一种孤岛运行的串联型微网结构及其功率控制方法技术

本发明专利技术涉及一种孤岛运行的串联型微网结构，包括直流发电单元、直流/交流转换电路以及采样电路；其中，直流发电单元包括直流母线电容；直流/交流转换电路包括主功率逆变电路和滤波电路；采样电路包括滤波电感电流采样电路和滤波电容电压采样电路；还涉及上述微网结构的功率控制方法。本发明专利技术的优点在于：该微网结构省去了传统微网结构中的DC/DC升压变换环节，减少了系统成本，提高了转换器的效率。

A Series Microgrid Structure for Isolated Island Operation and Its Power Control Method

The invention relates to a series micro-grid structure with islanded operation, including DC generating unit, DC/AC converting circuit and sampling circuit, in which DC generating unit includes DC bus capacitor, DC/AC converting circuit includes main power inverting circuit and filtering circuit, sampling circuit includes filtering inductance current sampling circuit and filtering capacitor voltage sampling circuit, and also involves. And the power control method of the microgrid structure mentioned above. The advantages of the invention are that the micro-grid structure eliminates the DC/DC step-up conversion link in the traditional micro-grid structure, reduces the system cost and improves the efficiency of the converter.

【技术实现步骤摘要】
一种孤岛运行的串联型微网结构及其功率控制方法
本专利技术涉及一种孤岛运行的串联型微网结构，还涉及一种上述串联型微网结构的功率控制方法。
技术介绍
微网是一个具备自我控制和自我能量管理的自治系统，将DG以微网的形式接入，被普遍认为是利用DG最有效的方式。微网可以与外部电网并网运行，也可以孤岛运行。微网孤岛运行时，可以提高分布式能源的接纳能力；保证关键负荷供电，提高用户的供电可靠性；解决偏远地区、海岛和荒漠中用户的供电难题。电力电子变换器接口型的DG单元普遍存在于微网系统中，它们主要以并联方式接入微电网与大电网的公共连接点(PCC)。对于新能源发电系统，如光伏发电系统，普遍由组串型光伏板经DC/DC变换环节进行升压到一定的电压范围，再经过逆变进行并网发电。由于系统中大量使用DC/DC变换器，因此，大大提高了系统的成本，同时也降低了DG系统的运行效率。若DG单元分布不集中，则会通过较长的馈线才能并入系统PCC，这将造成一定的馈线阻抗压降损耗。为了降低通信和控制系统的成本，下垂控制方法被广泛应用于微网系统中。但是，传统下垂控制方法具有一定的局限性，存在功率分配误差。考虑到实际应用和降低成本，急需一种无DC/DC变换环节的微网结构，同时开发一种简易实用化的算法来精确分配功率。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种孤岛运行的串联型微网结构，以及一种串联型微网结构的功率控制方法。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为：一种孤岛运行的串联型微网结构，该微网结构用于接入微电网与大电网的公共连接点，其创新点在于：由三个分布式电源单元串联组成，分别为第一分布式电源单元、第二分布式电源单元和第三分布式电源单元，其中第一分布式电源单元的输出侧一端连接共同连接点的一端，另一端连接第二分布式电源单元的输出侧的一端，第二分布式电源单元的输出侧的另一端连接第三分布式电源单元的输出侧的一端，第三分布式电源单元的输出侧的另一端连接共同连接点的另一端；所述分布式电源单元包括：一直流发电单元，所述直流发电单元由直流母线电容与组串型光伏板并联而成；一直流/交流转换电路，该直流/交流转换电路包括主功率逆变电路及滤波电路，滤波电路由滤波电感及滤波电容组成，滤波电感的输入端与主功率逆变电路的输出端相连，滤波电感的输出端与滤波电容的输入端相连，并接入公共连接点的一端或另一个分布式电源单元的滤波电容的输出端，滤波电容的输出端与另一个分布式电源单元的滤波电感的输出端相连或接入公共连接点的另一端；一采样电路，所述采样电路包括采样滤波电感电流的滤波电感电流采样电路及采样滤波电容电压的滤波电容电压采样电路。进一步的，所述组串型光伏板由多个串并联的光伏组件构成。进一步的，所述主功率逆变电路为桥式逆变结构。进一步的，所述滤波电容电压采样电路配备有采用电容或采用电阻。一种串联型微网结构的功率控制方法，其创新点在于：步骤为：a)首先，测量滤波电感电流,以得到电感电流反馈信号Io，测量滤波电容电压,以得到电容电压反馈信号Vc；b)由电感电流反馈信号Io和电容电压反馈信号Vc，得到分布式电源单元的瞬时有功功率和无功功率，并计算其功率因数cos(θ)；c)该功率因数值作为功率因数/频率反下垂控制方法的输入因子，输出为参考角频率ωDG，进而得到电压参考值Vref，如下：ωDG＝ω*+DPF·cos(θ)，式中，ω*为额定角频率，DPF为反下垂控制系数，E为额定电压参考值；d)对于该电压参考值，使用双环电压控制器来跟踪，双环电压控制器的外环控制器用准谐振控制器，外环的传递函数为Gouter(s)，外环输出电流参考值为Iref；内环的传递函数为GInner(s)，内环输出为用于脉冲宽度调制的参考电压值Vout，如下：式中，kp、kinner分别为外环和内环控制的比例增益，h为谐波阶数，ki,h为h阶谐波的比例增益，ωc为准谐振控制器的截止频率。本专利技术的优点在于：本专利技术中的串联型微网结构将多个分布式电源单元通过串联方式连接，区别于传统的多个分布式电源单元并网方式，该微网结构省去了传统微网结构中的DC/DC升压变换环节，从而减少了系统成本，提高了分布式电源单元的运行效率。对分布式电源单元的直流侧输入电压等级要求降低，提高了新能源的利用率，相对地降低了系统建设成本。每个分布式电源单元的输出电流和输出频率恒相等，同时不再考虑分布式电源单元间的环流问题。另外，针对该串联型微电网结构，本专利技术的功率控制方法，具有简单实用的特点，只需要采集一路电流信号和一路电压信号即可，不需要分布式电源单元间的通信，也不需要获取微网系统的参数；系统输出电压波形质量高，谐波含量明显降低；实现了分布式电源单元的有功和无功功率的精确分配，从而解决传统孤立微网中的精确功率分配难题。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为传统的并联型微电网结构示意图。图2为本专利技术的串联型微电网结构示意图。图3为本专利技术的功率因数/频率反下垂控制算法流程图。图4为仿真波形图。具体实施方式下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本专利技术，但并不因此将本专利技术限制在所述的实施例范围之中。如图2、图3所示的一种孤岛运行的串联型微网结构，由三个分布式电源单元串联组成，分别为第一分布式电源单元、第二分布式电源单元和第三分布式电源单元，其中第一分布式电源单元的输出侧一端连接共同连接点的一端，另一端连接第二分布式电源单元的输出侧的一端，第二分布式电源单元的输出侧的另一端连接第三分布式电源单元的输出侧的一端，第三分布式电源单元的输出侧的另一端连接共同连接点的另一端。分布式电源单元包括直流发电单元1、直流/交流转换电路2及采样电路3。直流发电单元1由直流母线电容12与组串型光伏板并联而成，组串型光伏板由多个串并联的光伏组件构成。直流/交流转换电路2包括主功率逆变电路21及滤波电路22，主功率逆变电路21为桥式逆变结构，滤波电路22由滤波电感221及滤波电容222组成，滤波电感221的输入端与主功率逆变电路21的输出端相连，滤波电感221的输出端与滤波电容222的输入端相连，并接入公共连接点的一端或另一个分布式电源单元的滤波电容的输出端，滤波电容222的输出端与另一个分布式电源单元的滤波电感的输出端相连或接入公共连接点的另一端。采样电路3包括采样滤波电感电流的滤波电感电流采样电路31及采样滤波电容电压的滤波电容电压采样电路32，滤波电容电压采样电路配备有采用电容或采用电阻。一种针对上述的串联型微网结构的功率控制方法，如图3所示，其步骤具体如下：第一步，测量滤波电感电流,以得到电感电流反馈信号Io，测量滤波电容电压,以得到电容电压反馈信号Vc。第二步，由电感电流反馈信号Io和电容电压反馈信号Vc，得到分布式电源单元的瞬时有功功率和无功功率，并计算其功率因数cos(θ)。第三步，该功率因数值作为功率因数/频率反下垂控制方法的输入因子，输出为参考角频率ωDG，进而得到电压参考值Vref，如下：ωDG＝ω*+DPF·cos(θ)，式中，ω*为额定角频率，DPF为反下垂控制系数，E为额定电压参考值。第四步，对于该电压参考值，使用双环电压控制器来跟踪，双环电压控制器的外环控制器用准谐振控制器，外环的传递函数为Gouter(s)，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种孤岛运行的串联型微网结构的功率控制方法，该孤岛运行的串联型微网结构用于接入微电网与大电网的公共连接点，由三个分布式电源单元串联组成，分别为第一分布式电源单元、第二分布式电源单元和第三分布式电源单元，其中第一分布式电源单元的输出侧一端连接公共连接点的一端，另一端连接第二分布式电源单元的输出侧的一端，第二分布式电源单元的输出侧的另一端连接第三分布式电源单元的输出侧的一端，第三分布式电源单元的输出侧的另一端连接公共连接点的另一端；所述分布式电源单元包括：一直流发电单元，所述直流发电单元由直流母线电容与组串型光伏板并联而成；一直流/交流转换电路，该直流/交流转换电路包括主功率逆变电路及滤波电路，滤波电路由滤波电感及滤波电容组成，滤波电感的输入端与主功率逆变电路的输出端相连，滤波电感的输出端与滤波电容的输入端相连，并接入公共连接点的一端或另一个分布式电源单元的滤波电容的输出端，滤波电容的输出端与另一个分布式电源单元的滤波电感的输出端相连或接入公共连接点的另一端；一采样电路，所述采样电路包括采样滤波电感电流的滤波电感电流采样电路及采样滤波电容电压的滤波电容电压采样电路；步骤为：a)首先，测量滤波电感电流,以得到电感电流反馈信号Io，测量滤波电容电压,以得到电容电压反馈信号Vc；b)由电感电流反馈信号Io和电容电压反馈信号Vc，得到分布式电源单元的瞬时有功功率和无功功率，并计算其功率因数cos(θ)；c)该功率因数值作为功率因数/频率反下垂控制方法的输入因子，输出为参考角频率ωDG，进而得到电压参考值Vref，如下：ωDG＝ω...

【技术特征摘要】
1.一种孤岛运行的串联型微网结构的功率控制方法，该孤岛运行的串联型微网结构用于接入微电网与大电网的公共连接点，由三个分布式电源单元串联组成，分别为第一分布式电源单元、第二分布式电源单元和第三分布式电源单元，其中第一分布式电源单元的输出侧一端连接公共连接点的一端，另一端连接第二分布式电源单元的输出侧的一端，第二分布式电源单元的输出侧的另一端连接第三分布式电源单元的输出侧的一端，第三分布式电源单元的输出侧的另一端连接公共连接点的另一端；所述分布式电源单元包括：一直流发电单元，所述直流发电单元由直流母线电容与组串型光伏板并联而成；一直流/交流转换电路，该直流/交流转换电路包括主功率逆变电路及滤波电路，滤波电路由滤波电感及滤波电容组成，滤波电感的输入端与主功率逆变电路的输出端相连，滤波电感的输出端与滤波电容的输入端相连，并接入公共连接点的一端或另一个分布式电源单元的滤波电容的输出端，滤波电容的输出端与另一个分布式电源单元的滤波电感的输出端相连或接入公共连接点的另一端；一采样电路，所述采样电路包括采样滤波电感电流的滤波电感电流采样电路及采样滤波电容电压的滤波电容电压采样电路；步骤为：a)首先，测量滤波电感电流,以得到电感电流反馈信号Io，测量滤波电容电压,以得到电容电压反馈信号Vc；b)由电感电流反馈信号Io和电容电压反馈...

【专利技术属性】
技术研发人员：何晋伟，殷晓华，孙树敏，王瑞琪，
申请(专利权)人：如皋市协创能源科技有限公司，国网山东省电力公司电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32