微电网逆变器的低电压穿越方法与流程

本发明涉及微电网并网控制技术领域，特别是涉及一种微电网逆变器的低电压穿越方法。

背景技术：

微电网由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置等组合而成，是具有自我控制、自我保护和管理能力的自治发配电系统。微电网既可以并网运行，也可以离网运行。随着微电网规模的扩大，必须考虑大电网故障时微电网的运行状态对大电网稳定性的影响，这就要求微电网必须具备一定的耐受电网电压和频率异常的能力，以及具有能够为保持电网稳定性提供支撑的能力。

目前，微电网低电压穿越的相关研究还停留在使用crowbar电路，即过电压保护电路，或是通过控制微电网的并网、离网运行模式来稳定电网电压。由于可调度微源在联网运行模式下可以采用PQ控制，也可以采用下垂控制，在离网运行模式下一般采用下垂控制。因此微电网在离网和并网运行模式下，储能逆变器均采用下垂控制，避免两种运行模式下控制算法的切换，降低控制系统的复杂性。但是储能逆变器可视为电压源，当电网电压跌落时，电流增大，影响微电网系统安全。

技术实现要素：

基于此，有必要针对如何提高微电网系统安全性能的技术问题，提供一种微电网逆变器的低电压穿越方法。

一种微电网逆变器的低电压穿越方法，包括：获取公共连接点处的电网电压；当所述电网电压小于第一预设倍数额定电压且大于第二预设倍数额定电压时，将储能逆变器由下垂控制切换到PQ控制；计算所述电网电压开始跌落至小于第一预设倍数额定电压时的所述电网电压的跌落时间；当所述跌落时间在预设时间阈值范围内且所述电网电压在预设电压阈值范围内时，通过储能逆变器向公共连接点处输出无功功率；在输出无功功率后，当所述电网电压大于第一预设倍数额定电压时，将储能逆变器由PQ控制切换到下垂控制。

在其中一个实施例中，所述将储能逆变器由下垂控制切换到PQ控制，包括：获取并网运行状态使用下垂控制时储能逆变器的第一输出电压及第一输出电流；将所述第一输出电压及所述第一输出电流送入第一寄存器；当接收到第一切换指令时，将该时刻送入所述第一寄存器存储的第一输出电压及第一输出电流作为PQ控制的初始值；根据所述PQ控制的初始值，执行PQ控制。

在其中一个实施例中，所述第一切换指令为由微电网中央控制器下发的下垂控制模式切换到PQ控制模式命令。

在其中一个实施例中，所述将储能逆变器由PQ控制切换到下垂控制，包括：获取在PQ控制时储能逆变器的第二输出电压及第二输出电流；将所述第二输出电压及所述第二输出电流送入第二寄存器；根据所述第二输出电压及所述第二输出电流，由下垂控制算法计算得到逆变器的输出功率及下垂系数；将所述逆变器的输出功率及所述下垂系数送入第二寄存器；当接收到第二切换指令时，将送入所述逆变器的输出功率及所述下垂系数作为下垂控制的初始值；根据所述下垂控制的初始值，执行下垂控制。

在其中一个实施例中，所述第二切换指令为由微电网中央控制器下发的PQ控制模式切换到下垂控制模式命令。

在其中一个实施例中，所述当所述跌落时间在预设时间阈值范围内且所述电网电压在预设电压阈值范围内时，通过储能逆变器向公共连接点处输出无功功率，包括：判断所述跌落时间是否小于第一预设时间阈值；若是，则判断所述电网电压是否小于所述第二预设倍数额定电压；若否，则判断所述电网电压是否小于所述第一预设倍数额定电压；若是，则储能逆变器采用PQ控制模式，输出无功功率。

在其中一个实施例中，所述第一预设时间阈值为1秒。

在其中一个实施例中，所述当所述跌落时间在预设时间阈值范围内且所述电网电压在预设电压阈值范围内时，通过储能逆变器向公共连接点处输出无功功率，包括：判断所述跌落时间是否大于第一预设时间阈值且所述跌落时间是否小于第二预设时间阈值；若所述跌落时间大于第一预设时间阈值且所述跌落时间小于第二预设时间阈值，则判断所述电网电压是否在满足并网电压；若是，则判断所述电网电压是否小于所述第一预设倍数额定电压；若是，则储能逆变器采用PQ控制模式，输出无功功率。

在其中一个实施例中，所述第一预设时间阈值为1秒，第二预设时间阈值为3秒。

在其中一个实施例中，第一预设倍数为0.9倍，第二预设倍数为0.2倍。

上述微电网逆变器的低电压穿越方法，通过获取公共连接点处的电网电压，实时检测大电网公共连接点处的电压变化，当大电网电压跌落且满足并网条件时，储能逆变器保持并网并向大电网提供一定的无功功率，相对于现有的方案，本方案使微电网具有一定的耐受电网电压异常的能力，并可以提供一定的无功功率为电网稳定性提供支撑，实现了在低电压穿越情况下的控制模式平滑切换方法，提高了微电网系统安全性能。

附图说明

图1为一实施例中微电网逆变器的低电压穿越方法的应用环境示意图；

图2为一实施例中微电网逆变器的低电压穿越方法中使用的下垂控制结构示意图；

图3为一实施例中微电网逆变器的低电压穿越方法中使用的PQ控制结构示意图；

图4为一实施例中微电网逆变器的低电压穿越方法的步骤示意图；

图5为一实施例中微电网逆变器的低电压穿越方法的流程示意图；

图6为一实施例中微电网逆变器的低电压穿越方法中下垂控制切换PQ控制流程示意图；

图7为一实施例中微电网逆变器的低电压穿越方法中PQ控制切换下垂控制流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

请参阅图1，其为一实施例中微电网逆变器的低电压穿越方法的应用环境示意图，该应用环境主要包括分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置、微电网中央控制器等装置。MGCC(Microgrid control center，微电网中央控制器)可实现对微电网系统的数据采集、监控、协调控制、负荷管理等功能。分布式电源主要包括光伏、风电的可再生能源。储能装置主要有储能蓄电池等。相关负荷主要包括可调节符合及不可调负荷。监控、保护装置主要包括线路阻抗及智能断路器。微电网的基本功能主要包含：系统数据采集功能、微网的协调控制功能、简洁方便的人机交互界面等。

储能逆变器的输入端连接到储能单元，输出端通过智能断路器连接到PCC(Point of Common Coupling，公共连接点)点。智能网关断路器可以测量母线上的电压电流和频率，这些参数传送到MGCC中，以进行系统的二次调频控制和能量管理。当大电网电压跌落且满足保持并网条件时，储能逆变器保持并网并向大电网提供一定的无功功率，支持大电网恢复；若不满足保持并网条件，则储能逆变器从大电网切出，微电网转为离网运行。

如图2和图3所示，其分别为微电网逆变器的低电压穿越方法中使用的下垂控制结构示意图和PQ控制结构示意图。PQ控制指的是逆变器输出的有功功率P和无功功率Q的大小可控，均可以根据设定值输出，即控制逆变器输出的有功功率P和无功功率Q。下垂(Droop)控制是指通过控制逆变器实现与传统电力系统的频率一次调整相类似的调节特性。目前针对逆变器主要采用的下垂控制方法与传统的同步发电机调节相似，采用有功—频率(P-f)和无功-电压(Q—V)的调节方式。当系统频率f下降时，逆变器输出的有功功率P增加；系统频率f上升时，逆变器输出的用功功率P减小。因此逆变器输出的有功功率P随着系统频率f变化而自动调节，以达到维持系统频率动态稳定的作用。

本实施例中，下垂控制采用有功频率-无功电压的控制方式，下垂环节的设计需要考虑到微电网不同运行模式对储能逆变器控制的不同要求，在微电网离网运行情况下，要求储能逆变器能对系统内的负荷进行按比例均分，共同支撑微电网交流母线的电压和频率，在微电网并网运行模式下，要求逆变器能够实现有功无功功率的无差控制。

请参阅图4，其为一实施例中微电网逆变器的低电压穿越方法的步骤示意图，为进一步理解本实施例的微电网逆变器的低电压穿越方法，结合图5，其为一实施例中微电网逆变器的低电压穿越方法的流程示意图。例如，一种微电网逆变器的低电压穿越方法40包括：

步骤S401：获取公共连接点处的电网电压。

具体的，储能逆变器的输入端连接到储能单元，输出端通过智能断路器连接到公共连接点处，获取公共连接点处的电网电压。智能网关断路器可以测量母线上的电压电流和频率，这些参数传送到MGCC中，以进行系统的二次调频控制和能量管理。当大电网电压跌落且满足保持并网条件时，储能逆变器保持并网并向大电网提供一定的无功功率，支持大电网恢复；若不满足保持并网条件，则储能逆变器从大电网切出，微电网转为离网运行。

步骤S402：当所述电网电压小于第一预设倍数额定电压且大于第二预设倍数额定电压时，将储能逆变器由下垂控制切换到PQ控制。

具体的，例如，第一预设倍数为0.8～1.0倍，第二预设倍数为0.0.15～0.25倍。例如，第一预设倍数为0.9倍，第二预设倍数为0.2倍。智能网关断路器检测PCC处电网电压，当电网电压低于0.9倍额定电压且大于0.2倍额定电压时，启动储能逆变器低电压穿越控制算法切换，由下垂控制切换到PQ控制。若电网电压低于0.2倍额定电压，则微电网从电网中切出，微电网离网运行时采用下垂控制策略。MGCC根据微电网内储能、负荷和发电的情况，对分布式电源发电控制、储能单元放电控制、负荷控制，实现微电网优化运行。

为实现控制模式的平滑切换，在微电网系统中使用两个寄存器，分别存储PQ控制模式和下垂控制模式时采集的信息，结合图4和图6，一实施例中，所述将储能逆变器由下垂控制切换到PQ控制，包括：

步骤1)：获取并网运行状态使用下垂控制时储能逆变器的第一输出电压及第一输出电流。

步骤2)：将所述第一输出电压及所述第一输出电流送入第一寄存器。

具体的，并网运行使用下垂控制时，系统采集的储能逆变器输出电压、电流值送入第一寄存器。MGCC下发控制模式切换指令时刻存储的值作为PQ控制的初始值。

步骤3)：当接收到第一切换指令时，将该时刻送入所述第一寄存器存储的第一输出电压及第一输出电流作为PQ控制的初始值。

例如，所述第一切换指令为由微电网中央控制器下发的下垂控制模式切换到PQ控制模式命令。

具体的，根据智能网关断路器检测到的电网电压情况，MGCC经过判断需要符合低电压穿越要求，下发下垂控制模式切换到PQ控制模式命令。

步骤4)：根据所述PQ控制的初始值，执行PQ控制。

具体的，根据智能网关断路器检测到的电网电压跌落情况，MGCC下发PQ控制的P、Q参考值，以实现低电压穿越，并向电网提供无功支撑。

步骤S403：计算所述电网电压开始跌落至小于第一预设倍数额定电压时的所述电网电压的跌落时间。

具体的，智能网关断路器检测PCC处电网电压，当PCC处的电网电压由原来稳定的状态变得不稳定且电网电压低于0.9倍额定电压时，认为电网电压开始跌落，此时从电网电压开始跌落至小于第一预设倍数额定电压时开始计时，从而计算得到所述电网电压的跌落时间。

步骤S404：当所述跌落时间在预设时间阈值范围内且所述电网电压在预设电压阈值范围内时，通过储能逆变器向公共连接点处输出无功功率。

具体的，一实施例中，所述当所述跌落时间在预设时间阈值范围内且所述电网电压在预设电压阈值范围内时，通过储能逆变器向公共连接点处输出无功功率，包括：判断所述跌落时间是否小于第一预设时间阈值；若是，则判断所述电网电压是否小于所述第二预设倍数额定电压；若否，则判断所述电网电压是否小于所述第一预设倍数额定电压；若是，则储能逆变器采用PQ控制模式，输出无功功率。例如，所述第一预设时间阈值为1秒。

例如，电网电压开始跌落1秒内，智能网关断路器检测PCC处电网电压，若电网电压低于0.9倍额定电压且大于0.2倍额定电压，储能逆变器采用PQ控制模式，输出无功功率；若电网电压高于0.9倍额定电压且稳定，储能逆变器从PQ控制切回下垂控制，低电压穿越结束；电网电压低于0.2倍额定电压，则微电网从电网中切出，储能逆变器从PQ控制切回下垂控制。

一实施例中，所述当所述跌落时间在预设时间阈值范围内且所述电网电压在预设电压阈值范围内时，通过储能逆变器向公共连接点处输出无功功率，包括：判断所述跌落时间是否大于第一预设时间阈值且所述跌落时间是否小于第二预设时间阈值；若所述跌落时间大于第一预设时间阈值且所述跌落时间小于第二预设时间阈值，则判断所述电网电压是否在满足并网电压；若是，则判断所述电网电压是否小于所述第一预设倍数额定电压；若是，则储能逆变器采用PQ控制模式，输出无功功率。例如，所述第一预设时间阈值为1秒，第二预设时间阈值为3秒。

例如，电网电压开始跌落1～3秒内，智能网关断路器检测PCC处电网电压，电网电压未恢复到额定电压的0.9倍以上，MGCC判断电网电压是否在维持并网轮廓线以上，若在维持并网轮廓线以上，则储能逆变器采用PQ控制模式，输出无功功率，反之微电网从电网中切出，储能逆变器从PQ控制切回下垂控制。若电网电压高于0.9倍额定电压且稳定，储能逆变器从PQ控制切回下垂控制，低电压穿越结束。

例如，电网电压开始跌落持续3秒，智能网关断路器检测PCC处电网电压，电网电压仍未恢复到额定电压的0.9倍以上，判断此时电网故障无法快速恢复，微电网从电网中切出，储能逆变器从PQ控制切回下垂控制。若电网电压恢复到0.9倍额定电压以上，储能逆变器从PQ控制切回下垂控制，低电压穿越结束。

步骤S405：在输出无功功率后，当所述电网电压大于第一预设倍数额定电压时，将储能逆变器由PQ控制切换到下垂控制。

具体的，当电网电压突然跌落，在1秒时间内，电压不低于额定电压的20％，且在3秒内恢复到额定电压的90％，储能逆变器应保持并网，并向电网提供一定无功支撑；若电网跌落电压在并网电压轮廓线以下，储能逆变器可以从电网切出。所述并网电压轮廓线以下是指满足并网电压，即微电网与大电网并网时的电压。

为实现控制模式的平滑切换，在微电网系统中使用两个寄存器，分别存储PQ控制模式和下垂控制模式时采集的信息，结合图4和图7，一实施例中，所述将储能逆变器由PQ控制切换到下垂控制，包括：

步骤a)：获取在PQ控制时储能逆变器的第二输出电压及第二输出电流。

步骤b)：将所述第二输出电压及所述第二输出电流送入第二寄存器。

步骤c)：根据所述第二输出电压及所述第二输出电流，由下垂控制算法计算得到逆变器的输出功率及下垂系数。

具体的，低电压穿越过程中，系统采集的储能逆变器输出电压、电流值送入第二寄存器，通过计算可得逆变器输出功率对应的ω₀、E₀以及有功无功下垂系数m、n也送入第二寄存器。MGCC下发控制模式切换指令时刻存储的值作为下垂控制的初始值。

步骤d)：将所述逆变器的输出功率及所述下垂系数送入第二寄存器。

步骤e)：当接收到第二切换指令时，将送入所述逆变器的输出功率及所述下垂系数作为下垂控制的初始值。

例如，所述第二切换指令为由微电网中央控制器下发的PQ控制模式切换到下垂控制模式命令。

步骤f)：根据所述下垂控制的初始值，执行下垂控制。

具体的，根据电网运行情况，MGCC下发下垂控制的P、Q参考值。

本发明的技术方案的优点在于：

实现了微电网低电压穿越并提供无功支撑的储能逆变器控制方法，储能逆变器的输入端连接到储能单元，输出端通过开关连接到大电网公共连接点。储能逆变器实时检测大电网公共连接点电压变化：当大电网电压跌落且满足并网条件时，储能逆变器保持并网并向大电网提供一定的无功功率；若不满足并网条件，则储能逆变器从大电网切出，微电网转为离网运行。通过上述微电网储能逆变器控制方法，在并网和离网运行模式下均采用下垂控制。为实现低电压穿越并向电网提供无功支撑，提出一种下垂控制与PQ控制平滑切换的方法。相对于现有的方案，本方案使微电网具有一定的耐受电网电压异常的能力，并可以提供一定的无功功率为电网稳定性提供支撑；对于在并网和离网运行模式下储能逆变器统一采用下垂控制的微电网系统，提供一种低电压穿越情况下的控制模式平滑切换方法。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。