基于相角估算的微电网逆变器离并网无缝切换控制方法技术

本发明专利技术涉及一种基于相角估算的微电网逆变器离并网无缝切换控制方法。使用储能系统作为主电源，包括储能电池、变流器、PCS模式控制器。在并网模式下使用PQ控制，孤岛模式下使用V/F控制。从并网至孤岛切换过程中电压幅值参考值由离网前电网相电压峰值给定，电压相角参考值由离网前电网角频率平均值和离网时刻的瞬时相角计算得到。从孤岛至并网切换过程中，利用基于电网电压瞬时值的相角估计算法更改逆变器V/F模式中相角参考值，快速跟踪电网相角，在PLL稳定锁相后，使用精准的电压相角代替估算值。通过叠加频率干扰量判断微网是否并网完成，更改相应控制模式，实现无缝切换。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微电网控制
，尤其是含分布式电源的微电网离/并网无缝切换技术，具体的说是一种基于相角估算的微电网逆变器离并网无缝切换控制方法。
技术介绍
随着分布式发电和现代电力系统的发展。微电网作为一种新型的配电解决方案而被提出。它不仅能提高供电质量和可靠性.而且可以减轻能源和环境压力，因此赢得了越来越广泛的重视。微电网系统由分布式新能源发电、储能和本地负载组成。其中储能设备与可再生能源发电技术相结合.可以提高电能质量、系统的稳定性和资源利用率，在微电网并网时平抑新能源发电输出功率的间歇性、波动性。目前，微网主要工作在并网或孤岛两种运行模式下，正常情况下，微网与公共电网并联运行，当公共电网发生故障或电能质量不满足负荷要求时，微网能够快速断开电网的连接，过渡到孤岛运行状态，以保证微网区域内重要负荷的持续供电。当微网运行与不同模式下时其内部变换器的控制方式不同。如何在两种模式间实现无缝切换，使得微网的运行模式切换对负载及电网的扰动最小，是实现分布式能源利用率最大化的关键控制技术。无缝切换是指在快速的切换过程中微电网电压、频率平滑过渡，能够运行于标准规定的范围内，保证微电网系统内的敏感负荷正常运行。
技术实现思路
为了解决微电网在运行过程中发生并网/孤岛转换时,对系统内敏感负荷提供连续可高的供电，本专利技术提出一种基于相角估算的微电网逆变器离并网无缝切换控制方法，缩短切换时间，同时避免在逆变器输出相角与大电网相角不完全同步情况下实施并网时出现的过电流现象。本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于相角估算的微电网逆变器离并网无缝切换控制方法，包括：在微电网处于并网到孤岛切换模式过程中，进行PQ控制算法至V/F控制算法的转变，给定V/F控制算法中电压幅值与电压相角的参考量；在微电网处于孤岛到并网切换模式过程中，首先利用基于电网电压瞬时值的相角估计算法估算逆变器V/F模式中相角参考值，从而跟踪电网相角；在PLL稳定锁相后，再用PLL锁定的电压相角值代替估算值，完成相角的跟踪；当逆变输出满足并网条件后，闭合PCC处断路器；通过向参考角频率叠加干扰量的方法来判断微电网是否已经完全并联于电网上，若已经闭合完成，则转换逆变控制器模式至PQ控制算法，完成孤岛至并网的切换，否则微网仍工作于V/F模式。所述V/F控制算法中电压幅值的参考量由离网前安装在公共耦合点上的电压传感器测量的电网相电压峰值给定。所述V/F控制算法中电压相角的参考量由离网前电网的角频率平均值和离网时刻的瞬时相角计算得到：θref＝∫ωgdt+θ0(1)其中，θref为电压相角的参考量，ωg为离网前电网的角频率平均值，t为时间，θ0为离网时刻的瞬时相角。所述利用基于电网电压瞬时值的相角估计算法估算逆变器V/F模式中相角参考值，包括以下步骤：设电网线电压表示为 U ab = 2 u l - l cos ( θ g ) , U bc = 2 U l - l cos ( θ g - 2 3 π ) , ]]>其中，Uab为AB相间的电压，Ubc为BC相间的电压，Ul-l为线电压的有效值，θg为；则估算电网相角值表示为： θ ~ g = arccos ( U ab 2 U l - l ) , 0 < θ ~ g < π , ]]>或 θ ~ g = - arccos ( U ab 2 U l - l ) , - π < θ ~ g < 0 ]]>通过判断sgn(Uab+2Ubc)的值，即可判定出相角估计值的范围，当sgn(Uab+2Ubc)＝1时，当sgn(Uab+2Ubc)＝-1时所述并网条件为：逆变器与电网间相角差在允许范围内，同时，线电流Il-l<△Ith。本专利技术具有以下优点及有益效果：1)在孤岛至并网过程中，使用基于电网电压瞬时值估算得到的电网电压相角作为逆变器相角指令值，缩短了相角跟踪速度，避免了PLL锁相至稳定状态而造成的长时等待，同时避免由于逆变器输出与电网相位角不同而造成的并网过电流，实现快速稳定的无缝切换。2)通过软件算法判定PCC是否已经完全闭合，避免由于PCC处断路器物理开关动作时间与控制器软件模式控制切换时间不同步而造成的切换异常现象。3)只通过使用一组电压和电流传感器测量PCC点处电网电压、电流值来判断PCC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于相角估算的微电网逆变器离并网无缝切换控制方法，其特征在于，包括：在微电网处于并网到孤岛切换模式过程中，进行PQ控制算法至V/F控制算法的转变，给定V/F控制算法中电压幅值与电压相角的参考量；在微电网处于孤岛到并网切换模式过程中，首先利用基于电网电压瞬时值的相角估计算法估算逆变器V/F模式中相角参考值，从而跟踪电网相角；在PLL稳定锁相后，再用PLL锁定的电压相角值代替估算值，完成相角的跟踪；当逆变输出满足并网条件后，闭合PCC处断路器；通过向参考角频率叠加干扰量的方法来判断微电网是否已经完全并联于电网上，若已经闭合完成，则转换逆变控制器模式至PQ控制算法，完成孤岛至并网的切换，否则微网仍工作于V/F模式。

【技术特征摘要】
1.一种基于相角估算的微电网逆变器离并网无缝切换控制方法，其特征在
于，包括：
在微电网处于并网到孤岛切换模式过程中，进行PQ控制算法至V/F控制算法
的转变，给定V/F控制算法中电压幅值与电压相角的参考量；
在微电网处于孤岛到并网切换模式过程中，首先利用基于电网电压瞬时值
的相角估计算法估算逆变器V/F模式中相角参考值，从而跟踪电网相角；在PLL
稳定锁相后，再用PLL锁定的电压相角值代替估算值，完成相角的跟踪；当逆变
输出满足并网条件后，闭合PCC处断路器；通过向参考角频率叠加干扰量的方法
来判断微电网是否已经完全并联于电网上，若已经闭合完成，则转换逆变控制
器模式至PQ控制算法，完成孤岛至并网的切换，否则微网仍工作于V/F模式。
2.根据权利要求1所述的基于相角估算的微电网逆变器离并网无缝切换控
制方法，其特征在于，所述V/F控制算法中电压幅值的参考量由离网前安装在
公共耦合点上的电压传感器测量的电网相电压峰值给定。
3.根据权利要求1所述的基于相角估算的微电网逆变器离并网无缝切换控
制方法，其特征在于，所述V/F控制算法中电压相角的参考量由离网前电网的角
频率平均值和离网时刻的瞬时相角计算得到：
θref＝∫ωgdt+θ0(1)
其中，θref为电压相角的参考量，ωg为离网前电网的角频率平均值，t为时
间，θ0为离网时刻的瞬时相角。
4.根据权利要求1所述的基于相角估算的微电网逆变器离并网无缝切换控
制方法，其特征在于，所述利用基于电网电压瞬时值的相角估计算法估算逆变
器V/F模式中相角参考值，包括以下步骤：
设电网线电压表示为 U ab = 2 U l - l cos ( θ g ) , ]]> U bc = 2 U l - l cos ( θ g - ...

【专利技术属性】
技术研发人员：卞晶，臧传治，曾鹏，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21