本发明属于微电网技术领域，尤其涉及一种基于电感参数设计的无缝切换控制方法。
背景技术：
近年来，随着能源危机与环境问题的不断加重，世界各国纷纷将目光投向了环保、高效、可靠的分布式发电技术，而由小容量分布式电源形成的微电网受到了很多关注。微电网中的分布式电源包括微型燃气轮机、燃料电池、光伏电源、风力发电机、蓄电池和高速飞轮等，而微电网通常需要通过电力电子装置与常规电网并网运行。
微电网主要存在两种典型运行模式，分别是并网模式和孤岛模式。在电网正常运行时，微电网与电网相连，并向电网注入功率或吸收功率，称为并网模式；当电网发生故障时，引起电网断路器跳闸，原并网运行的微电网电源系统处在孤岛运行状态，形成微电网电源带当地负载独立工作的情况，称为孤岛模式。微电网工作于并网模式时，微电网所连电网为负载提供电压及频率支撑，变流器采用恒功率控制，向电网输送功率。而当微电网所连电网发生故障时，微电网需要工作于电压源模式，为负载提供电压及频率支撑。而由于微电网检测到非计划孤岛发生具有时间延时，此时可能发生微电网中变流器输出电压及频率无法满足负载工作需求。因此，需要设计控制方法来实现微电网非计划孤岛发生时pcc点电压及频率波动满足负载工作需求，以完成并网到孤岛切换过程中pcc点电压的平滑过渡，实现对微电网中负载的不间断供电。
如何在并网与孤岛之间切换时保证供电可靠性，而不受两种模式切换的影响，一些学者对其进行了研究。已有两种方法来实现并网转孤岛的无缝切换：已有技术[1]，见ieeetransactionsonpowerelectronics第29卷第7期出版的“indirectcurrentcontrolbasedseamlesstransferofthree-phaseinverterindistributedgeneration”，该方法使用间接电流控制方法，其中包含两个级联反馈环，负载和滤波电容并联，在孤岛发生时，电压环的参考值被限幅器固定，负载电压被电容电压环直接控制，保证了负载的供电质量。已有技术[2]，见ieeetransactionsonpowerelectronics第29卷第3期出版的“aunifiedcontrolstrategyforthree-phaseinverterindistributedgeneration”，该技术方法也可称为间接电流控制方法，在该方法中首先检测电网电压，将电网电压转变成变流器输出参考电流，通过改变输出电流的参考值来调节变流器输出的功率，进而实现并网到孤岛切换时负载电压的平滑过渡。
微电网工作于并网模式时，微电网所连电网为负载提供电压及频率支撑，变流器采用恒功率控制，向电网输送功率。而当微电网所连电网发生故障时，微电网需要工作于电压源模式，为负载提供电压及频率支撑。而由于微电网检测到非计划孤岛发生具有时间延时，此时可能发生微电网中变流器输出电压及频率无法满足负载工作需求。因此，需要设计控制方法来实现微电网非计划孤岛发生时pcc点电压及频率波动满足负载工作需求，以完成并网到孤岛切换过程中pcc点电压的平滑过渡，实现对微电网中负载的不间断供电。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明提出了一种基于电感参数设计的无缝切换控制方法，通过考虑电感基波压降以及电感纹波电流确定微电网变流器滤波电感值，使得在微电网发生非计划孤岛时pcc点电压波动不超过允许值，实现微电网变流器的并网与孤岛之间的无缝切换。
所述方法具体包括：通过引入电感基波压降比参量来分别表达并网条件下变流器输出电压的极值和孤岛条件下变流器输出电压的极值，并确定孤岛条件下pcc点电压极值，通过设定pcc点电压极值的波动限值来得到微电网变流器滤波电感表达式；再结合波纹电流系数参量在实际工程中的要求来确定微电网变流器滤波电感值的范围。
所述电感基波压降比参量定义为电感l上的基波压降大小与微电网系统额定相电压大小的百分比。
所述纹波系数参量定义为最大纹波电流峰峰值的一半与微电网系统额定电流的百分比。
所述微电网变流器滤波电感在pcc点电压极值的波动限值分别为90％和110％的条件下表达式为：
l为微电网变流器滤波电感，ug为微电网系统额定相电压，ω为微电网频率，pn为微电网额定容量。
所述微电网变流器滤波电感值在pcc点电压极值的波动限值分别为90％和110％的条件下以及波纹电流系数参量在实际工程中小于或等于25％的条件下的范围为：
l为微电网变流器滤波电感，ug为微电网系统额定相电压，ω为微电网频率，pn为微电网额定容量，fsw为开关频率，udc为直流侧输出电压。
本发明的有益效果在于：
本发明提出了一种基于电感参数设计的无缝切换控制方法，考虑电压波动限值和纹波电流大小，设计电感参数，使得微电网发生非计划孤岛时，pcc点电压波动在允许范围之内，保证切换过程中负载供电电压的质量，对负载进行不间断供电，实现微电网变流器的并网与孤岛之间的无缝切换；本方法只需设计合适的电感参数就可以实现微电网变流器的并网与孤岛之间无缝切换，简单易行，控制简便。
附图说明
图1为本发明的基于电感参数设计的无缝切换控制方法微电网主电路图；
图2为本发明的微电网并网时单相电路模型；
图3为本发明的微电网发生非计划孤岛时单相电路模型；
图4为本发明的微电网中变流器输出电压、电感电压和电源电压的矢量关系图；
图5为本发明的微电网中变流器交流侧滤波电感纹波电流图；
图6为本发明的基于电感参数设计的无缝切换控制方法a相pcc点电压仿真结果。
具体实施方式
下面结合附图，对实施例作详细说明。
图1为本发明的基于电感参数设计的无缝切换控制方法微电网主电路图。变流器为三相电压源型变流器，直流侧的电压恒定，6个igbt采用pwm控制，通过变流器输出交流电压。并网时，变流器输出的功率一部分供给负载，一部分流入电网；孤岛时，变流器输出的功率全部供给负载。lf为滤波电感，三相并网型变流器流出的电感电流为ila、ilb、ilc，负载电流为illa、illb、illc，电网电流为iga、igb、igc，pcc点为公共连接点。
图2为本发明的微电网并网时单相电路模型。其中，r为本地负载，ui为变流器输出电压，upcc为pcc点电压，ug为大电网电压，ul为电感两端电压，il为变流器输出电流，ill为负载电流，ig为电网电流。并网时有：
upcc＝ug(1)
ui＝ug+ul＝ul+upcc(2)
图3为本发明的微电网发生非计划孤岛时单相电路模型。此时，主电网发生故障，微电网工作于非计划孤岛状态，需要向负载输送功率，并为负载提供电压和频率支撑，此时变流器的输出电压，电感压降及pcc点电压的关系为：
u′i＝ul+u′pcc(3)
其中，u′i为孤岛下变流器输出电压，u′pcc为孤岛下pcc点电压。
图4为本发明的微电网中变流器输出电压、电感电压和电网电压的矢量关系图。引入电感基波压降比参量εl，定义为电感l上的基波压降大小与微电网系统额定相电压ug大小的百分比，即：
并网条件下，变流器输出电压的最大值和最小值分别是：
当主电网发生故障，微电网进入非计划孤岛状态时，微电网和主电网没有功率交换，此时微电网单独向负载供电并提供电压及频率支撑，则变流器输出电压有效值为：
u′i＝ul+u′pcc＝εlug+u＇pcc(6)
如果在并网和孤岛下不改变变流器的输出电压，孤岛下pcc点电压的最大与最小值为：
设定pcc点电压异常波动最大下限值为90％un，最大上限值为110％un，此设定满足国内外对pcc点电压异常波动限值的各种规定，根据此设定有：
可得：
εl≤0.05(9)
因此：
其中pn为微电网额定容量。
图5为本发明的微电网变流器交流侧滤波电感纹波电流图。定义纹波系数参量ηl为最大纹波电流峰峰值的一半与微电网系统额定电流in的百分比，即：
纹波电流大小与直流侧输出电压udc，滤波电感l及开关频率fsw有关，且当占空比为50％时纹波电流达到最大值，即：
实际工程中输出电流的纹波系数ηl应该小于或等于25％，为了满足纹波系数的要求，滤波电感的大小应该设置为：
结合式(10)及式(11)可知，电感l的范围是：
图6为本发明的基于电感参数设计的无缝切换控制方法a相pcc点电压仿真结果。其中主电路的参数都已经设定，切换时间为0.25s。从仿真结果可知，在l取值为1.13mh时，处于非计划孤岛时的pcc点电压为236v左右，在额定电压为220v的条件下，90％un<upcc＝107％un<110％un，完全满足微电网对于pcc点电压的波动范围要求。因此基于电感参数设计的无缝切换控制方法在非计划孤岛发生，从而导致电网断电时，并网转孤岛切换瞬间pcc点电压能够完成平滑过渡，保障良好的电能质量，实现无缝切换。
此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。