光储交直流微网中的并离网无缝切换策略制造技术

本发明专利技术公开了一种光储交直流微网中的并/离网无缝切换新策略。首先设计了新的微网预同步算法，保证交流母线电压相位平稳连续，为并/离网的无缝切换奠定基础；再根据微网的系统结构，结合微网系统并网/离网工作模式切换时的外环输出特征，提出一种改进的外环将其应用于储能控制外环以及逆变器控制外环。该改进外环实现并/离网模式切换瞬间输出需求的重置功能，以补偿传统PI调节器切换时因线路潮流变化而引起的超调量，能较好地解决切换过程中交直流母线电压波动问题，实现无缝切换。采用改进的电压外环调节策略，能够抑制暂态过程中的严重超调，减少交直流母线的电压波动，保证了切换时的平滑。

【技术实现步骤摘要】
光储交直流微网中的并离网无缝切换策略
本专利技术涉及微网中并/离网切换策略，属于微网新能源能量管理领域。
技术介绍
国家大力发展新能源，因此分布式新能源的研究与应用具有广阔的前景。而将新能源能量转化为电力是人类利用新能源的典型途径，因此光伏发电的研究一直被关注。随着分布式能源渗透率的提高与大功率储能的应用，交直流微网技术得到发展。交直流微网相比传统配电网，其在交流母线的基础上，通过电力电子装置专设直流母线，使得光伏、储能、电动汽车等新型源荷更方便地接入电网。供电可靠性要求光储交直流微网供电方案希望光储供电系统在大电网发生故障时不再是停止运行而是拥有一定的独立供电的能力。因此光储交直流微网具有并网工作模式与离网工作模式。而传统并网模式与离网模式间的切换会引起冲击，导致交直流母线电压波动。如何实现交直流微网并离网无缝切换是亟待解决的问题。并网运行时并网开关指令为1时，此时电压外环处于开环状态，因为双向直流变换器以及双向逆变器电压外环采用传统PI调节器，其输出达到饱和；当系统转向离网运行时，PI调节器输出其动态调节时间较长，超调量也较大，所以内环电流标准值发生波动，从而影响交直流母线电压的稳定。
技术实现思路
专利技术目的：为解决传统PI控制进行方式切换存在的问题，本文提出一种改进型的电压调节器，应用于双向直流变换器电压环和双向逆变器，在并/离网模式切换时，通过重置电压外环的输出值，从而减小各电压环输出超调量和调节时间。技术方案：本专利技术提出了一种光储交直流微网中的并/离网无缝切换方法，在光储交直流微网系统并/离网模式切换时，采用改进的电压外环调节器重置电压外环的输出值，根据切换前后的两种状态的内环参考值的差值判断电压环在离网到并网过程或并网到离网过程需要补偿，整定补偿值使电压环输出值与切换后稳态输出值相等。进一步的，系统孤岛运行时，系统交流母线以角频率ωn运行，当系统将要并网且逆变器的输出电压与大电网存在相位差时，进行预同步，交流母线以角频率ωn+Δω运行：Δω＝Kp*(θg-θinv)其中，Δω为时变变量，Kp为比例系数，θg交流母线电压相位角，θinv为逆变输出电压相位角；当逆变器的输出电压与大电网相位相差值小于阈值时，系统进行并网操作，逆变器的输出电压以相位角θg运行，光储交直流微网系统再进行并离网的切换。进一步的，在状态切换器输出值之后增加限幅器以保证预同步过程中频率处于一定的范围内。进一步的，电压外环调节器包括上半部分电流环和下半部分电压环，开关指令Ctrl为1时，上半部分闭环传递函数看成1，闭环输出和输入近似看成相等，下半部分闭环传递函数看成0，输出为0；开关指令Ctrl为0时，上半部分输出为0，下半部分直接看成是PI控制，两者相加后输出仍然为PI控制。进一步的，上半部分闭环传递函数为下半部分闭环传递函数为传递函数中的k为放大系数，kp、ki为PI控制器的比例系数和微分系数。进一步的，设ic*是通过计算进行提前设定的补偿量，当ctrl信号为1时，即系统工作在并网模式，改进电压环输出值idref为：其中为并网时的电流参考值当ctrl信号为0时，即系统工作在离网模式，改进电压环输出值idref为：其中，Kp、Ki为PI控制的比例系数和微分系数，Uref为输入的参考电压，U为输出电压；当ctrl信号从1切换到0瞬间，系统从并网模式切换到离网模式，改进电压环输出值idref为：进一步的，储能离网电压外环、逆变器并网电压外环和逆变器离网电压外环均采用改进的电压外环调节器重置电压外环输出值，补偿量ic*对应逆变器并网外环补偿的需求icinv*、储能离网电压外环补偿的需求icbat*、逆变器离网电压外环d轴补偿的需求icd*、以及逆变器离网电压外环q轴补偿的需求icq*。进一步的，并网开关指令由0到1时，离网切换到并网，假设切换前光伏出力、交直流负荷功率不变，并网后逆变器输出功率Pinv为：Pinv＝Ppv-Pbat_ref-Pdc_load其中，Ppv为光伏出力，Pbat_ref为并网时储能出力，Pdc_load为直流负载功率；采用改进型外环，逆变器并网外环需补偿的需求icinv*为：其中，Ed为交流母线电压d轴值；并网开关指令由1到0时，并网切换到离网，由功率平衡原理可得，离网后储能输出功率Pbat为：Pbat＝Ppv-Pinv-Pdc_load离网后逆变器输出功率Pinv为：Pinv＝Pac_load采用改进型外环对传统外环进行修正，储能离网电压外环补偿的需求icbat*为：逆变器离网电压外环d轴与q轴补偿的需求icd*和icq*为：上式中，Pac_load为交流负载有功功率，Qac_load为交流负载有功功率，Ebat为储能电压；Vgref_d、Vgref_q为参考电压d轴q轴分量，Vg_d、Vg_d为逆变器输出电压Vg的d轴q轴分量，iLα、iLβ为负载电流iL的α轴、β轴分量。进一步的，当系统转到离网运行时，通过积分器的累积功能，系统交流母线仍然以相位角θg运行。有益效果：本专利技术能够保障并离网时电压相位的平滑性；减少并离网切换过程中的交直流母线电压振荡。附图说明图1为预同步框图；图2为改进电压环结构；图3为光储交直流微网结构；图4为双向直流变换器控制方式；图5为双向交直变流器控制方式；图6为改进前切换过程中(a)直流母线电压(b)交流母线电压幅值；图7为改进前切换过程中(a)双向直流变换器电压环输出(b)双向逆变器电压环输出；图8为改进后切换过程中(a)直流母线电压(b)交流母线电压幅值；图9为改进后切换过程中(a)双向直流变换器电压环输出(b)双向逆变器电压环输出。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。本专利技术以光储交直流混合微网作为对象，其系统结构如图3所示。交直流微网系统由光伏阵列，DC-DC变换器，双向DC-DC变换器，储能电池，双向交直变流器以及配电网组成。光伏阵列和储能设备分别通过DC-DC变换器和双向DC-DC变换器接到直流母线上，直流母线和交流母线之间通过双向DC-AC变换器相连接。交流大电网和交流负载都接到交流母线上。系统运行在并网模式，配电网作为微网直流母线电压支撑。系统运行在离网模式，储能作为微网交直流母线电压支撑。对于光伏阵列控制模式，光伏阵列输出电压较低，需要选择升压变换器以实现升压功能以接入直流母线与最大功率跟踪(mppt)功能。预同步开始后，设定交流母线在原本的角频率之上增加一个突变的时变量，从而改变交流母线的频率，为了保证预同步过程中频率在一定的范围内，通常会增加限幅器。当交流母线相位与大电网相位相差不大时，系统进行并网操作。当系统转到离网运行时，由于积分器的累积功能，系统交流母线仍然以接近的相位角运行。该与同步算法为逆变器提供相位基准，保证系统在并/离网模式切换下电压相位的连续性。在微网系统并离网切换时重置电压环输出需求，判断电压环是在离网到并网过程还是在并网到离网过程需要补偿，整定补偿值，使电压环输出值与切换后稳态输出值相等，从而减小输出超调量与调节时间。图1为预同步框图，当系统孤岛运行时，Set＝0，此时系统交流母线以角频率ωn运行，当系统将要并网，存在相位差时，Set＝1，预同步开始，此时：Δω＝Kp*(θg-θinv)其中Kp为比例系数，θg交本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光储交直流微网中的并/离网无缝切换方法，其特征在于：在光储交直流微网系统并/离网模式切换时，采用改进的电压外环调节器重置电压外环的输出值，根据切换前后的两种状态的内环参考值的差值判断电压环在离网到并网过程或并网到离网过程需要补偿，整定补偿值使电压环输出值与切换后稳态输出值相等。

【技术特征摘要】
1.一种光储交直流微网中的并/离网无缝切换方法，其特征在于：在光储交直流微网系统并/离网模式切换时，采用改进的电压外环调节器重置电压外环的输出值，根据切换前后的两种状态的内环参考值的差值判断电压环在离网到并网过程或并网到离网过程需要补偿，整定补偿值使电压环输出值与切换后稳态输出值相等。2.如权利要求书1所述的光储交直流微网中的并/离网无缝切换方法，其特征在于：系统孤岛运行时，系统交流母线以角频率ωn运行，当系统将要并网且逆变器的输出电压与大电网存在相位差时，进行预同步，交流母线以角频率ωn+Δω运行：Δω＝Kp*(θg-θinv)其中，Δω为时变变量，Kp为比例系数，θg交流母线电压相位角，θinv为逆变输出电压相位角；当逆变器的输出电压与大电网相位相差值小于阈值时，系统进行并网操作，逆变器的输出电压以相位角θg运行，光储交直流微网系统再进行并离网的切换。3.如权利要求书2所述的光储交直流微网中的并/离网无缝切换方法，其特征在于：在状态切换器输出值之后增加限幅器以保证预同步过程中频率处于一定的范围内。4.如权利要求书1所述的光储交直流微网中的并/离网无缝切换方法，其特征在于：电压外环调节器包括上半部分电流环和下半部分电压环，开关指令Ctrl为1时，上半部分闭环传递函数看成1，闭环输出和输入近似看成相等，下半部分闭环传递函数看成0，输出为0；开关指令Ctrl为0时，上半部分输出为0，下半部分直接看成是PI控制，两者相加后输出仍然为PI控制。5.如权利要求书4所述的光储交直流微网中的并/离网无缝切换方法，其特征在于：上半部分闭环传递函数为下半部分闭环传递函数为传递函数中的k为放大系数，kp、ki为PI控制器的比例系数和微分系数。6.如权利要求书5所述的光储交直流微网中的并/离网无缝切换方法，其特征在于：设ic*是通过计算进行提前设定的补偿量，当ctrl信号为1时，即系统工作在并网模式，改进电压环输出值idref为：其中为并网时的电流参考值当ctrl信号为0时，即系统工作在离网模式，改进电压环输出值idref为：其中，Kp、Ki为PI控制的比例系数和微分系数，Uref为输入的参考电压，U为输出电压；当ctrl信号从1切...

【专利技术属性】
技术研发人员：薄鑫，吴倩，赵菲菲，郑建勇，杨杰，缪惠宇，杨赟，顾盼盼，
申请(专利权)人：东南大学，国网江苏省电力公司经济技术研究院，南京电力工程设计有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32