具有滞回特性的V/f-倒下垂微电网逆变器电源的制作方法
【技术领域】
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[0001]本发明属于电力电子装置及其控制领域，涉及一种基于逆变器的新型微电网电源及利用该电源进行微电网组网的方法。
【背景技术】
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[0002]随着电力需求的不断增长，常规电网在过去数十年里快速发展。然而由于其成本高、运行难度大，以及燃料短缺、环境污染的日益加重，促进了环保、灵活、以可再生能源为主的分布式发电技术的发展。为了充分发挥分布式发电的优点并解决大电网与其之间的矛盾，一般将分布式发电系统互联形成以微电网的形式运行。然而随着微电网的接入，出现了一些新的问题，主要表现在微电网在孤岛运行模式下采用何种控制方式才能维持整个系统的稳定运行。当微电网与大电网并网运行时，可由大电网提供运行参考频率和电压。而微电网在孤网状态时，需要对网内各个微电源进行有效的控制协调，以维持整个系统能够稳定运行，保证系统的电压及频率在合理的范围内。
[0003]目前常用的一种孤网运行方式是以一个采用V/f控制的电源为主电源，提供频率和电压参考，其它的电源都运行在PQ方式下，即保持输出的有功和无功功率为恒定。采用V/f控制方式的微电源虽然可以在其可调容量范围内维持系统的电压幅值及频率不变，但是一旦系统内需要大量的功率交换，超出其可调容量范围，该微电源就不能继续维持系统的稳定运行。
[0004]现有的解决上述问题的方法是采用V/f控制和PQ控制的交替方式，其如图1所示是V/f-PQ控制方法的电源静态输出特性曲线，图1中的(a)为有功-频率静态特性曲线，fc为V/f控制方式下电源输出的恒定频率，Pmin、Pmin分别为PQ控制方式下电源输出的最小有功功率、最大有功功率；图1中的(b)为无功-电压静态特性曲线，Vc为V/f控制方式下电源输出的恒定电压，Qmin> Qmin分别为PQ控制方式下电源输出的最小无功功率、最大无功功率。其中，f为频率、V电压、P为有功功率、Q为无功功率。当孤网运行时，微电网中有一个电源运行于V/f方式下，为其它的电源提供运行参考频率和电压；而其它的电源运行于PQ方式下。当V/f控制的电源可调容量越限时转为PQ方式，而由某一个其它的电源提供运行参考电压和频率。然而在逆变器电源退出V/f方式后，采用PQ控制方式使得该电源对系统的冲击较大，且在系统频率变化时不能参与功率的调节。若采用倒下垂控制方式不仅可以使得该电源在系统频率变化时可以参与功率的调节，而且通过其输出功率的变化来调节系统的频率，其如图2所示是V/f-倒下垂控制方法的电源静态输出特性曲线，图2中的(a)为有功-频率静态特性曲线，图2中的(b)为无功-电压静态特性曲线。但是，这种切换仍会造成较大的频率或电压扰动，运行灵活性不足，控制器容易误触发。因此，可进一步弓I入滞回特性的控制方式及相应组网方式。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷而提供具有滞回特性的V/f-倒下垂型微电网逆变器电源，通过对各个电源设置不同的门槛值和环宽，有效避免了系统正常波动可能对控制器造成的误触发，防止电源在某一个值的上下波动时反复动作。
[0006]本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
[0007]具有滞回特性的V/f-倒下垂型微电网逆变器电源，包括信号输入模块、V/f-倒下垂滞环控制模块、双反馈解耦PWM控制模块、输出驱动模块和VSC主电路；其中，
[0008]信号输入模块，将电网输出的第一电压信号、电流信号均输出至V/f-倒下垂滞环控制模块、双反馈解耦PWM控制模块；
[0009]V/f-倒下垂滞环控制模块，将接收的第一电压信号、电流信号经处理后，输出频率信号或有功功率信号，以及无功功率信号或第二电压信号至双反馈解耦PWM控制模块；
[0010]双反馈解耦PWM控制模块，用于根据第一电压信号、电流信号以及频率信号或有功功率信号、无功功率信号或第二电压信号，生成PWM控制脉冲并输出至输出驱动模块；
[0011]输出驱动模块，用于接收PWM控制脉冲，并输出驱动信号至VSC主电路；
[0012]VSC主电路，当接收到驱动信号，将外部输入的直流电转换成交流电输出。
[0013]作为本发明的具有滞回特性的V/f-PQ型微电网逆变器电源的进一步优化的方案，所述V/f-PQ滞环控制模块包括f滞环控制模块、V滞环控制模块；其中，
[0014]f滞环控制模块包括第一处理单元、第一滞环触发器单元、第一控制单元；预先设定最小门槛频率fmin、最大门槛频率fmax，逆变器输出频率fmin时，输出最小有功功率极限值Pn、最大有功功率极限值Pm，逆变器输出频率fmax时，输出最小有功功率极限值Pk、最大有功功率极限值Pf，fmin<fmax, Pk〈Pn〈Pf〈Pm ;其中，
[0015]第一处理单元，用于将接收的第一电压信号、电流信号经计算处理获得有功功率P入和频率f入，P入和f入均输出至第一滞环触发器单元、第一控制单元；
[0016]第一滞环触发器单元，根据接收的有功功率P入和频率f入进行判断，当频率f入为fmin或fmax时，导通第二触发信号。反之，导通第一触发信号；
[0017]第一控制单元，接收到第一触发信号时，采用P倒下垂控制；接收到第二触发信号时，采用f控制；
[0018]V滞环控制模块包括第二处理单元、第二滞环触发器单元、第二控制单元；预先设定最小门滥电压Vmin、最大门滥电压Vmax、逆变器输出电压Vmin时，输出最小无功功率极限值Qn、最大无功功率极限值Qm，逆变器输出电压Vmax时，输出最小无功功率极限值Qk、最大无功功率极限值Qf，Vmin〈Vmax，Qk〈Qn〈Qf〈Qm ;其中，
[0019]第二处理单元，用于将接收的第一电压信号、电流信号经计算处理获得无功功率Q入和电压V入；
[0020]第二滞环触发器单元，根据接收的无功功率Q入和电压V入进行判断，当电压V入为Vmin或Vmax时，导通第四触发信号。反之，导通第三触发信号；
[0021]第二控制单元，接收到第三触发信号时，采用Q倒下垂控制；接收到第四触发信号时，采用V控制。
[0022]作为本发明的具有滞回特性的V/f-倒下垂型微电网逆变器电源的进一步优化的方案，所述倒下垂控制方法是根据微电网母线上的电压幅值和频率，利用有功-频率、无功-电压相关的特性控制逆变器的输出功率。图3是本发明的倒下垂控制方法的静态输出特性曲线。其数学表达式如下:
[0023]P* = m/k (f0-f) (I)
[0024]Q* = n/k (U0-U) (2)
[0025]其中k为倒下垂比例系数，当系统的频率、电压分别增加时，逆变器电源会调整控制器使运行点由A点向B点移动，调整有功、无功功率输出，直至达到系统的频率、电压稳定。倒下垂控制方式的电源投切性能更好。倒下垂控制方式实质上是功率控制方式，倒下垂型电源投切的功率值近似于定值，倒下垂型电源的投切近似于恒功率电压源投切，相较下垂型电源投切性能更好。
[0026]V/f-PQ控制方法在功率达到最大或最小功率限值时切换为PQ控制。一方面在主控电源达到满载时，其输出功率将不再增加，也就是说系统负荷继续增加时，该电源不再提供额外的功率；另一方面，由于逆变器电源在空载或满载时其工作效率会大幅下降。
[0027]为了弥补上述的不足之处，一方面为了使逆变器电源都工作在最佳的效率下，可以缩短电源V/f的范围，也就是说在电源尚未达到满载时就改变其运行方式，不再参与系统的调频；另一方面，在逆变器电源退出V/f方式后，可以采用倒下垂方式以使得该电源在系统频率变化时还可以参与功率的调节，并通过其输出功率的变化来调节系统的频率。从图2可以看出，在v/f-倒下垂控制方式中，V/f控制的范围缩小为Pn?Pm，而其输出功率在此范围之外时采用倒下垂控制，跟随频率的变化参与功率的调节。与V/f方式相比，该控制方式的特性曲线更接近传统发电机的输出特性，使得主控电源切换运行方式时系统的频率变化比较平缓，减小了系统的频率抖动；与倒下垂方式相比，V/f-倒下垂方式不同于普通的一次调频，在V/f控制段可以维持系统的频率不变，相当于二次调频，属于无差调节。V/f方式下电源的可调节容量不能满足负荷的需求时，系统不能继续稳定运行，V/f-倒下垂方式弥补了这一缺陷，倒下垂控制阶段控制功率输出在小范围变化。
[0028]综上可知V/f-倒下垂方式吸取了 V/f控制和下垂控制方式的优点，能够充分发挥微网中电源调节能力，使逆变器电源尽量在高效率的区段运行。但是这样的电源在控制系统电压、频率时，由于不能达到满载所以不能为负荷需求贡献更多的功率。
[0029]作为本发明的具有滞回特性的V/f-倒下垂型微电网逆变器电源的进一步优化的方案，所述最小门槛频率fmin、最大门槛频率fmax设置在49.5Hz?50.5Hz之间。
[0030]作为本发明的具有滞回特性的V/f-倒下垂型微电网逆变器电源的进一步优化的方案，所述最小门滥电压Vmin、最大门滥电压Vmax设置在用户需要额定电压的90%?110%之间。
[0031]作为本发明的具有滞回特性的V/f-倒下垂型微电网逆变器电源的进一步优化的方案