一种微电网电压相角下垂控制方法与流程

本发明涉及一种微电网控制方法，尤其涉及一种微电网电压相角下垂控制方法。

背景技术：

微电网将微电源、负荷和电力电子装置等整合成一个独立可控的小型发电系统，在充分发挥分布式发电(DG)优势的同时又能克服其给配电网带来的不利影响，利于新能源和可再生能源发电的大规模应用，成为近年来的研究热点。微电源主要包括光伏电池、燃料电池、微型燃气轮机和风力发电机等分布式电源，以及蓄电池、超级电容器和飞轮等储能装置。微电网既可以并网运行，也可以孤岛运行，还可以在2种运行模式之间进行无缝转换。

微电源通过直流变换器或整流器产生直流电后，再通过逆变器产生交流电，从而形成一个接入微电网的DG单元。对于其中的逆变器一般采用PQ控制或电压源逆变器(VSI)控制，这2种控制方法只需逆变器的当地信息即可实现。采用PQ控制的逆变器可以等效成电流源，其输出功率由功率设定值决定，不受微电网内部功率变化的影响，适用于所有的分布式电源。采用VSI控制的逆变器可以等效成电压源，其输出功率随微电网内部功率的变化而改变，起到调节功率的作用，适用于配备有储能装置的分布式电源。微电网并网运行时，可由配电网为其提供电压和频率支撑；孤岛运行时，由于微电网已经与配电网解列，必需有一定数量的采用VSI控制的DG单元为其提供电压和频率支撑，以保证微电网的正常运行。

技术实现要素：

为了克服微电网同步运行和孤岛运行无缝转换的难题，本发明提出一种微电网电压-相角下垂控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

微电网电压-相角下垂控制方法，包括分布式发电系统、PQ控制器、VSI控制器、同步控制器四部分。

所述分布式发电系统包括逆变器、LC滤波器、控制方法、配电网四部分组成。

所述PQ控制器主要由功率计算、锁相环、电流环控制和坐标变换四部分组成。

所述VSI控制器由功率计算、功率控制、电压电流双环控制和坐标变换四部分组成。

所述同步控制器能够利用PQ控制器和VSI控制器，实现微电网和配电网的电压同步。

本发明的有益效果是：本发明采用VSI控制和PQ控制的DG单元在微电网孤岛运行时使用电压—相角下垂控制产生参考电压。因此，可以跟踪负荷功率的变化，实现微电网内部功率平衡。其在微电网并网运行之后转为采用PQ控制，可以不受负荷功率变化的影响而按照功率设定值输出功率，此时由微电网和配电网共同为负荷提供功率。利用设计好的同步控制器可以实现微电网运行模式的无缝转换。

附图说明

图1 微电网结构。

图2 DG单元结构。

图3 PQ控制器结构。

图4 电流环控制器结构。

图5 VSI控制器结构。

图6 同步控制器结构。

具体实施方案

图1中，该微电网将3个分散的DG单元和1个负荷通过线路和开关并联于母线1，在公共连接点(PCC)通过开关K5和升压变压器连接到10kV配电网。

图2中，U_dc为直流侧电压；u_i和u_o分别为逆变桥电压和DG单元输出电压；i_L，i_C和i_o分别为电感电流、电容电流和DG单元输出电流。可以看出，直流侧电压由分布式电源和储能装置经过电力电子变换器后提供，通过使用电压空间矢量脉宽调制的逆变器输出三相交流电，由微电网运行模式决定逆变器采用PQ控制或VSI控制。

图3中，Po和Qo分别为DG单元的输出有功功率和无功功率，和为相应的功率参考值；u_odq，i_Ldq和i_odq分别为u_o，i_L和i_o的dq轴分量；和分别为控制器产生的逆变桥调制电压信号的dq轴分量和αβ轴分量；ω为角频率；θ为坐标变换角。

图4中，u_od和u_oq分别为u_o的d轴和q轴分量；i_Ld和i_Lq分别为i_L的d轴和q轴分量；和分别为电感电流参考值的d轴和q轴分量；和分别为逆变桥调制电压信号的d轴和q轴分量。通过对和进行解耦得到电感电流参考值，其与电感电流实际值的差值经过前馈解耦和电流环比例—积分控制器之后，产生调制信号。

图5中，为DG单元输出电压参考值的dq轴分量。VSI控制器主要由功率计算、功率控制、电压电流双环控制和坐标变换等部分组成，其中ω，θ和参考电压都由功率控制器产生。

功率控制器产生的输出电压参考值与输出电压实际值的差值经过前馈解耦和电压环比例—积分控制器之后，得到电感电流参考值作为电压外环；电感电流参考值与实际值的差值经过前馈解耦和电流环比例—积分控制器之后，产生调制信号作为电流内环。

图6中，微电网由孤岛运行转入并网运行之前要先经过同步运行过程，使得微电网和配电网的电压实现同步，即电压幅值、相角和频率能够达到一致，这需要使用同步控制器。开关K5可以闭合，微电网由孤岛运行转入并网运行，同时同步控制器退出工作。