无锁相环的相位无差追踪的并网预同步方法技术

本发明专利技术公开了一种无锁相环的相位无差追踪的并网预同步方法，基于一种预同步控制电路，步骤包括：步骤1，切断开关S1，将采集到的并网点电压幅值U

【技术实现步骤摘要】
无锁相环的相位无差追踪的并网预同步方法


[0001]本专利技术属于电力电子控制
，涉及一种无锁相环的相位无差追踪的并网预同步方法。

技术介绍

[0002]在新能源快速发展的时代背景下，光伏和风力发电等分布式电源在电力系统的渗透率越来越高；同时，为了减轻光伏和风电的随机波动性对系统带来的冲击，储能设备得到了长足发展。这些分布式发电及储能设备大多通过电力电子逆变器并入电网，为保证电力系统的安全稳定运行，越来越多的逆变器采用构网型控制，既可以离网运行也可以并网运行。但在离网模式到并网模式切换过程中，由于逆变器在离网状态下的输出电压一般与电网电压存在相位差，这将导致逆变器在并网瞬间产生较大的电流冲击，而减小电流冲击的关键为电压相位预同步技术。因此，不断优化预同步技术对实现逆变器从离网状态到并网状态的平滑切换具有十分重要的意义。
[0003]目前，预同步技术主要分为需要锁相环和不需要锁相环两大类。需要锁相环的预同步技术，其基本原理简单易懂，但是这类方法需要锁相环，锁相环的锁相过程需要一定时间，且锁相环在电网电压不对称和畸变时，获取的相角信息存在波动，因此这类方法实现起来相对容易但效果欠佳。不需要锁相环的预同步技术，其特点是同步速度快、并网稳定性高，效果良好。但是，在大多数情况下往往需要坐标变换或者虚构一个不存在的回路来实现，数学原理较复杂，难以实施。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种无锁相环的相位无差追踪的并网预同步方法，解决了现有技术在并网瞬间由于电压相位差导致的电流冲击，影响电网安全的问题。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是，一种无锁相环的相位无差追踪的并网预同步方法，基于一种预同步控制电路，按照以下步骤实施：
[0006]步骤1，切断开关S1，将采集到的并网点电压幅值U
n
作为逆变器输出电压的参考值，完成电压幅值预同步；
[0007]步骤2，切断开关S2，将采集到的并网点电压频率ω
n
作为逆变器输出电压的参考值，完成电压频率预同步；
[0008]步骤3，闭合开关S3，完成全部预同步；
[0009]步骤4，在并网的瞬间，闭合开关S1和开关S2，断开开关S3，使得逆变器从VF控制切换至VSG控制；完成同步后，逆变器随时能够进行并网。
[0010]本专利技术的有益效果是，包括以下几个方面：1)不需要锁相环。2)不需要逻辑电路判断并网条件。3)测试0～360
°
的初相位差均能在0.4秒内完成自动追踪。4)原理相对其它无锁相环类的预同步方法更直接易懂，容易复现。5)从误差量的选取上简化了控制结构，减少了不必要的数学运算。
附图说明
[0011]图1是本专利技术并网预同步方法采用的主电路图；
[0012]图2是现有技术未加入预同步模块的逆变器控制结构图；
[0013]图3是使用本专利技术并网预同步方法的逆变器控制结构图；
[0014]图4是相位预同步的控制结构图及其原理说明图；
[0015]图5是本专利技术实施例1逆变器输出电压u
a
与并网点电压u
p，a
之间的交流误差波形；
[0016]图6是本专利技术实施例1逆变器输出电压u
a
与并网点电压u
p，a
之间的直流误差波形；
[0017]图7是本专利技术实施例1逆变器输出电压u
a
对并网点电压u
p，a
的追踪仿真波形；
[0018]图8是本专利技术实施例1使用预同步并网点电流的仿真波形；
[0019]图9是不使用预同步并网点电流的仿真波形；
[0020]图10是本专利技术实施例3三台逆变器于并联过程中的输出功率波形；
[0021]图11是本专利技术实施例3三台逆变器于并联过程中有预同步控制的输出电流波形；
[0022]图12是三台逆变器于并联过程中无预同步控制的输出电流波形。
具体实施方式
[0023]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0024]逆变器从单机独立运行到接入电网的这个过程简称为并网，而并网前的准备工作是使得逆变器输出电压与并网点电压预同步，这个功能的实现需要对逆变器的控制电路进行设计。本专利技术无锁相环的相位无差追踪的并网预同步方法(以下简称本专利技术方法)对下垂控制(droop)和虚拟同步发电机控制(VSG)都适用，以下文本中以VSG控制为例进行说明。
[0025]本专利技术方法采用的逆变器的结构是，分为主电路和控制电路两大部分，如图1，主电路的拓扑为交流侧接LC滤波电路的三相半桥逆变电路；控制电路又分为功率环、电压环和电流环，其中，功率环的输入是功率，输出是电压，作用是将输入量通过公式变换成逆变器的输出电压参考值；电压环的输入是电压，输出是电流，作用是将输入量通过dq坐标系下的KCL方程变成电感电流参考值；电流环的输入是电流，输出是调制波，作用是将输入量通过dq坐标系下的KVL方程变成电感电流参考值。
[0026]现有技术中的(未加入预同步模块)主流控制电路如图2所示，图2为虚拟同步控制技术的控制结构图(可以理解为编程算法流程图)，现广泛应用于新能源发电领域。现从左到右简述图2中的主要内容：L表示滤波电感，C表示滤波电容，P
*
为有功功率给定值，Q
*
为无功功率给定值；P为有功功率反馈值，Q为无功功率反馈值；将两种功率给定值和相应的反馈值做差后，有功差值和无功差值各自通过摇摆方程(也被称为转子机械方程)和下垂系数，分别得到电压幅值偏差ΔU和电压频率偏差Δω；U
n
为电网的电压幅值标称值，ω
n
为电网的电压频率标称值；将两种标称值与相应的偏差值作差，分别得到输出电压幅值给定值U
*
和为输出电压相角给定值θ
*
；将U
*
和θ
*
输入电压电流双闭环中(由于该电压电流双闭环的控制结构较为复杂且属于现有技术，这里不再赘述)；电压电流双闭环的输出为V
pwmd
和V
pwmq
，V
pwmd
和V
pwmq
分别为桥臂输出电压的d轴分量和q轴分量，对V
pwmd
和V
pwmq
进行反坐标变换，得到桥臂输出电压V
pwm，abc
的PWM控制信号。
[0027]参照图3，是本专利技术方法采用的预同步控制电路，将图3与图2相对比可见，本专利技术方法采用的控制电路是在图2架构的基础之上新增了预同步模块，主要包括在开关S1和开
关S2基础上增加了开关S3、以及开关S3的附加结构，开关S3的附加结构见图3中虚线框所示，虚线框中的流程结构说明如下：u
a
表示逆变器输出的a相电压，u
p，a
表示并网点a相电压；将u
a
和u
p，a
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无锁相环的相位无差追踪的并网预同步方法，其特征在于，基于一种预同步控制电路，按照以下步骤实施：步骤1，切断开关S1，将采集到的并网点电压幅值U
n
作为逆变器输出电压的参考值，完成电压幅值预同步；步骤2，切断开关S2，将采集到的并网点电压频率ω
n
作为逆变器输出电压的参考值，完成电压频率预同步；步骤3，闭合开关S3，完成全部预同步；步骤4，在并网的瞬间，闭合开关S1和开关S2，断开开关S3，使得逆变器从VF控制切换至VSG控制；完成同步后，逆变器随时能够进行并网。2.根据权利要求1所述的无锁相环的相位无差追踪的并网预同步方法，其特征在于，步骤2中，具体过程是：经过步骤1后，逆变器输出电压的幅值被控制至电网的电压标称值U
n
；再经过步骤2后，逆变器输出电压的频率被控制至电网的频率标称值ω
n
，此时逆变器输出电压的表达式为：u
a
＝U
n
cos(ω
n
t+θ1)，其中，θ1表示逆变器输出电压的相位实际值，U
n
为电网的电压幅值标称值，ω
n
为电网的电压频率标称值；t表示时间。3.根据权利要求1所述的无锁相环的相位无差追踪的并网预同步方法，其特征在于，步骤3中，具体过程是：由于幅值和频率的同步时间是毫秒级，因此在等待0.01秒后再闭合开关S3，预同步模块有两个输入：输入1：逆变器输出电压u
a
＝U
n
cos(ω
n
t+θ1)，输入2：并网点的电压u
p，a
＝U
n
cos(ω
n
t+θ2)；其中，θ2表示大电网在并网点处的电压相位实际值，这个量在实际操作时是未知的，但是通过下述的过程对这个未知量进行追踪，将输入1和输入2的函数式做差，误差值
△...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘忠美，李骁洋，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：