特征在于，所述设定电压阈值为0.15pu。