一种低压交直流混合配电系统用连接变流器的控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及连接变流器控制技术领域，具体涉及一种低压交直流混合配电系统用 连接变流器的控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着住宅供电源逐步朝多种类、可持续的方向发展，如光伏建筑一体化系统等。另 外，节能灯、个人电脑等常见家用电器内部通常使用直流电工作，为了降低电力消耗，空调 器、洗衣机等旋转类设备逐渐转向含直流环节的变频器驱动或直流无刷电机发展。综上可 知，分布式供电源和家庭用电负荷所表现出的直流特性日趋明显，未来配电网将会出现直 流与交流共享市场的格局。
[0003] 为了提高系统的可靠性和经济性，降低单纯的交流或直流侧在应用中因多重AC/ DC或DC/AC变换引起的功率损耗、谐波电流及控制难度，交直流混合配电系统得到了国内 外的重视与研究。在低压交直流混合配电系统中，连接变流器控制着直流侧母线和交流侧 母线间的能量流动，在交直流混合配电系统中担任着重要的支撑和协调角色，对整个系统 的稳定运行发挥着重要作用。
[0004]目前，低压交直流混合配电系统中连接变流器控制方法有：⑴集中能量控制方 法，需依靠可靠的通信系统，增加了系统成本；（2)分布式控制方法。存在问题是连接变流 器始终处于功率传输状态，增大了运行损耗；孤岛模式下仅考虑交流侧或直流侧的能量平 衡，不能保证系统的稳定运行和功率的协调分配。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明提供的一种低压交直流混合配电系统用连接变流器的控制方 法，该方法简单、可靠且有效，在详细分析混合配电系统的并网和孤岛运行模式基础上，针 对两种运行模式分别提出相应的连接变流器控制方法；避免了复杂的控制结构切换；且减 小了运行损耗，易于工程实现；进而有效保证了目前低压交直流混合配电系统的正常运行。
[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007] -种低压交直流混合配电系统用连接变流器的控制方法，所述低压交直流混合配 电系统中设有连接变流器、储能装置和能量管理单元，所述连接变流器两端分别连接低压 直流侧母线和低压交流侧母线；
[0008] 所述方法包括如下步骤：
[0009] 步骤1.判断所述低压交直流混合配电系统的目标运行模式；
[0010] 若所述目标运行模式为并网运行模式，则进入步骤2 ;
[0011] 若所述目标运行模式为孤岛运行模式，则进入步骤4 ;
[0012] 步骤2.确定所述连接变流器的并网控制目标；
[0013] 步骤3.根据所述并网控制目标，判断所述并网运行模式下的直流母线电压变化 值并控制所述连接变流器进行控制操作；进入步骤6 ;
[0014] 步骤4.确定所述连接变流器的孤岛控制目标；
[0015] 步骤5.根据所述孤岛控制目标，判断所述孤岛运行模式的所述低压交流侧与低 压直流侧的过负荷及轻负荷状态并控制所述连接变流器进行控制操作；
[0016] 步骤6.维持当前的控制状态，直到接收到更新所述目标运行模式的命令，返回步 骤1。
[0017] 优选的，所述步骤2包括：
[0018] 在所述并网运行模式下，根据所述低压交流侧的功率输出与送入路径、及与所述 低压直流侧的等效关系，确定所述连接变流器的并网控制目标为维持所述低压直流侧的能 量平衡。
[0019] 优选的，所述步骤3包括：
[0020] 3-1.根据所述并网控制目标，判断所述并网运行模式下的直流母线电压变化值 ΛU与直流电压变化的上限值Uh及下限值U1关系：
[0021] 若|ΛU|〈U1 ;则进入步骤3-2 ;
[0022] 若Ul〈 |ΛU|〈Uh;则进入步骤 3-3 ;
[0023] 若Uh〈 |ΛU|;则进入步骤3-4;
[0024] 3-2.得到所述连接换流器传输功率Ρ= 0;进入步骤6;
[0025] 3-3.得到所述连接换流器传输功率P〈S;其中，S为额定容量；
[0026] 则控制所述连接变流器维持所述低压直流侧的电压稳定，且所述低压直流侧等效 于功率可变的电源或负荷；进入步骤6;
[0027] 3-4.得到所述连接换流器传输功率P=S;则所述低压直流母线电压由其内部分 布式电源、储能和负荷协调稳定，且所述低压直流侧等效于功率固定的电源或负荷；进入步 骤6 〇
[0028] 优选的，所述步骤4包括：
[0029] 在所述孤岛运行模式下，确定所述连接变流器的孤岛控制目标为完成所述低压交 流侧与所述低压直流侧之间的过负荷分配。
[0030] 优选的，所述步骤5包括：
[0031] 根据所述孤岛控制目标，判断所述孤岛运行模式的所述低压交流侧与低压直流侧 的负荷状态，控制交流频率和直流电压跌落成正比，并设置参与运行的所述能量管理单元 与所述连接变流器的控制优先级相同；
[0032] 5-1.根据所述孤岛控制目标，判断所述孤岛运行模式下的所述低压交流侧与低压 直流侧的过负荷及轻负荷状态；
[0033] 若所述低压交流侧与低压直流侧均处于轻负荷或过负荷状态时，进入5-2 ;
[0034] 若所述低压交流侧与低压直流侧中存在一侧处于轻负荷状态而另一侧为过负荷 状态时，进入5-3;
[0035] 5-2.得到所述连接换流器传输功率P= 0;进入步骤6;
[0036] 5-3.控制交流频率和直流电压跌落成正比，并设置参与运行的所述能量管理单元 与所述连接变流器的控制优先级相同。
[0037] 优选的，所述5-3包括：
[0038] 控制交流频率跌落和直流电压跌落成正比，并对负荷缺额在整个混合配电系统中 进行分配，参与运行的所述能量管理单元与所述连接变流器的控制优先级相同；则有分配 原则为：
[0040] 其中，K为直流电压和交流频率允许的下限值之比；Vd。。为直流母线电压；ΔV&为 直流母线电压的变化量；f。为交流频率；Af为交流频率的变化量。
[0041] 优选的，所述并网运行模式下与孤岛运行模式下的所述连接换流器均采用双闭环 矢量控制，且所述并网运行模式与孤岛运行模式之间的切换方式为改变外环功率参考值。
[0042] 从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种低压交直流混合配电系统用连接 变流器的控制方法，通过判断低压交直流混合配电系统的目标运行模式；若目标运行模式 为并网运行模式，则根据并网控制目标，判断并网运行模式下的直流母线电压变化值并控 制连接变流器进行控制操作若目标运行模式为孤岛运行模式，根据孤岛控制目标，判断孤 岛运行模式的低压交流侧与低压直流侧的过负荷及轻负荷状态并控制连接变流器进行控 制操作。本发明提出的方法简单、可靠且有效，在详细分析混合配电系统的并网和孤岛运行 模式基础上，针对两种运行模式分别提出相应的连接变流器控制方法；避免了复杂的控制 结构切换；且减小了运行损耗，易于工程实现；进而有效保证了目前低压交直流混合配电 系统的正常运行。
[0043] 与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：
[0044] 1、本发明所提供的技术方案中，该方法在详细分析混合配电系统的并网和孤岛运 行模式基础上，针对两种运行模式分别提出相应的连接变流器控制方法。并网运行模式下 利用连接变流器控制直流侧电压，满足直流侧的能量需求，同时令连接变流器优先于储能 装置控制直流侧功率平衡，优化储能装置的使用；孤岛运行模式下综合考虑交、直流侧电网 下垂特性，保证交流频率和直流电压跌落成正比，并设置参与能量管理单元（分布式电源、 储能等）与连接变流器的控制优先级相同，使得过负荷在交、直流侧之间得到合理分配。
[0045] 2、本发明所提供的技术方案，连接变流器均采用双闭环矢量控制结构，因此两种 控制模式的切换只需改变外环参考值，避免了复杂的控制结构切换。且两种运行模式下，连 接变流器在一定条件下传输的有功功率均为〇,减小了运行损耗。此控制方法思路清晰，易 于工程实现。
[0046] 3、本发明所提供的技术方案，通过判断低压交直流混合配电系统的目标运行模 式；若目标运行模式为并网运行模式，则根据并网控制目标，判断并网运行模式下的直流母 线电压变化值并控制连接变流器进行控制操作若目标运行模式为孤岛运行模式，根据孤岛 控制目标，判断孤岛运行模式的低压交流侧与低压直流侧的过负荷及轻负荷状态并控制连 接变流器进行控制操作；本方法简单、可靠且有效；避免了复杂的控制结构切换；且减小了 运行损耗，易于工程实现；进而有效保证了目前低压交直流混合配电系统的正常运行。
[0047] 4、本发明提供的技术方案，应用广泛，具有显著的社会效益和经济效益。
【附图说明】
[0048] 图1是本发明的一种低压交直流混合配电系统用连接变流器的控制方法的流程 图；
[0049] 图2是连接变流器的拓扑结构图；
[0050] 图3是本发明的一种低压交直流混合配电系统用连接变流器的控制方法的具体 应用例中的并网模式控制特性图；
[0051] 图4是本发明的一种低压交直流混合配电系统用连接变流器的控制方法的具体 应用例中的连接变流器的双闭环结构的矢量控制框图；
[0052] 图