一种改进相位控制的微网并网/孤岛平滑切换方法与流程

本发明涉及一种微网并网/孤岛平滑切换方法，尤其涉及一种改进相位控制的微网并网/孤岛平滑切换方法。

背景技术：

随着分布式发电系统的发展及其越来越高的渗透率，微网技术引起社会各界越来越广泛的关注与研究。微网最显著的特点是具备并网与孤岛2种运行模式：通常情况下，微网工作在并网模式，分布式电源(distribution generator，DG)主要起辅助作用，着眼于提高经济性及电能质量；当上级电网发生异常失去供电能力时，微网可以脱离其并独立运行，确保孤岛时负载不间断供电。但微网在大大提高配电系统的可靠性的同时，也要求设计一套行之有效的模式控制方案，使其中的DG可在不同的运行模式下平稳、可靠地运行。

常用的控制策略有对等控制与主从控制。其中，对等控制也称为下垂控制，系统中的DG根据下垂系数调节输出电压的频率与幅值偏差，达到有功无功功率均衡分配的目的。主从控制方式的微网需配置一台容量较大、响应速度快的DG 或储能设备作为主控单元，并网运行时，主控单元工作在PQ(有功无功)模式，输出恒定的功率；孤岛运行时，主控单元工作在V/f(电压/频率)模式，为其他机组提供电压与频率支撑。因此，选择合适的主控单元类型，实现微网并网/孤岛模式的平滑切换是微网研究需要解决的关键问题。

技术实现要素：

为了克服的微网并网/孤岛模式平滑切换过程中存在的难题，本发明提出一种改进相位控制的微网并网/孤岛平滑切换方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

改进相位控制的微网并网/孤岛平滑切换方法包括主控单元、幅值控制、相位控制、功率控制和变流控制五个部分。

所述主控单元由原动机、变流器和变流控制器构成。

所述幅值控制是当主网发出并网信号时，参考值将实时跟踪主网电压幅值，配合相位控制以使得并网开关两端的电压保持同步，继而执行并网操作。

所述相位控制通过为主控单元的abc-dq变换器提供相角参考值，使得微网在孤岛模式下具备稳定的频率，并在并网模式下满足与主网电压同相位。

所述功率控制作用于微网的并网模式，为变流控制器提供有功、无功功率参考。

所述变流控制建立在旋转的坐标系上，采用双环反馈的控制结构，包含电流内环、电压外环与功率外环3个部分。

本发明的有益效果是：针对主从式微网的控制特点，设计了一套综合功率控制、幅值控制以及相位控制的微网模式控制系统，实现了微网并网/孤岛运行模式的平滑切换。通过一种改进相位控制的微网并网/孤岛平滑切换方法，确保了主控单元在并网和离网模式切换时相位、频率的绝对连续，避免了传统方法由于频率和相位跳变导致的暂态过程，且其结构简单仅包含一个积分环节。

附图说明

图1 主从控制结构。

图2 微网模式控制结构。

图3 变流器控制结构。

图4 改进相位控制结构。

具体实施方案

如图1所示，主控单元不直接参与微网运行模式转换的相关操作，仅单纯地根据参考值来进行能量管理。模式控制系统根据主网的运行状态及接收到的指令给出参考值与各种控制信号，确保微网在各种模式下都能稳定运行。

如图2所示，模式控制系统根据模式转换信号与设定信号，并采样公共耦合点主网侧的电压和电流，计算出主网功率，以确定主控单元的参考给定、变流器的控制方式以及并网开关的开合。设定信号由主网直接给出，。

功率控制模块作用于微网的并网模式，为变流控制器提供有功、无功功率参考。正常情况下复位信号使能，PI环节输出恒为0，因此主控单元的输出功率被给定为A和B。当接收到主动离网信号之后，复位信号被禁用，PI 调节器以主网交换功率PG=0、QG=0为目标，逐步将主网承担的负载转给主控单元，直到主网与微网之间的功率小于允许断网功率阈值时，断开并网开关，实现“零电流”关断,微网进入孤岛运行模式。

当主网发出并网信号时，参考值将实时跟踪主网电压幅值，配合相位控制以使得并网开关两端的电压保持同步，继而执行并网操作。

如图3所示，电流内环用于生成正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation，SPWM)的三相调制信号，并根据控制方式切换信号以选择不同的外环输出作为其参考给定。外环控制用于调节主控单元输出的电气参量。外环控制的参考值由微网模式控制系统给出。

如图4所示，相位控制的新方法，可在约束的频率范围内实现恒频输出模式与主网同步模式之间的平滑切换，在并网与离网模式的切换过程中不发生相位、频率的跳变，并且结构简单不需要额外的锁相环节。

参考相角与主网电压相角相等，满足并网条件。因此，可构造一个闭环反馈的积分环节，通过不断缩小绝对值来获取同步的参考相角，本发明提出的相位控制方法除了计算、比较环节之外，仅包含1个增益为Ki带斜坡限值的积分器和1个开关元件。正常工作时，开关S1在并网模式下选通位置1，在孤岛模式下选通位置0。