一种微网预同步并网控制系统的制作方法

本实用新型涉及微电网或分布式发电系统领域，尤其是一种微网预同步并网控制系统。

(二)

背景技术：
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分布式发电技术在近年来得到了飞速的发展，因为其污染小、能源利用率高、应用灵活等特点，越来越受到人们的关注。分布式发电通过微网形式接入主电网，将各种分布式电源、储能单元、用电负荷、管理控制系统等组合在一起，既可以独立工作又可以作为主电网的电能支撑，在今后的智能电网系统中将起到越来越重要的作用。然而，也正是因为分布式发电的思想在电力系统中的地位逐步根深蒂固，使得分布式发电对系统产生的影响变得更加不容忽视。

并网和孤岛两种状态的运行能力是微网得以发挥其优势的关键，双模式下的稳定运行，尤其是两种模式之间的平滑切换则成为是否能保证微网在并网和孤岛两种模式间平稳过渡的首要技术之一。如果不能实现平滑切换，有可能对微网和主电网的供电质量都造成严重影响。

关于工作模式的切换过程中的控制策略，单纯使用某一种控制策略很难实现良好的效果。因此，必须将一些新型的控制策略或者控制技术应用的实际过程当中。目前，关于这部分工作过程的研究已经取得了很多的成果，但是大多数的工作还处于实验研究阶段，尤其对于并网前的相位同步问题并没有很好的解决。

(三)

技术实现要素：
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本实用新型的目的在于设计一种微网预同步并网控制系统，它可以克服现有技术的不足，是结构简单、容易实现、可操作性强的预同步控制系统。

本实用新型的技术方案：一种微网预同步并网控制系统，包括主电网，其特征在于它包括频率调节模块、SPLL(Software Phase-Locked Loop——软件锁相环)锁相环模块、电压调节模块、相位生成模块、相位调节模块及PWM(Pulse Width Modulation——脉宽调制)信号发生器模块；其中，所述频率调节模块的输入端与主电网连接，采集微网并网点处的有功功率及控制系统的有功功率的参考值信号，其输出端与相位生成模块的输入端连接；所述电压调节模块的输入端与主电网连接，采集微网并网点处的无功功率及控制系统的无功功率的参考值信号，其输出端与PWM信号发生器模块的输入端连接；所述SPLL锁相环模块的输入端与主电网连接，采集主电网的电压信号、频率信号和相位信号，其输出端分别连接相位生成模块、相位调节模块及PWM信号发生器模块的输入端；所述相位生成模块的输出端分别连接相位调节模块及PWM信号发生器模块的输入端；所述相位调节模块的输出端连接PWM信号发生器模块的输入端；所述PWM信号发生器模块的输出端输出PWM信号控制并网处电力电子开关的通断。

所述频率调节模块是由比例放大器I、积分调节器I、控制开关K1和2个累加器构成；所述一个累加器将频率调节模块的输入信号，即有功功率及控制系统的有功功率的参考值信号，进行叠加；所述比例放大器的输入端接收叠加信号，其输出端输出放大信号给另一个累加器的一个输入端；所述积分调节器的输入端通过控制开关K1接收有功功率及控制系统的有功功率的参考值信号的叠加信号，其输出端连接另一个累加器的第二个输入端；所述第二个累加器的输出端与相位生成模块及PWM信号发生器模块的输入端连接。

所述电压调节模块是由比例放大器II、积分调节器II、控制开关K2和2个累加器构成；所述一个累加器将频率调节模块的输入信号，即无功功率及控制系统的无功功率的参考值信号，进行叠加；所述比例放大器II的输入端接收叠加信号，其输出端输出放大信号给另一个累加器的一个输入端；所述积分调节器II的输入端通过控制开关K2接收无功功率及控制系统的无功功率的参考值信号的叠加信号，其输出端连接另一个累加器的第二个输入端；所述第二个累加器的输出端与相位生成模块及PWM信号发生器模块的输入端连接。

所述相位调节模块是由线性逐渐逼近相位单元、相位限幅单元、控制开关K3及2个累加器构成；所述一个累加器的两个输入端分别通过控制开关采集相位生成模块的相位输出信号和SPLL锁相环模块采集到的主电网相位信号，其输出端与线性逐渐逼近相位单元的输入端连接；所述第二个累加器的两个输入端分别接收相位生成模块的相位输出信号和线性逐渐逼近相位单元的输出信号，其输出端与相位限幅单元的输入端连接；所述相位限幅单元的输出端连接PWM信号发生器模块的输入端。

所述线性逐渐逼近相位单元是阶跃信号发生器。

本实用新型的预同步控制方法：

(1)在并网运行阶段，微网工作于下垂控制模式。在这个阶段利用SPLL锁相环模块随时采集主电网的频率、相位以及主电网电压幅值信号，并由微网预同步并网控制系统判断当前工作状态，如果此时工作状态符合并网稳定工作的要求，则保存当前的电压、频率、相位；

(2)当发生“并网——孤岛”的模式切换时，微网不再采集主电网的电压、频率、相位，而是将之前保存的数值作为微网在孤岛运行模式时的参考值；同时改变下垂控制策略，在P-f和Q-V控制的基础上，各增加一个积分环节，用来减小微网内的频率和电压与参考值之间的偏差，实现微网供电质量在一个小范围内波动；

(3)K1、K2为控制开关，当发生“并网——孤岛”的模式切换时，由模式切换的控制信号控制K1和K2闭合，将积分环节接入控制系统，使得原有的比例控制方式改变为比例-积分控制方式，即：

式中，f和U分别为下垂控制中的频率和电压，P和Q为系统输出有功和无功，f₀、U₀、P₀、Q₀为对应的各个控制参考值，m、n分别是下垂系数，m＝K_pf，n＝K_pu，利用积分控制对系统静差的消除作用，将微网的频率和幅值尽可能的保持在与并网状态时一样，或者在一个小幅波动的范围内，提高微网系统供电质量的稳定性；

(4)由频率调节模块和电压调节模块经过步骤(1)-(3)，得到调解后的频率信号和电压幅值信号，将这两个信号分别与由SPLL锁相环模块采集到的主电网频率信号和电压幅值信号进行叠加，分别生成相位生成模块所需要的频率信号f₁以及PWM信号发生器模块所需的电压幅值信号U₁；

(5)由相位生成模块将步骤(4)中得到的频率信号f₁转换为相位信号θ，并作为一个输入信号给相位调节模块；将频率信号f₁乘以2π，得到角频率ω₁；角频率ω₁经过积分环节，将其转变为相位信号θ。

(6)相位调节模块在并网之前由并网控制信号闭合开关K3，闭合K3的同时采集并保存微网和主电网的相位θ和θ₀，计算出相位差，将步骤(5)得到的相位信号θ与SPLL锁相环模块采集到的主电网相位信号θ₀按照下面的关系进行调整；

θ₂＝θ+kt(θ₀-θ)

kt是时间序列的线性函数，k为时间系数；

(7)将θ₂限幅在θ和θ₀之间得到θ₃，即为线性逐渐逼近修正算法的输出值；线性逐渐逼近相位修正算法的关键是利用时间序列线性函数kt，将微网和主电网之间的相位差转换为一个随时间逐渐递增的函数，通过调节时间系数k可以达到调节相位逐渐逼近的速度的目的；有此θ₃与θ叠加生成PWM信号发生器模块所需的相位信号θ₁；

(8)结合得出的电压幅值信号U₁、频率信号f₁、相位信号θ₁，共同控制PWM信号发生器模块，完成微网电压幅值、频率以及相位的调节。

本实用新型的优越性：增加积分环节，提高了微网并网模式和孤岛模式相互切换时的稳定性；积分控制对系统静差的消除作用，将微网的频率和幅值尽可能的保持在与并网状态时一样，或者在一个小幅波动的范围内，提高微网系统供电质量的稳定性；通过增加相位前馈补偿环节，实现微网与主电网之间相位的快速无差控制；线性逐渐逼近相位修正算法的关键是利用时间序列线性函数，通过调节时间系数k可以达到调节相位逐渐逼近的速度的目的。

(四)附图说明：

图1为本实用新型所涉一种微网预同步并网控制系统的整体结构框图。

图2为本实用新型所涉一种微网预同步并网控制系统中频率调节模块和电压调节模块的结构框图。

图3为本实用新型所涉一种微网预同步并网控制系统中相位调节模块的结构框图。

图4为本实用新型所涉一种微网预同步并网控制系统的预同步控制方法的控制流程示意图。

图5为本实用新型所涉一种微网预同步并网控制系统的预同步控制方法中频率调节和电压调节的流程示意图。

图6为本实用新型所涉一种微网预同步并网控制系统的预同步控制方法中相位调节的流程示意图。

(五)具体实施方式：

实施例：一种微网预同步并网控制系统(见图1)，包括主电网，其特征在于它包括频率调节模块、SPLL锁相环模块、电压调节模块、相位生成模块、相位调节模块及PWM信号发生器模块；其中，所述频率调节模块的输入端与主电网连接，采集微网并网点处的有功功率及控制系统的有功功率的参考值信号，其输出端与相位生成模块的输入端连接；所述电压调节模块的输入端与主电网连接，采集微网并网点处的无功功率及控制系统的无功功率的参考值信号，其输出端与PWM信号发生器模块的输入端连接；所述SPLL锁相环模块的输入端与主电网连接，采集主电网的电压信号、频率信号和相位信号，其输出端分别连接相位生成模块、相位调节模块及PWM信号发生器模块的输入端；所述相位生成模块的输出端分别连接相位调节模块及PWM信号发生器模块的输入端；所述相位调节模块的输出端连接PWM信号发生器模块的输入端；所述PWM信号发生器模块的输出端输出PWM信号控制并网处电力电子开关的通断。

所述频率调节模块(见图2)是由比例放大器I、积分调节器I、控制开关K1和2个累加器构成；所述一个累加器将频率调节模块的输入信号，即有功功率及控制系统的有功功率的参考值信号，进行叠加；所述比例放大器的输入端接收叠加信号，其输出端输出放大信号给另一个累加器的一个输入端；所述积分调节器的输入端通过控制开关K1接收有功功率及控制系统的有功功率的参考值信号的叠加信号，其输出端连接另一个累加器的第二个输入端；所述第二个累加器的输出端与相位生成模块及PWM信号发生器模块的输入端连接。

所述电压调节模块(见图2)是由比例放大器II、积分调节器II、控制开关K2和2个累加器构成；所述一个累加器将频率调节模块的输入信号，即无功功率及控制系统的无功功率的参考值信号，进行叠加；所述比例放大器II的输入端接收叠加信号，其输出端输出放大信号给另一个累加器的一个输入端；所述积分调节器II的输入端通过控制开关K2接收无功功率及控制系统的无功功率的参考值信号的叠加信号，其输出端连接另一个累加器的第二个输入端；所述第二个累加器的输出端与相位生成模块及PWM信号发生器模块的输入端连接。

所述相位调节模块(见图3)是由线性逐渐逼近相位单元、相位限幅单元、控制开关K3及2个累加器构成；所述一个累加器的两个输入端分别通过控制开关K3采集相位生成模块的相位输出信号和SPLL锁相环模块采集到的主电网相位信号，其输出端与线性逐渐逼近相位单元的输入端连接；所述第二个累加器的两个输入端分别接收相位生成模块的相位输出信号和线性逐渐逼近相位单元的输出信号，其输出端与相位限幅单元的输入端连接；所述相位限幅单元的输出端连接PWM信号发生器模块的输入端。

所述线性逐渐逼近相位单元是阶跃信号发生器。