一种低压直流微电网的并网控制策略制造技术

本发明专利技术是一种低压直流微电网的并网控制策略，其特征是，它包括：逆变器下垂控制模型的建立、基于下垂控制的并网欲同步控制算法的建立和欲同步控制算法流程的内容，经过仿真分析，逆变器在电压电流双闭环控制作用下，输出电压严格遵循参考值，并且逆变器输出侧所接的LC滤波器滤除了高次谐波，改善了电压质量，严格遵循正弦输出。并网操作时，微网逆变器输出电压在极短的时间内便追踪主网电压并达到完全同步协调运行，过程没有出现电压震荡和冲击电流，实现了准确的并网操作，验证了该算法的有效性。具有科学合理，适用性强，控制准确等优点。

A Control Strategy for Low Voltage DC Microgrid

The invention is a networking control strategy for low-voltage direct current micro-grid. Its characteristics are as follows: the establishment of the model of inverter droop control, the establishment of grid-connected synchronization control algorithm based on droop control and the flow of synchronization control algorithm. After simulation analysis, the output voltage of the inverter strictly follows the reference value under the double closed-loop control of voltage and current, and the inversion. The LC filter connected to the output side of the device filters out the high-order harmonics, improves the voltage quality and strictly follows the sinusoidal output. During grid-connected operation, the output voltage of the micro-grid inverters can track the main grid voltage in a very short time and achieve complete synchronous and coordinated operation. There is no voltage oscillation and impulse current in the process. Accurate grid-connected operation is realized, which verifies the effectiveness of the algorithm. It has the advantages of scientific rationality, strong applicability and accurate control.

【技术实现步骤摘要】
一种低压直流微电网的并网控制策略
本专利技术涉及低压直流微电网
，是一种低压直流微电网的并网控制策略，能够使低压直流微电网通过逆变器变换为三相交流电,并达到并网的条件。
技术介绍
在用电侧需求接近的情况下，分布式发电相比集中式发电具有传输损耗小，能源利用率高等优点。微电网是由分布式电源、用电负荷、配电设施、监控和保护装置等组成的小型发配用电系统。微电网按结构可分为直流微电网，交流微电网和交直流混合微电网。微网有孤岛和并网两种运行模式。微网在并网过程中，由于电压峰值、频率和相位的偏差，若直接并网，会引起巨大的冲击电流，对微网和主网的安全稳定运行造成很大的损害。在传统锁相技术条件下，针对并网操作时对主网电压锁相并使逆变器输出电压跟踪主网电压，存在较大的时延和不稳定因素，影响并网操作的安全性和稳定性，所以在实施并网合闸前，必须对微网进行预同步控制，以实现微网电压完全跟踪主网电压。本专利面向低压直流微电网，在三相电压源型逆变器拓扑结构下，提出了一种微网逆变器并网预同步控制算法，该控制算法以下垂控制为基础，控制微网逆变器输出电压对电网电压相位的追踪与同步，实现微网孤岛模式和并网模式的安全切换。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种科学合理，适用性强，控制准确的低压直流微电网的并网控制策略，使得直流微电网所接逆变器的输出电压完全跟踪主网，完成准确的并网控制。本专利技术的目的是由以下技术方案来实现的：一种低压直流微电网的并网控制策略，其特征是，它包括的内容有：1)逆变器下垂控制模型的建立利用PARK变换将逆变器输出的abc三相静止坐标量变换成dq两相旋转坐标量，将三相输出电压voabc和三相输出电流ioabc变换成dq两相电流vod、voq和iod、ioq，利用式(1)计算瞬时有功、无功功率，为消除瞬时功率中的高频纹波，提高输出功率的稳定性，式(1)得到的瞬时功率还需要通过低通滤波器得到其平均功率，作为P-f和Q-V下垂控制模块的功率输入信号量，平均有功和无功功率计算为式(2)，其中ωc为低通滤波器的截止频率，通过P-f和Q-V下垂特性计算得到参考电压幅值Vref和相角θ，经电压合成环节得到三相静止坐标系的参考电压Vabc_ref，再经过PARK变换后作为电压电流双闭环控制环节的输入参考电压Vdref和Vqref；采用电压外环，电流内环的控制结构，通过比例积分控制器以消除电压、电流偏差，比例系数为KI，电流内环的开环传递函数为式(3)，TI为电流采样时间常数，采用比例积分控制器进行校正，电压外环开环传递函数为式(4)，TV为电压采样时间常数，KvP为电压外环的比例系数，KvI为电压外环的积分系数，逆变器将实际输出电压与参考电压经过PARK变换，分别将二者的两相dq旋转坐标量相比较得到的偏差，经过电压外环的PI控制器后作为电流参考值输入电流内环；逆变器输出滤波电感电流与参考电流的dq旋转坐标量分别相比较后得到偏差，将偏差经过电流内环的比例控制器输出的信号通过PARK反变换，将生成的PWM脉冲加在逆变器上实现对逆变器的下垂控制。图3所示为电压电流双环控制结构。图4所示为本专利技术所采用的三相电压源型逆变器拓扑控制系统。该控制结构由直流电源，三相电压源型逆变器，LC滤波器，电感，PCC母线和下垂控制电路组成；2)基于下垂控制的并网欲同步控制算法的建立为使微网电压满足并网条件，假设逆变器在下垂控制的作用下，电压幅值和频率按参考值输出，其值与主网电压的幅值和频率一致，只需考虑电压相位因素，在dq旋转坐标系下，预同步过程是通过三相主网电压锁相结构，得到主网电压的相位θg，角频率ωg，幅值Eg，然后通过调节微网逆变器输出电压的角频率，使其与主网电压角频率ωg之间的相位差趋于0，在Δθ＝0的时刻，微网和主网电压便完全同步；将主网三相输出电压Vga、Vgb、Vgc通过PARK变化得到d、q轴分量Vgd和Vgq，然后将q轴分量Vgq与零参考比较，经PI调节使Vgq逐渐趋于0，当Vgq＝0时，输出的ωg即为主网电压角频率；主网电压角频率经一个积分环节便得到主网电压相角θg，经过此负反馈的闭环调节过程，最终捕捉到的θg即为主网稳定运行下的输出电压相角；设主网电压的额定角频率ωref为100πrad/s，将捕捉到的主网电压相角θg加入到微网的三相输出电压的PARK变换中，得到的q轴分量Voq与零参考做PI调节；当Voq＝0时，输出的角频率ωsc为锁相追踪补偿角频率，将其加入到下垂控制环节，与原下垂控制结构得到的角频率叠加即得到微网逆变器输出电压的参考角频率，逆变器参考角频率为式(5)，式中P为逆变器实际输出有功功率，P0为额定有功功率，m为有功下垂系数，ω＝ωref-m(P-P0)+ωsc(5)3)欲同步控制算法流程第一步：将主网三相输出电压通过PARK变化得到d轴分量Vgd、q轴分量Vgq；第二步：将q轴分量Vgq与零参考比较，经PI调节使Vgq逐渐趋于0；第三步：经过PI调节后的Vgq＝0时，输出的ωg即为主网电压角频率；第四步：主网电压角频率ωg经一个积分环节得到主网电压相角θg，经过负反馈的闭环调节过程，最终捕捉到主网稳定运行下的输出电压相角θg；第五步：将上述过程捕捉到的主网电压相角θg加入到微网的三相输出电压的PARK变换中，将得到的q轴分量Voq与零参考做PI调节；第六步：经过PI调节后的Voq＝0时，输出的角频率ωsc为锁相追踪补偿角频率，将其加入到下垂控制环节，与原下垂控制结构得到的角频率叠加可得到微网逆变器输出电压的参考角频率；第七步：经第一至第六步闭环调节过程，微网逆变器的输出电压相位、频率和幅值已经完全跟踪电网电压，达到并网条件。本专利技术的一种低压直流微电网的并网控制策略，是针对微网并网运行电压同步的问题，采取逆变器下垂控制模型的建立，基于下垂控制的并网欲同步控制算法的建立和欲同步控制算法流程，经过仿真分析，逆变器在电压电流双闭环控制作用下，输出电压严格遵循参考值，并且逆变器输出侧所接的LC滤波器滤除了高次谐波，改善了电压质量，严格遵循正弦输出。并网操作时，微网逆变器输出电压在极短的时间内便追踪主网电压并达到完全同步协调运行，过程没有出现电压震荡和冲击电流，实现了准确的并网操作，验证了该算法的有效性。具有科学合理，适用性强，控制准确等优点。附图说明图1是一种低压直流微电网的并网控制策略的下垂控制功率计算环节示意图；图2是一种低压直流微电网的并网控制策略的下垂控制下垂控制环节示意图；图3是一种低压直流微电网的并网控制策略的下垂控制电压电流双环控制环节示意图；图4是逆变器控制系统原理图；图5是预同步过程原理图；图6是同步追踪过程图；图7是微网并网运行时逆变器和主网输出电压对比波形图。具体实施方式参照图4，本专利技术的一种低压直流微电网的并网控制策略，包括的内容有：1)逆变器下垂控制模型的建立利用PARK变换将逆变器输出的abc三相静止坐标量变换成dq两相旋转坐标量，将三相输出电压voabc和三相输出电流ioabc变换成dq两相电流vod、voq和iod、ioq，利用式(1)计算瞬时有功、无功功率，为消除瞬时功率中的高频纹波，提高输出功率的稳定性，式(1)得到的瞬时功率还需要通过低通滤波器得到其平均功率，作为P-f和Q-V下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低压直流微电网的并网控制策略，其特征是，它包括的内容有：1)逆变器下垂控制模型的建立利用PARK变换将逆变器输出的abc三相静止坐标量变换成dq两相旋转坐标量，将三相输出电压voabc和三相输出电流ioabc变换成dq两相电流vod、voq和iod、ioq，利用式(1)计算瞬时有功、无功功率，

【技术特征摘要】
1.一种低压直流微电网的并网控制策略，其特征是，它包括的内容有：1)逆变器下垂控制模型的建立利用PARK变换将逆变器输出的abc三相静止坐标量变换成dq两相旋转坐标量，将三相输出电压voabc和三相输出电流ioabc变换成dq两相电流vod、voq和iod、ioq，利用式(1)计算瞬时有功、无功功率，为消除瞬时功率中的高频纹波，提高输出功率的稳定性，式(1)得到的瞬时功率还需要通过低通滤波器得到其平均功率，作为P-f和Q-V下垂控制模块的功率输入信号量，平均有功和无功功率计算为式(2)，其中ωc为低通滤波器的截止频率，通过P-f和Q-V下垂特性计算得到参考电压幅值Vref和相角θ，经电压合成环节得到三相静止坐标系的参考电压Vabc_ref，再经过PARK变换后作为电压电流双闭环控制环节的输入参考电压Vdref和Vqref；采用电压外环，电流内环的控制结构，通过比例积分控制器以消除电压、电流偏差，比例系数为KI，电流内环的开环传递函数为式(3)，TI为电流采样时间常数，采用比例积分控制器进行校正，电压外环开环传递函数为式(4)，TV为电压采样时间常数，KvP为电压外环的比例系数，KvI为电压外环的积分系数，逆变器将实际输出电压与参考电压经过PARK变换，分别将二者的两相dq旋转坐标量相比较得到的偏差，经过电压外环的PI控制器后作为电流参考值输入电流内环；逆变器输出滤波电感电流与参考电流的dq旋转坐标量分别相比较后得到偏差，将偏差经过电流内环的比例控制器输出的信号通过PARK反变换，将生成的PWM脉冲加在逆变器上实现对逆变器的下垂控制。图3所示为电压电流双环控制结构。图4所示为本发明所采用的三相电压源型逆变器拓扑控制系统。该控制结构由直流电源，三相电压源型逆变器，LC滤波器，电感，PCC母线和下垂控制电路组成；2)基于下垂控制的并网欲同步控制算法的建立为使微网电压满足并网条件，假设逆变器在下垂控制的作用下，电压幅值和频率按参考值输出，其值与主网电压的幅值和频率一致，只需考虑电压相位因素，在dq旋转坐标系下，预同步过程是通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：张良，陈康，吕玲，马欢欢，池圣斌，蔡国伟，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22