一种微电网主从控制模式下主电源逆变器的控制方法
【专利摘要】本发明提供了一种微电网主从控制模式下主电源逆变器的控制方法，由主电源、若干个从电源、DC/AC逆变器、主电源控制器、从电源控制器、电压电流采样、静态开关、交流母线和负荷构成；主电源和从电源通过三相逆变器接入微电网交流母线，并通过静态开关实现并网和独立运行；DC/AC逆变器是系统的核心，微电网并网运行时，工作于功率控制方式，微电网所带负荷可有分布式电源和电网同时供电，当分布式发电功率大于负荷需求功率时，可向电网输送功率；本系统设计了三相逆变器及控制电路，给出了恒功率控制和恒压控制策略，实现了主电源逆变器在恒功率模式和恒压频比模式下的控制，并给出了平滑切换控制策略。
【专利说明】一种微电网主从控制模式下主电源逆变器的控制方法
[0001] 本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及微电网系统控制，主要应用于主从式微 电网结构中主电源逆变器控制。
【背景技术】
[0002] 微电网运行于主从控制模式下，系统有一个主电源和若干个从电源。当微电网处 于联网运行时，有外部电网为所有分布式电源提供电网电压和频率参考，所有并网逆变器 可采用恒功率控制模式；当微电网系统独立运行时，则需要有一个主电源采用恒压频比控 制模式，维持负荷侧电压幅值和频率恒定，在逆变器工频运行时，需要维持电压恒定。由于 主电源需要两种工作模式，必然要求主电源控制应该具有两种模式间的快速切换能力，才 能保证主从控制模式下系统正常运行。有鉴于此，本专利提出一种微电网主从控制模式下 主电源逆变器的控制方法，实现主电源逆变器在恒功率模式和恒压频比模式下的控制。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种新型的微电网主从控制模式下主电源逆变器的控制 方法。
[0004] 为实现上述目的，本发明所采用了下述的技术方案：一种微电网主从控制模式下 主电源逆变器的控制方法，由主电源、若干个从电源、DC/AC逆变器、主电源控制器、从电源 控制器、电压电流采样、静态开关、交流母线和负荷构成；
[0005] 主电源和从电源通过三相逆变器接入微电网交流母线，并通过静态开关实现并网 和独立运行;DC/AC逆变器是系统的核心，直接实现电源和交流母线之间的功率吞吐，控制 器用以实现其控制质量；
[0006] 微电网并网运行时，工作于功率控制方式，微电网所带负荷可有分布式电源和电 网同时供电，当分布式发电功率大于负荷需求功率时，可向电网输送功率；当微网独立运行 时，主电源采用恒压频比控制模式，微网负荷仅由分布式电源独立供电；
[0007] 检测网侧电压、电流，通过abc/dq变换后，得到信号11(1、1(1、11 (1山，其中1(^、1(^为 给定目标电流信号，可以直接根据系统功率需求直接得到，从而省去了功率控制环，电流控 制环通过电流解耦控制实现，PWM输出可以控制六个开关管通断，实现逆变器控制，电流环 控制方程可描述为：
[0008]
[0009]微电网主从控制模式下主电源逆变器的控制方法采用电压电流双闭环控制结构； 外环为电压控制环，实现电压幅值调整，电压频率可通过控制系统参考正弦信号生产，通过 d轴定向得到；内环为电流环，以电压环输出作为电流参考信号，电压环和电流环均采用PI 调节器。
[0010] 优选方案，DC/AC逆变器为电压型逆变电路，直流侧以大电容作为电压支撑;V1-V6 为IGBT开关元件，开关元件反并联续流二极管。
[0011] 优选方案，电压环PI调节器的控制方程和电流环PI调节器的控制方程，分别为：
[0012] 优选方案，主电源控制模式在切换为恒功率控制后，其功率参考初值应设定为切 换前逆变器输出功率，然后逐渐增加至期望功率参考。
[0013] 优选方案，微电网运行模式切换时，主电源逆变器应具有在两种模式之间快速切 换的能力，外环控制根据系统控制模式不同，可以运行在恒功率和恒压控制模式下，恒功率 模式下时，可以直接得到电流参考信号，在恒压控制模式下时，外环采用电压环；内环采用 电流环，在两种模式下，内环保持不变，从而实现系统平滑快速切换。
[0014] 相对于现有技术的有益效果是，采用上述方案，本系统给出了恒功率控制和恒压 控制策略，实现了主电源逆变器在恒功率模式和恒压频比模式下的控制，并给出了平滑切 换控制策略，具有很好的市场应用价值。
【附图说明】
[0015] 图1为本发明的主从式微电网系统结构图；
[0016] 图2为本发明的主电源DC/AC逆变器控制图；
[0017]图3为本发明的恒功率控制模式下的结构图；
[0018] 图4为本发明的恒压频比控制模式下的结构图；
[0019] 图5为本发明的模式切换分层控制结构图。
【具体实施方式】
[0020] 为了使从事微电网控制相关技术人员能更好地理解本发明方案，下面参照附图对 本发明实施方式进行详细说明。
[0021] 参见图1，本系统提供了主从式微电网系统结构图，该系统主要由主电源、若干个 从电源、DC/AC逆变器、主电源控制器、从电源控制器、电压电流采样、静态开关、交流母线和 负荷等构成。主电源和从电源通过三相逆变器接入微电网交流母线，并通过静态开关实现 并网和独立运行。DC/AC逆变器是系统的核心，直接实现电源和交流母线之间的功率吞吐， 控制器用以实现其控制质量。
[0022] 参见图2,给出了主电源DC/AC逆变器控制结构图，系统主要有三相DC/AC逆变器， LCL滤波器、STS静态切换开关、信号检测、主电源控制器和电网接口组成。三相DC/AC逆变器 为电压型逆变电路，直流侧以大电容作为电压支撑。V1-V6为IGBT开关元件，开关元件反并 联续流二极管。
[0023]参见图3,给出了恒功率控制模式下的结构图。微电网联网运行时，主电源逆变器 工作于恒功率控制模式。微电网所带负荷可有分布式电源和电网同时供电，当分布式发电 功率大于负荷需求功率时，可向电网输送功率。系统采用基于电网电压定向和空间矢量调 制的电流解耦控制。检测网侧电压、电流，通过abc/dq变换后，得到信号Ud、id、u q、iqj* idrrf、iqrrf为给定目标电流信号，可以直接根据系统功率需求直接得到，从而省去了功率控 制环，电流控制环通过电流解耦控制实现，PWM输出可以控制六个开关管通断，实现逆变器 控制。电流环控制方程可描述为：
[0024]
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[0025] 参见图4,给出了恒压频比控制模式下的结构图。微网独立运行时，主电源逆变器 工作于恒压频比控制模式，微网负荷仅由分布式电源独立供电，系统采用电压电流双闭环 控制结构，外环为电压控制环，实现电压幅值调整，电压频率可通过控制系统参考正弦信号 生产，以此为参考矢量，通过d轴定向得到。内环为电流环，以电压环输出作为电流参考信 号，电压环和电流环均采用PI调节器。电压环PI调节器的控制方程描述为：
[0026]
[0027] 电流环PI调节器的控制方程描述为：
[0028]
[0029] 参见图5,给出了模式切换分层控制结构图。微电网运行模式切换时，主电源逆变 器应具有在两种模式之间快速切换的能力，外环控制根据系统控制模式不同，可以运行在 恒功率和恒压控制模式下，恒功率模式下时，可以直接得到电流参考信号，在恒压控制模式 下时，外环采用电压环。内环采用电流环，在两种模式下，内环保持不变，从而实现系统平滑 快速切换。
[0030] 以上内容是结合优选技术方案对本发明所做的详细说明，不能认定发明的具体实 施仅限于这些，对于在不脱离本发明思想前提下做出的简单推演及替换，都应当视为本发 明的保护范围。
【主权项】
1. 一种微电网主从控制模式下主电源逆变器的控制方法，其特征在于：由主电源、若干 个从电源、DC/AC逆变器、主电源控制器、从电源控制器、电压电流采样、静态开关、交流母线 和负荷构成； 主电源和从电源通过三相逆变器接入微电网交流母线，并通过静态开关实现并网和独 立运行;DC/AC逆变器是系统的核心，直接实现电源和交流母线之间的功率吞吐，控制器用 以实现其控制质量； 微电网并网运行时，工作于功率控制方式，微电网所带负荷可有分布式电源和电网同 时供电，当分布式发电功率大于负荷需求功率时，可向电网输送功率；当微网独立运行时， 主电源采用恒压频比控制模式，微网负荷仅由分布式电源独立供电； 检测网侧电压、电流，通过abc/dq变换后，得到信号Ud、id、Uq、iq，其中idref、iqref为给定 目标电流信号，可以直接根据系统功率需求直接得到，从而省去了功率控制环，电流控制环 通过电流解耦控制实现，PWM输出可以控制六个开关管通断，实现逆变器控制，电流环控制 方程可描述为：微电网主从控制模式下主电源逆变器的控制方法采用电压电流双闭环控制结构;外环 为电压控制环，实现电压幅值调整，电压频率可通过控制系统参考正弦信号生产，通过d轴 定向得到；内环为电流环，以电压环输出作为电流参考信号，电压环和电流环均采用PI调节 器。2. 根据权利要求1所述的微电网主从控制模式下主电源逆变器的控制方法，其特征在 于，DC/AC逆变器为电压型逆变电路，直流侧以大电容作为电压支撑;V1-V6为IGBT开关元 件，开关元件反并联续流二极管。3. 根据权利要求2所述的微电网主从控制模式下主电源逆变器的控制方法，其特征在 于，电压环P I调节器的控制方程和电流环P I调节器的控制方程，分别为：4. 根据权利要求3所述的微电网主从控制模式下主电源逆变器的控制方法，其特征在 于，主电源控制模式在切换为恒功率控制后，其功率参考初值应设定为切换前逆变器输出 功率，然后逐渐增加至期望功率参考。5. 根据权利要求4所述的微电网主从控制模式下主电源逆变器的控制方法，其特征在 于，微电网运行模式切换时，主电源逆变器应具有在两种模式之间快速切换的能力，外环控 制根据系统控制模式不同，可以运行在恒功率和恒压控制模式下，恒功率模式下时，可以直 接得到电流参考信号，在恒压控制模式下时，外环采用电压环；内环采用电流环，在两种模 式下，内环保持不变，从而实现系统平滑快速切换。
【文档编号】H02J3/38GK105932718SQ201610514825
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年7月1日
【发明人】张元敏, 王武
【申请人】许昌学院