CN204334379U - 具有滞回特性的V/f-倒下垂微电网逆变器电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了具有滞回特性的V/f-倒下垂型微电网逆变器电源，包括信号输入模块、V/f-倒下垂滞环控制模块、双反馈解耦PWM控制模块、输出驱动模块和VSC主电路；信号输入模块将电网输出的第一电压信号、电流信号均输出；V/f-倒下垂滞环控制模块将接收的第一电压信号、电流信号经处理后输出频率信号或有功功率信号、无功功率信号或第二电压信号至双反馈解耦PWM控制模块；双反馈解耦PWM控制模块输出；当VSC主电路接收到驱动信号，将外部输入的直流转换成交流输出。本实用新型通过对不同的电源设置不同的门槛值和环宽，有效避免系统正常波动可能对控制器造成的误触发，防止电源在某一个值上下波动反复动作。

Description

具有滞回特性的V/f-倒下垂微电网逆变器电源

技术领域

本实用新型属于电力电子装置及其控制领域，涉及一种基于逆变器的新型微电网电源。

背景技术

随着电力需求的不断增长，常规电网在过去数十年里快速发展。然而由于其成本高、运行难度大，以及燃料短缺、环境污染的日益加重，促进了环保、灵活、以可再生能源为主的分布式发电技术的发展。为了充分发挥分布式发电的优点并解决大电网与其之间的矛盾，一般将分布式发电系统互联形成以微电网的形式运行。然而随着微电网的接入，出现了一些新的问题，主要表现在微电网在孤岛运行模式下采用何种控制方式才能维持整个系统的稳定运行。当微电网与大电网并网运行时，可由大电网提供运行参考频率和电压。而微电网在孤网状态时，需要对网内各个微电源进行有效的控制协调，以维持整个系统能够稳定运行，保证系统的电压及频率在合理的范围内。

目前常用的一种孤网运行方式是以一个包括信号输入模块、V/f控制模块、双反馈解耦PWM控制模块、输出驱动模块和VSC主电路的电源为主电源，提供频率和电压参考，其它的电源都采用包括信号输入模块、PQ控制模块、双反馈解耦PWM控制模块、输出驱动模块和VSC主电路的电源，运行在PQ方式下，即保持输出的有功和无功功率为恒定。采用V/f控制模块的微电源虽然可以在其可调容量范围内维持系统的电压幅值及频率不变，但是一旦系统内需要大量的功率交换，超出其可调容量范围，该微电源就不能继续维持系统的稳定运行。

现有的解决上述问题的方法是采用包括信号输入模块、V/f-PQ控制模块、双反馈解耦PWM控制模块、输出驱动模块和VSC主电路的电源。当孤网运行时，微电网中有一个电源运行于V/f方式下，为其它的电源提供运行参考频率和电压；而其它的电源运行于PQ方式下。当V/f控制的电源可调容量越限时转为PQ方式，而由某一个其它的电源提供运行参考电压和频率。然而在逆变器电源退出V/f控制方式后，采用PQ控制方式使得该电源对系统的冲击较大，且在系统频率变化时不能参与功率的调节。倒下垂控制本质属于功率调节，可以通过设置倒下垂比例系数，控制功率输出在小范围内波动，有更好的调节特性。若采用信号输入模块、V/f-倒下垂控制模块、双反馈解耦PWM控制模块、输出驱动模块和VSC主电路的电源，该电源在系统频率变化时可以参与功率的调节，而且通过其输出功率的变化来调节系统的频率。但是，这种切换仍会造成较大的频率或电压扰动，运行灵活性不足，控制器容易误触发。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷而提供具有滞回特性的V/f-倒下垂型微电网逆变器电源，通过对各个电源设置不同的门槛值和环宽，有效避免了系统正常波动可能对控制器造成的误触发，防止电源在某一个值的上下波动时反复动作。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

具有滞回特性的V/f-倒下垂型微电网逆变器电源，包括信号输入模块、V/f-倒下垂滞环控制模块、双反馈解耦PWM控制模块、输出驱动模块和VSC主电路；其中，

信号输入模块，将电网输出的第一电压信号、电流信号均输出至V/f-倒下垂滞环控制模块、双反馈解耦PWM控制模块；

V/f-倒下垂滞环控制模块，将接收的第一电压信号、电流信号经处理后，输出频率信号或有功功率信号，以及无功功率信号或第二电压信号至双反馈解耦PWM控制模块；

双反馈解耦PWM控制模块，用于根据第一电压信号、电流信号以及频率信号或有功功率信号、无功功率信号或第二电压信号，生成PWM控制脉冲并输出至输出驱动模块；

输出驱动模块，用于接收PWM控制脉冲，并输出驱动信号至VSC主电路；

VSC主电路，当接收到驱动信号，将外部输入的直流电转换成交流电输出。

作为本实用新型的具有滞回特性的V/f-PQ型微电网逆变器电源的进一步优化的方案，所述V/f-PQ滞环控制模块包括f滞环控制模块、V滞环控制模块；其中，

f滞环控制模块包括第一处理单元、第一滞环触发器单元、第一控制单元；预先设定最小门槛频率f_min、最大门槛频率f_max，逆变器输出频率f_min时，输出最小有功功率极限值P_n、最大有功功率极限值P_m，逆变器输出频率f_max时，输出最小有功功率极限值P_k、最大有功功率极限值P_f，f_min<f_max，P_k<P_n<P_f<P_m；其中，

第一处理单元，用于将接收的第一电压信号、电流信号经计算处理获得有功功率P_入和频率f_入，P_入和f_入均输出至第一滞环触发器单元、第一控制单元；

第一滞环触发器单元，根据接收的有功功率P_入和频率f_入进行判断，当频率f入为f_min或f_max时，导通第二触发信号。反之，导通第一触发信号；

第一控制单元，接收到第一触发信号时，采用P倒下垂控制；接收到第二触发信号时，采用f控制；

V滞环控制模块包括第二处理单元、第二滞环触发器单元、第二控制单元；预先设定最小门槛电压V_min、最大门槛电压V_max、逆变器输出电压V_min时，输出最小无功功率极限值Q_n、最大无功功率极限值Q_m，逆变器输出电压V_max时，输出最小无功功率极限值Q_k、最大无功功率极限值Q_f，V_min<V_max，Q_k<Q_n<Q_f<Q_m；其中，

第二处理单元，用于将接收的第一电压信号、电流信号经计算处理获得无功功率Q_入和电压V_入；

第二滞环触发器单元，根据接收的无功功率Q_入和电压V_入进行判断，当电压V入为V_min或V_max时，导通第四触发信号。反之，导通第三触发信号；

第二控制单元，接收到第三触发信号时，采用Q倒下垂控制；接收到第四触发信号时，采用V控制。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

(1)引入V/f-倒下垂型微电网逆变器电源，吸取了V/f控制和下垂控制方式的优点，该控制方式的特性曲线更接近传统发电机的输出特性，减小了系统的频率抖动，能够充分发挥微网中电源调节能力，使逆变器电源尽量在高效率的区段运行。

(2)引入具有滞回特性的V/f-倒下垂型微电网逆变器电源，通过对各个电源设置不同的门槛值和环宽，有效避免了系统正常波动可能对控制器造成的误触发,防止电源在某一个值的上下波动时发生抖动。

(3)微电网处于并网状态时，微电源采用倒下垂控制方式，输出一定范围内的功率。微电网运行于孤岛模式时，某一个微电源采用V/f控制方式，输出恒定的电压幅值及频率，为系统提供稳定的电压及频率，并调节其输出功率来满足系统的功率平衡。该微电源不能满足负荷需求时，会自动切换为倒下垂控制方式，由另外一个为电源接替。具有滞回特性的主控型电源控制方法通过对各个电源逆变器设置不同的门槛值，在负荷功率变化时，各个逆变器电源之间可以按照预先设定的阈值依次切换，减少次序出错以及控制器误动和拒动，为系统提供稳定的电压和频率，维持系统可靠稳定地运行。

(4)本实用新型不但可以增大功率调节范围，每个电源可根据其设置的最大、最小参考频率及其可输出的有功功率的范围来投入或退出主控模式。另外，由于引入了滞回输出特性的V/f-倒下垂控制方法，为系统提供稳定的电压和频率，维持系统可靠稳定地运行，避免控制器频繁切换，使系统具有较好的抗扰动性能。随着我国微电网的快速发展，特别是对微电网运行的柔性和可靠性，微电源控制以及数量众多的微电源间的协调配合要求高的区域，将具有重要的理论和工程价值。

附图说明

图1是本实用新型的微电源结构示意图。

图2是本实用新型的V/f-倒下垂滞环控制模块。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：

图1是本实用新型的微电源结构示意图，具有滞回特性的V/f-倒下垂型微电网逆变器电源，包括信号输入模块、V/f-倒下垂滞环控制模块、双反馈解耦PWM控制模块、输出驱动模块和VSC主电路；其中，

信号输入模块，将电网输出的第一电压信号、电流信号均输出至V/f-倒下垂滞环控制模块、双反馈解耦PWM控制模块；

V/f-倒下垂滞环控制模块，将接收的第一电压信号、电流信号经处理后，输出频率信号或有功功率信号，以及无功功率信号或第二电压信号至双反馈解耦PWM控制模块；

双反馈解耦PWM控制模块，用于根据第一电压信号、电流信号以及频率信号或有功功率信号、无功功率信号或第二电压信号，生成PWM控制脉冲并输出至输出驱动模块；

输出驱动模块，用于接收PWM控制脉冲，并输出驱动信号至VSC主电路；

VSC主电路，当接收到驱动信号，将外部输入的直流电转换成交流电输出。

图2是本实用新型的V/f-倒下垂滞环控制模块，所述V/f-倒下垂滞环控制模块包括f滞环控制模块、V滞环控制模块；其中，

f滞环控制模块包括第一处理单元、第一滞环触发器单元、第一控制单元；预先设定最小门槛频率f_min、最大门槛频率f_max，逆变器输出频率f_min时，输出最小有功功率极限值P_n、最大有功功率极限值P_m，逆变器输出频率f_max时，输出最小有功功率极限值P_k、最大有功功率极限值P_f，f_min<f_max，P_k<P_n<P_f<P_m；其中，

第一处理单元，用于将接收的第一电压信号、电流信号经计算处理获得有功功率P_入和频率f_入，P_入和f_入均输出至第一滞环触发器单元、第一控制单元；

第一滞环触发器单元，根据接收的有功功率P_入和频率f_入进行判断，当频率f入为f_min或f_max时，导通第二触发信号。反之，导通第一触发信号；

第一控制单元，接收到第一触发信号时，采用P倒下垂控制；接收到第二触发信号时，采用f控制；

V滞环控制模块包括第二处理单元、第二滞环触发器单元、第二控制单元；预先设定最小门槛电压V_min、最大门槛电压V_max、逆变器输出电压V_min时，输出最小无功功率极限值Q_n、最大无功功率极限值Q_m，逆变器输出电压V_max时，输出最小无功功率极限值Q_k、最大无功功率极限值Q_f，V_min<V_max，Q_k<Q_n<Q_f<Q_m；其中，

第二处理单元，用于将接收的第一电压信号、电流信号经计算处理获得无功功率Q_入和电压V_入；

第二滞环触发器单元，根据接收的无功功率Q_入和电压V_入进行判断，当电压V入为V_min或V_max时，导通第四触发信号。反之，导通第三触发信号；

第二控制单元，接收到第三触发信号时，采用Q倒下垂控制；接收到第四触发信号时。

以上实施案例仅用于帮助理解本实用新型的核心思想，不能以此限制本实用新型，对于本领域的技术人员，凡是依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上所做的任何改动，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.具有滞回特性的V/f-倒下垂型微电网逆变器电源，其特征在于，包括信号输入模块、V/f-倒下垂滞环控制模块、双反馈解耦PWM控制模块、输出驱动模块和VSC主电路；其中，

信号输入模块，通过电流互感器、电压互感器采集微电网母线上的第一电流、电压信号，将信号输出至V/f-倒下垂滞环控制模块、双反馈解耦PWM控制模块；

V/f-倒下垂滞环控制模块，将接收的第一电压信号、电流信号经处理后，输出频率信号或有功功率信号，以及无功功率信号或第二电压信号至双反馈解耦PWM控制模块；

双反馈解耦PWM控制模块，用于根据第一电压信号、电流信号以及频率信号或有功功率信号、无功功率信号或第二电压信号，生成PWM控制脉冲并输出至输出驱动模块；

输出驱动模块，用于接收PWM控制脉冲，并输出驱动信号至VSC主电路；

VSC主电路，当接收到驱动信号，将外部输入的直流电转换成交流电输出。

2.根据权利要求1所述的具有滞回特性的V/f-倒下垂型微电网逆变器电源，其特征在于，所述V/f-倒下垂滞环控制模块包括f滞环控制模块、V滞环控制模块；其中，

f滞环控制模块包括第一处理单元、第一滞环触发器单元、第一控制单元；预先设定最小门槛频率f_min、最大门槛频率f_max，逆变器输出频率f_min时，输出最小有功功率极限值P_n、最大有功功率极限值P_m，逆变器输出频率f_max时，输出最小有功功率极限值P_k、最大有功功率极限值P_f，f_min<f_max，P_k<P_n<P_f<P_m；其中，

第一处理单元，用于将接收的第一电压信号、电流信号经计算处理获得有功功率P_入和频率f_入，P_入和f_入均输出至第一滞环触发器单元、第一控制单元；

第一滞环触发器单元，根据接收的有功功率P_入和频率f_入进行判断，当频率f入为f_min或f_max时，导通第二触发信号,反之，导通第一触发信号；

第一控制单元，接收到第一触发信号时，采用P倒下垂控制；接收到第二触发信号时，采用f控制；

V滞环控制模块包括第二处理单元、第二滞环触发器单元、第二控制单元；预先设定最小门槛电压V_min、最大门槛电压V_max、逆变器输出电压V_min时，输出最小无功功率极限值Q_n、最大无功功率极限值Q_m，逆变器输出电压V_max时，输出最小无功功率极限值Q_k、最大无功功率极限值Q_f，V_min<V_max，Q_k<Q_n<Q_f<Q_m；其中，

第二处理单元，用于将接收的第一电压信号、电流信号经计算处理获得无功功率Q_入和电压V_入；

第二滞环触发器单元，根据接收的无功功率Q_入和电压V_入进行判断，当电压V入为V_min或V_max时，导通第四触发信号,反之，导通第三触发信号；

第二控制单元，接收到第三触发信号时，采用Q倒下垂控制；接收到第四触发信号时，采用V控制。