专利名称：一种分布式电源与电网的同步方法
技术领域：
本发明涉及一种电力系统调节方法，具体涉及一种分布式电源并入电网时解决电
压波动的方法。
背景技术：
随着光伏/风力发电等可再生能源的发展，分布式电源得到日益广泛的应用；分布式发电电源的作用是将太阳能、风能、化学能等转化为电能，不同的能源进行转换后得到的电能形式是不一样的；比如，光伏发电、燃料电池等系统通过能量转换后得到的电能为直流形式，而风力发电、微燃气轮机等系统得到的电能为交流形式。并网逆变器是分布式发电并网系统的重要组成部分，它的作用是将直流电转化为交流电，并使变换得到的交流电可以满足与电网电压同频、同幅、同相的并网要求，另夕卜，并网逆变器还应该具有很高的有效性和可靠性，以保证并网系统、本地负荷和电网的安全，并网时，并网逆变器通常将这些分布式电源的输出转换为适用于逆变器并网的直流形式，通过调整直流侧电压，使电压达到逆变器可以正常工作的范围，但是在目前并网逆变器的调整的范围不能和电网适应，常常对电网的造成过流故障和振荡。
发明内容
为解决现有技术中分布式电网并入电网时谐波过大，造成过流故障的问题，本发明提供一种无缝并网、能够抑制因毛剌而引起的频繁跳变和振荡的方法。具体步骤如下一种分布式电源与电网的同步方法，包括连接的分布式电源、并网逆变器、输出滤波器、隔离变压器和静态开关，分布式电源1由并网逆变器2逆变为交流，经输出滤波器3后，通过隔离变压器4由静态开关5馈入电网，其特征在于，并网逆变器与电网之间连接有检测模块，所述检测模块执行如下步骤 A、 (1)求出分布式电源的输出电压值和并网逆变器的输出电流值；
(2)求出电网的电压值； B、将分布式电源输出电压值与电网电压值进行计算，得到分布式电源与电网电压之间的电压比较值， (1)电压比较值在预设的误差范围内，则接通静态开关并入电网； (2)电压比较值在预设的误差范围之外，则断开静态开关转入C的同步调节步骤； C、将电压比较值与分布式电源的电流比较值进行调节转换后得到并网逆变器的
电压同步值，其中，电流比较值由并网逆变器的输出电流值与预设值进行比较后得到； D、利用C的电压同步值调节并网逆变器的输出与电网一致，然后接通静态开关并
入电网。 本发明的另一优选方式所述A中分布式电源的电压值是先通过Clarke变换再通过Park变换得到的。 本发明的另一优选方式所述A中电网的电压值是先通过Clarke变换再通过Park变换得到的。 本发明的另一优选方式所述C中并网逆变器输出电流值先经过Clarke变换再通 过Park变换，得到旋转坐标下的分布式电源输出电流值，将输出电流值与电流预设值进行 计算后，得到电流比较值。
本发明的另一优选方式所述电压同步值采用下述步骤得到 (1)将电流比较值和电压比较值分别经过PI调节器调节后，再进行计算得到反馈
信号， (2)反馈信号与分布式电源的输出电压值进行计算后作为电压给定值， (3)电压给定值先经过Park反变换，再经过Clarke反变换， (4)再经过脉宽调制器得到并网逆变器功率管的驱动信号。
本发明的另一优选方式其中所述相角9采用三相锁相环得到。
本发明提供的分布式电源与电网的同步方法，实现了分布式电源系统与电网的无
缝结合，对双方电压的频率、幅值及相位的快速准确检测，在并网条件满足时，准确的发出
并网信号，实现无缝快速的并网。本发明将三维坐标与二维坐标对应，求出相角e，根据旋
转坐标下比较dq轴值得到一差值，这个差值和预设值比较，如果满足并网条件则触发静态 开关的晶闸管，实现无缝并网。利用并网逆变器的交流电流作为并网反馈信号，并使并网逆
变器输出电流尽可能为o，避免了在并网前出现过流故障，从而保护了设备。电网相角e采
用三相锁相环实现，有较好的实时跟踪电网三相电压频率和相位的能力，动态和静态特性 良好。
图1分布式电源并入电网示意图 图2 二维坐标和三维坐标叠加形成的旋转坐标示意图 图3本发明流程示意图 图4本发明求相角e电路示意图
具体实施例方式
本发明主要包括电网电压的检测，并网逆变器2输出电压的检测，并网逆变器2输 出电流的检测，电网电压和并网逆变器输出电压的dq变换，并网逆变器输出电流的dq变 换，以及通过锁相环(Phase Locked Loop，PLL)得到的电网相角9 ，在没有并网时，通过检 测电网电压和并网逆变器输出电压的dq变换的偏差来确定是否满足并网条件，同时设置 电流环的dq参考值为0，以避免出现过流故障，实现分布式电源准确安全快速的并网。
本方法先求出分布式电源1和电网的输出电压值，如图1所示，分布式电源1与电 网的连接示意图，主要包括分布式电源1 、并网逆变器2、输出滤波器3、隔离变压器4、静态 开关5和检测模块6，分布式电源1输出电流由并网逆变器2逆变为交流后，经输出滤波器 3通过隔离变压器4由静态开关5馈入交流电网。 如图3所示，检测模块6主要包括分布式电源和电网的电压、电流采集和Clarke7、 Park8变换、在旋转坐标系下电网电压和并网逆变器电压的比较、模拟开关11、滞回比较器 10及并网信号、反Clarke、Park变换和P丽脉宽调制9。在并网过程中，先将并网逆变器2的输出三相电压和电网三相电压分别先经过Clarke7变换，再经过Park8变换，Clarke和 Park的变换坐标关系如图2所示，变换后得到旋转坐标下的分布式电源电压值Ud_m、 Uq_m 和电网电压值UcLg、Uq—g，其中Clarke和Park变换公式如下
Clarke变换公式 K =鲁(7。-1/2(^+。) &=!(V^/2d。) Park变换公式 Vd = Va*cos( 9 )+Ve*sin( 9 ) Vq = _Va*sin( 9 )+Ve*cos( 9 ) 将得出的分布式电源l电压值UcLm、Uqjn和电网电压值UcLg、Uq—g进行比较，得 到电压比较值AUd和AUq，该电压比较值分别经过滞回比较器lO和模拟开关ll中预设的 阈值进行比较，如果在预设的范围之内则输出"1"，否则输出"0"，将AUd禾P AUq的输出逻 辑值再进行相与，与门输出的逻辑值作为判断是否满足并网的条件。 本方法中将逻辑信号"l"设为满足并网条件，滞回比较器10向静态开关5发出相 应的闭合信号，同时关闭模拟开关ll，模拟开关是分布式电源1和电网电压误差信号的通 道，静态开关5闭合以后，将不需要这两个误差信号，也就是不需要进行同步调整，分布式 电源直接并入电网后。 将逻辑信号"O"设为不满足并网条件，滞回比较器10向静态开关5发出相应的断 开信号，同时导通模拟开关ll，此时需要调节并网逆变器1的输出电压及其相位，以和电网 一致，从而达到并网条件。检测模块6将并网逆变器1的输出电流经过Clarke和Park变 换，得到旋转坐标下的分布式电源输出电流值IcLm和Iqjii，设分布式电源并网运行前电流 参考值Idref = 0， Iqref = 0，以调节并网逆变器输出电流为0，可以避免并网前出现过流 故障而损坏设备，然后将电流值IcLm和Iqjii与电流参考值Idref、Iqref进行比较，得到电 流比较值AId和AIq。 电压比较值AUd经过PI调节器A12后与电流比较值Ald经过PI调节器C14后 得到反馈信号UcLfeedback，电压比较值AUq经过PI调节器B13后与电流比较值A Iq经 过PI调节器D15后得到反馈信号Uq_feedback，将反馈信号Ud_feedback和Uq_feedback 和分布式电源输出电压值Ud_m、 Uq_m比较后作为并网逆变器的电压给定值，电压给定值先 经过Park变换，再经过Clarke变换，然后由P丽脉宽调制9得到并网逆变器的电压同步值， 此时得到的电压同步值即为并网逆变器需要调整的具体电压数据。 在电网电压和并网逆变器输出电压和电流信号进行Park变换及反变换时均要用 到相角e ，现有技术中有各种各样的方法可以得到相角e ，但都存在一些缺陷，比如过零 比较锁相环，它通过检测过零点来计算相位。由于过零点在每半个周期只出现一次，两点间 不能获得相位信息，且过零点对谐波、不对称等干扰非常敏感，所以获得的检测结果，其动 静态特性差，误差大；另一种是在静态旋转坐标系下对U a _g和U13 _g进行反正切变换也可 得到相角e ，这种检测方法比过零点检测有所改进，但是当电网波动的时候需要设计较好 的滤波器；如图4所示，本发明中a轴和d轴的夹角e是三相锁相环来得到，它是根据旋
转坐标系求得的，锁相实现是通过设定d轴电压参考值Udref = 0来实现的，和实际Ud比较的输出值UcLerror通过PI调节器E得到电网的角频率"，再经过积分器即可得到电网相角e 。
权利要求
一种分布式电源与电网的同步方法，包括连接的分布式电源(1)、并网逆变器(2)、输出滤波器(3)、隔离变压器(4)和静态开关(5)，分布式电源(1)由并网逆变器(2)逆变为交流，经输出滤波器(3)后，通过隔离变压器(4)由静态开关(5)馈入电网，其特征在于，并网逆变器与电网之间连接有检测模块(6)，所述检测模块执行如下步骤A、(1)求出分布式电源的输出电压值和并网逆变器的输出电流值；(2)求出电网的电压值；B、将分布式电源输出电压值与电网电压值进行计算，得到分布式电源与电网电压之间的电压比较值，(1)电压比较值在预设的误差范围内，则接通静态开关并入电网；(2)电压比较值在预设的误差范围之外，则断开静态开关转入C的同步调节步骤；C、将电压比较值与分布式电源的电流比较值进行调节转换后得到并网逆变器的电压同步值，其中，电流比较值由并网逆变器的输出电流值与预设值进行比较后得到；D、利用C的电压同步值调节并网逆变器的输出与电网一致，然后接通静态开关并入电网。
2. 如权利要求1所述的同步方法，其特征在于，所述A中分布式电源的电压值是先通过 Clarke变换再通过Park变换得到的。
3. 如权利要求1所述的同步方法，其特征在于，所述A中电网的电压值是先通过 Clarke变换再通过Park变换得到的。
4. 如权利要求1所述的同步方法，其特征在于，所述C中并网逆变器输出电流值先经过 Clarke变换再通过Park变换，得到旋转坐标下的分布式电源输出电流值，将输出电流值与 电流预设值进行计算后，得到电流比较值。
5. 如权利要求4所述的同步方法，其特征在于，所述电压同步值采用下述步骤得到(1) 将电流比较值和电压比较值分别经过PI调节器调节后，再进行计算得到反馈信号，(2) 反馈信号与分布式电源的输出电压值进行计算后作为电压给定值，(3) 电压给定值先经过Park反变换，再经过Clarke反变换，(4) 再经过脉宽调制器得到并网逆变器功率管的驱动信号。
6. 如权利要求2或3所述的同步方法，其特征在于，其中所述相角e采用三相锁相 环得到。
全文摘要
本发明公开一种分布式电源与电网的同步方法，具体涉及一种分布式电源并入电网时解决电压波动的方法。本发明利用检测模块对比分布式电源与电网电压差，如果在误差范围内，则接通电网，如果在误差范围之外，则计算出需要调节的电压值的大小，调节并网逆变器的输出值，使分布式电源可以并入电网。本发明实现了分布式电源系统与电网的无缝结合，对双方电压的频率、幅值及相位的快速准确检测，在并网条件满足时，准确的发出并网信号，实现无缝快速的并网。利用并网逆变器的交流电流作为并网反馈信号，并使并网逆变器输出电流尽可能为0，避免了在并网前出现过流故障，从而保护了设备。
文档编号H02J3/40GK101719679SQ200910243410
公开日2010年6月2日 申请日期2009年12月21日 优先权日2009年12月21日
发明者侯朝勇, 惠东, 胡学浩 申请人:中国电力科学研究院