一种基于电流跟踪算法的微电网平滑切换控制的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于电流跟踪算法的微电网平滑切换控制的方法，其特征在于，包括如下步骤：1）对微电网主控单元逆变器电路进行建模；2）确定微电网运行模式；3）设计电流跟踪算法；4）调制输出信号波形。这种方法能防止电流突变、能有效保证系统稳定运行以及母线电压和频率的稳定、能实现并离网的平滑切换、能提高微电网内负载的供电可靠性，也可以减小对外部电网的影响。

A smooth switching control method of microgrid based on current tracking algorithm

The invention discloses a method of micro grid smooth switching control based on current tracking algorithm, which is characterized in that the following steps are included: 1) modeling the main control unit inverter circuit of micro grid; 2) determining the operation mode of micro grid; 3) designing current tracking algorithm; 4) modulating the output signal waveform. This method can prevent the sudden change of current, effectively ensure the stable operation of the system and the stability of bus voltage and frequency, realize the smooth switching of parallel and off grid, improve the power supply reliability of the internal load of microgrid, and also reduce the impact on the external grid.

【技术实现步骤摘要】
一种基于电流跟踪算法的微电网平滑切换控制的方法
本专利技术涉及电力电子
的分布式电源在电力系统的应用，具体是一种基于电流跟踪算法的微电网平滑切换控制的方法。
技术介绍
随着传统能源供应短缺和环境污染的加剧以及用电可靠性的要求逐步提高，高效、清洁的分布式电源在电力系统中得到了广泛的应用，微电网作为解决分布式发电与电网互联问题的一种有效途径，是近年来研究的热点。微电网的分布式电源主要由储能单元、光伏阵列、风电机组等部件组成。在微电网中，负载的随机性以及光伏、风力等分布式电源自身的间歇性与波动性，严重影响微电网的电能质量和系统的安全性。微电网的控制是保证微电网稳定运行的关键技术，在主从结构的微电网中，主控单元逆变器则决定着并离网工作模式切换时的动态变换过程和系统内的电压稳定，微电网主控单元逆变器的控制方法是研究主从式微电网的重要内容。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，而提供一种基于电流跟踪算法的微电网平滑切换控制的方法。这种方法能防止电流突变、能有效保证系统稳定运行以及母线电压和频率的稳定、能实现并离网的平滑切换、能提高微电网内负载的供电可靠性，也可以减小对外部电网的影响。实现本专利技术目的的技术方案是：一种基于电流跟踪算法的微电网平滑切换控制的方法，与现有技术不同的是，包括如下步骤：1)对主控单元逆变器进行建模：当微电网采用主从控制结构时，为保证系统的稳定运行，需要确定一个分布式电源作为主控制单元，储能单元由于其可控性，可作为主控单元的最佳选择，选取储能单元作为主控单元，对主控单元的三相全桥电压型逆变器电路进行建模，逆变器采用LC输出滤波，选取通过滤波电感的电流iLn(n＝a,b,c)和滤波电容上的电压un(n＝a,b,c)为状态变量，可列状态方程如公式(1)、公式(2)所示：其中，r为滤波电感的寄生电阻，Lf为滤波电感值，Cf为滤波电容值，usn(n＝a,b,c)为交流侧输出电压，in(n＝a,b,c)为逆变器输出电流，在abc三相自然坐标系下，abc三相正弦交流信号虽然没有相互耦合关系，但变量较多，所需控制器个数较多，设计相对复杂，且交流信号的调节存在静态误差，更加难以控制，为了减少控制变量的个数，将abc三相自然坐标系下的三相交流信号通过Clark变换到αβ两相静止坐标系下进行控制，可列写如下状态方程为公式(3)、公式(4)：但αβ两相正弦交流信号仍存在静态误差问题难以解决，针对正弦交流信号给系统控制器带来的控制难度，采用Park变换将αβ两相静止坐标系下的交流信号变换为dq两相旋转坐标系下的直流量，状态方程变换为公式(5)、公式(6)：由公式(5)、公式(6)可知，控制器可以对直流信号进行无静态误差控制；2)确定微电网运行模式：主电网正常运行时，系统由主电网和微电网共同为负载供电，微电网处于并网运行模式，主电网维持了系统电压和频率的稳定，微电网内部所有分布式电源均采用恒功率控制以实现能源的最大利用，当主电网发生故障时，微电网会主动与主电网断开联系，转为孤岛运行模式，微电网内部主控制单元逆变器采用恒压/恒频控制模式，为主要负荷供电，提供电压和频率的支撑，其余分布式电源则作为从控制单元，采用恒功率控制模式，直到主电网恢复正常运行，微电网又转为并网运行模式；3)设计电流跟踪算法：包括以下3部分：(1)恒功率控制：微电网并网运行时，主控单元逆变器采用恒功率控制模式，恒功率控制器主要由功率外环控制部分和电流内环控制部分组成，每个分布式电源发出恒定的有功功率，使用功率外环控制的控制方程为公式(7)：式中，idref和iqref分别表示在dq参考坐标系下，电流内环参考设定值iref的d轴分量和q轴分量，pref和Qref为系统设定的参考值，P和Q为逆变器输出的有功功率和无功功率的实际值，是根据公式(8)计算得到的测量值，Kp1表示功率比例积分控制器中比例项系数，Ki1表示功率比例积分控制器中积分项系数，1/s表示积分作用，有功功率和无功功率的实际值计算方法如公式(8)所示：式中，id、iq和ud、uq是逆变器输出电流iabc与逆变器输出电压uabc的dq轴分量；(2)恒压/恒频控制：微电网孤岛运行时，主控单元逆变器采用恒压/恒频控制模式，维持系统的电压和频率稳定，恒压/恒频控制由电压外环控制和电流内环控制组成，其电流内环控制部分和恒功率控制模式的电流内环控制部分相同，内环控制的电流参考值是由电压外环决定的，将电压外环控制器的输出值通过交叉耦合补偿，得到电流参考值，电压外环控制的控制方程如公式(9)所示：式中，Kp2表示电压比例积分控制器中比例项系数，Ki2表示电压比例积分控制器中积分项系数，1/s表示积分作用，ud和uq分别表示在dq参考坐标系下，逆变器输出电压的d轴分量和q轴分量，Cf表示逆变器终端所连接的LC滤波器中电容数值，ωn为其系数，其中，udref和uqref分别表示在dq参考坐标系下，电压外环参考设定值uref的d轴分量和q轴分量,由uref和参考频率fref决定，ωref和锁相环中角频率ω的差值进行积分得到相角θ，电压参考值计算方法如如公式(10)所示：(3)确定电流跟踪算法：当主控单元逆变器在并网转离网或离网转并网切换的瞬间，控制器转换时存在调节延时问题，外环控制器输出的电流参考值易发生突变，微电网由并网运行切换至孤岛运行时，主控单元逆变器由恒功率控制切换至恒压/恒频控制，在切换前恒功率控制器输出的电流参考信号作为电流内环控制器的输入，恒压/恒频控制器不参与运行，输出为零，在切换瞬间恒压/恒频控制器参与运行，恒功率控制器退出，电流参考信号会由某一数值瞬间变为零，同样，微电网由孤岛运行切换至并网运行得瞬间也会发生类似的状况，造成持续的暂态振荡，为解决此类问题，将恒功率控制器与恒压/恒频控制器合并在一起共用电流内环控制部分的双模式控制器模型的基础上，确定电流跟踪的方法是跟随切换前一时刻电流的状态，使恒压/恒频控制器的输出状态与恒功率控制器的输出状态在切换瞬间保持一致，保证参考电流的连续性与准确性，将功率外环控制器的输出irefp、irefQ分别叠加到电压外环控制器的输出上，同样也把电压外环控制器经PI调节部分的输出iΔud、iΔuq分别叠加到功率外环控制器的输出，并结合功率外环和电压外环控制表达式，得电流跟踪控制方程如公式(11)、公式(12)所示：式中，iΔp、iΔQ是功率外环控制器经PI调节部分的输出，irefud、irefuq是电压外环控制器的输出，为了进一步对外环输出的参考电流进行控制，令idref和iqref等于下公式(13)：由前述内容已知：所以可以推导出公式(14)：因此跟踪系数α，β的表达式如公式(15)所示：并离网双模式合并后，将恒功率控制与恒压/恒频控制共用的电流内环P本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电流跟踪算法的微电网平滑切换控制的方法，其特征在于，包括如下步骤：/n1)对主控单元逆变器进行建模：当微电网采用主从控制结构时，为保证系统的稳定运行，需要确定一个分布式电源作为主控制单元，储能单元由于其可控性，可作为主控单元的最佳选择，选取储能单元作为主控单元，对主控单元的三相全桥电压型逆变器电路进行建模，逆变器采用LC输出滤波，选取通过滤波电感的电流i

【技术特征摘要】
1.一种基于电流跟踪算法的微电网平滑切换控制的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)对主控单元逆变器进行建模：当微电网采用主从控制结构时，为保证系统的稳定运行，需要确定一个分布式电源作为主控制单元，储能单元由于其可控性，可作为主控单元的最佳选择，选取储能单元作为主控单元，对主控单元的三相全桥电压型逆变器电路进行建模，逆变器采用LC输出滤波，选取通过滤波电感的电流iLn(n＝a,b,c)和滤波电容上的电压un(n＝a,b,c)为状态变量，可列状态方程如公式(1)、公式(2)所示：






其中，r为滤波电感的寄生电阻，Lf为滤波电感值，Cf为滤波电容值，usn(n＝a,b,c)为交流侧输出电压，in(n＝a,b,c)为逆变器输出电流，
在abc三相自然坐标系下，abc三相正弦交流信号虽然没有相互耦合关系，但变量较多，所需控制器个数较多，设计相对复杂，且交流信号的调节存在静态误差，更加难以控制，为了减少控制变量的个数，将abc三相自然坐标系下的三相交流信号通过Clark变换到αβ两相静止坐标系下进行控制，可列写如下状态方程为公式(3)、公式(4)：






但αβ两相正弦交流信号仍存在静态误差问题难以解决，针对正弦交流信号给系统控制器带来的控制难度，采用Park变换将αβ两相静止坐标系下的交流信号变换为dq两相旋转坐标系下的直流量，状态方程变换为公式(5)、公式(6)：






2)确定微电网运行模式：主电网正常运行时，系统由主电网和微电网共同为负载供电，微电网处于并网运行模式，当主电网发生故障时，微电网会主动与主电网断开联系，转为孤岛运行模式，微电网内部主控制单元逆变器采用恒压/恒频控制模式，其余分布式电源则作为从控制单元，采用恒功率控制模式，直到主电网恢复正常运行，微电网又转为并网运行模式；
3)设计电流跟踪算法：包括以下3部分：
(1)恒功率控制：微电网并网运行时，主控单元逆变器采用恒功率控制模式，恒功率控制器主要由功率外环控制部分和电流内环控制部分组成，每个分布式电源发出恒定的有功功率，使用功率外环控制的控制方程为公式(7)：



式中，idref和iqref分别表示在dq参考坐标系下，电流内环参考设定值iref的d轴分量和q轴分量，pref和Qref为系统设定的参考值，P和Q为逆变器输出的有功功率和无功功率的实际值，是根据公式(8)计算得到的测量值，Kp1表示功率比例积分控制器中比例项系数，Ki1表示功率比例积分控制器中积分项系数，1/s表...

【专利技术属性】
技术研发人员：李廷会，项琴琴，廖志贤，黄荟霖，
申请(专利权)人：广西师范大学，
类型：发明
国别省市：广西;45