本发明专利技术公开了一种分布式发电系统中三相逆变器的电流式控制方法，控制系统分为相位生成模块和幅度调节模块。相位生成模块在并网运行时，获取电网电压的相位；孤岛运行时，通过对额定电网角频率积分生成相位。幅度调节模块中，由外向内依次为电网电流环、电容电压环，同时在电网电流环的输出有限幅器。当并网运行时，限幅器不起作用，逆变器控制成电流源；当孤岛运行时，电网电流环无法调节电网电流，限幅器起作用，逆变器控制成电压源。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及分布式发电领域，具体说是分布式发电系统中一种实现三相逆变器在 孤岛模式和并网模式之间切换的控制方法。
技术介绍
传统的电力系统以大机组、大电网、高电压、集中式为其主要特征，其自身缺陷已 经无法满足当今社会的要求。首先，传统电力系统的供电可靠性低。在传统的大型电力系统 中，由于任何一点的故障所产生的扰动都会对整个电力系统造成较大的影响，严重时可能 引起大面积停电甚至是全网崩溃，造成灾难性后果。其次，传统电力系统的经济效益不高。 集中式大电网不能灵活跟踪电力负荷的变化，而为了短暂的峰荷建造发电厂其花费是巨大 的，经济效益也非常低。随着负荷峰谷差的不断增大，电网的负荷率正逐年下降，发输电设 施的利用率都有下降的趋势。再次，传统电力系统中绝大部分采用火力发电，消耗不可再生 的化石能源，如煤、石油。同时，化石能源燃烧后产生温室气体，危害到人类的生存环境和健 康安全，不符合可持续发展以及低碳经济的要求。由于以上原因，分布式发电受到人们的日益重视。分布式发电是指为了满足某 些终端用户的需求，接在用户侧附近的小型发电机组或发电及储能的联合系统。分布式发 电系统按使用能源可以分为微型燃气轮机、燃料电池、太阳能光伏电池、风力发电以及生 物质能。为了提高能源的利用效率和降低成本，分布式发电往往采用冷热电三联供的形式。 分布式发电的重要意义体现在以下几个方面。首先，当大电网出现大面积停电事故时，分布 式发电系统仍能保持正常运行，因此可以提高供电的可靠性。其次，夏季和冬季一般是负荷 的高峰时期，此时如果采用以天然气为燃料的微型燃气轮机等冷热电三联供系统，不但可 解决冬夏季的供热与供冷的需要，同时提供一部分电力，因此可降低电力峰荷，起到调峰的 作用。第三，因其采用天然气作燃料，或以太阳能、风能为能源，可以减少温室气体的排放， 减轻了环保的压力，同时降低了对化石能源的依赖程度，是解决能源危机的一种很好的方 式。最后，由于分布式发电可以用发电的余热来制热、制冷，能源得以合理的梯级利用，从而 可提高能源的利用效率。分布式发电系统具有两种运行模式，并网模式和孤岛模式。当大电网正常时，分布 式发电系统与大电网相连，向大电网注入功率，此时称为并网模式。当大电网故障时，分布 式发电系统与大电网脱离，同时给周围的重要负荷供电，此时称为孤岛模式。分布式发电系 统在并网运行模式下，当检测到大电网故障，应立即切换到孤岛模式，使重要负荷不会因为 大电网故障而出现供电中断；当大电网恢复正常后，分布式发电系统应该切换到并网模式。 为了保证关键负荷的供电可靠性，分布式发电系统在这两种模式之间的无缝切换具有重要 的意义。典型的分布式发电系统一般由能量变换单元、电力电子变换器构成。能量变换单 元将一次能源转换为电能，但是该电能还无法直接使用，需要由电力电子变换器变换可以 使用的电能。在并网模式下，变换后的电能注入大电网，在孤岛模式下，变换后的电能直接4给关键负荷供电，因此分布式发电系统通过电力电子变换器与大电网和关键负荷相连。电 力电子变换器可能由多个功能模块(如逆变器、斩波器)级联而成，由于大电网或关键负荷 都是交流的，因此电力电子变换器末端的功能模块一般是逆变器。由于逆变器直接与大电 网和关键负荷相连，因此分布式发电系统运行模式的切换取决于对该逆变器的运行模式的 切换。如何实现逆变器的运行模式的切换，保证关键负荷的供电可靠性，一些学者对其 进行了研究。已有技术，见 IEEE TRANSACTIONS ONINDUSTRIAL ELECTRONICS 第 53 卷 第 5 期出版的"An Improved UtilityInterface for Microturbine Generation System With Stand-AloneOperation Capabilities”，采用三相逆变器与电网和关键负荷相连。在 并网模式下，电流传感器检测注入电网的电流，逆变器控制成电流源，同时可以补偿关键负 荷吸收的无功功率，使大电网的功率因数为一。在孤岛模式下，电流互感器检测滤波电容上 的电流形成电流内环，同时检测电容电压构成电压外环，逆变器控制成电压源，给关键负载 供电，检测滤波电容的电流使负载电压波形失真小。在两种运行模式下，由于共用一套电流 互感器，降低了系统侧成本，但当运行模式切换时，必须改变控制结构，因而无法保证运行 模式的无缝切换。已有技术，见 IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY 第 23 卷第 2 期出版 白勺"A control strategy for a distributed generation unit ingrid-connected and autonomous modes of operation”，将逆变器始终控制成电压源，并模拟同步发电机的特 性，通过频率和电压分别控制有功功率和无功功率。当并网运行时，系统的频率由大电网决 定，同时输出的有功功率取决于频率，此时输出的无功功率恒定，并等于给定值。当孤岛运 行时，系统频率随负荷吸收的有功功率变化而变化，系统电压随负荷吸收的无功功率变化 而变化，成下垂特性。当运行模式切换时，有功功率的控制结构不发生变化，但是无功功率 的控制结构发生改变。同时，由于并网运行时控制成电压源，因而切换时动态响应较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种三相逆变器的控制方法，使其能在孤岛模式和并网模 式之间能实现切换。当分布式发电系统并网运行时，三相逆变器控制成电流源；当孤岛运 行时，通过限幅器自动使三相逆变器控制成电压源，从而不需要改变控制结构，实现无缝切换。为达到以上目的，本专利技术是采取如下技术方案予以实现的一种，包括相位生成、幅度调节 和并网与孤岛两种运行模式的切换，其中1、相位生成采用一个相位生成模块来生成三相逆变器的相位，具体如下述步骤1. 1检测三相电网电压vgab。，经过式(1)所示的旋转变换，得到电网电压D、Q轴的 分量Vgd和Vgq，旋转变换的相位由后面的步骤1. 4的输出提供；广O2 λcos 汐 cos θ——πI 3 J-sin^ - η\ θ- — πI 3 ,cosf ^ II 3 J-sin ^+vxcy(6)5 1.2电网电压Q轴分量Vgq经过第一比例积分调节器，其输出《8作为数据选择器 的第二输入；1.3数据选择器的第一输入为额定角频率值《&，数据选择器的输出作为第一限 幅器的输入；1.4第一限幅器的输出(0经过积分器得到逆变器的相位e ；2、幅度调节采用一个幅度调节模块来调节三相滤波电容电压和三相电网电流的 幅度，具体如下述步骤2. 1检测三相电网电流igab。，经过式(1)所示的旋转变换，得到电网电流D、Q轴分 量igd和igq，旋转变换的相位0由相位生成步骤1.4提供；2. 2电网电流D轴指令Igref与电网电流D轴分量igd之差作为第二比例积分调节器 的输入，其输出经过第二限幅器之后，作为第一加法器的一个输入，同时电网电流Q轴分量 igq经过第二比例调节器后作为第一加法器的另一个输入，第一加法器的输出为滤波电容电 压D轴指令verefd ；2. 3电网电流Q轴指令为零，它与电网电流Q轴分量i本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种分布式发电系统中三相逆变器的电流式控制方法，其特征在于，包括相位生成、幅度调节和并网与孤岛两种运行模式的切换，其中：（１）相位生成采用一个相位生成模块来生成三相逆变器的相位，具体如下述步骤：（１．１）检测三相电网电压ｖ↓［ｇａｂｃ］，经过式（１）所示的旋转变换，得到电网电压Ｄ、Ｑ轴的分量ｖ↓［ｇｄ］和ｖ↓［ｇｑ］，旋转变换的相位由后面的步骤（１．４）的输出提供；＊＊＊（１）（１．２）电网电压Ｑ轴分量ｖ↓［ｇｑ］经过第一比例积分调节器，其输出ω↓［ｇ］作为数据选择器的第二输经发生；（３．２）断开并网开关；（３．３）相位生成模块中的数据选择器从第二输入切换到第一输入；（４）从孤岛模式向并网模式切换步骤如下：（４．１）分布式发电系统检测到电网已经正常；（４．２）相位生成模块中的数据选择器从第一输入切换到第二输入；（４．３）当电网电压Ｑ轴分量调节到零后，闭合并网开关。入；（１．３）数据选择器的第一输入为额定角频率值ω↓［ｒｅｆ］，数据选择器的输出作为第一限幅器的输入；（１．４）第一限幅器的输出ω经过积分器得到逆变器的相位θ；（２）幅度调节采用一个幅度调节模块来调节三相滤波电容电压和三相电网电流的幅度，具体如下述步骤：（２．１）检测三相电网电流ｉ↓［ｇａｂｃ］，经过式（１）所示的旋转变换，得到电网电流Ｄ、Ｑ轴分量ｉ↓［ｇｄ］和ｉ↓［ｇｑ］，旋转变换的相位θ由相位生成步骤（１．４）提供；（２．２）电网电流Ｄ轴指令Ｉ↓［ｇｒｅｆ］与电网电流Ｄ轴分量ｉ↓［ｇｄ］之差作为第二比例积分调节器的输入，其输出经过第二限幅器之后，作为第一加法器的一个输入，同时电网电流Ｑ轴分量ｉ↓［ｇｑ］经过第二比例调节器后作为第一加法器的另一个输入，第一加法器的输出为滤波电容电压Ｄ轴指令ｖ↓［Ｃｒｅｆｄ］；（２．３）电网电流Ｑ轴指令为零，它与电网电流Ｑ轴分量ｉ↓［ｇｑ］之差作为第三比例积分调节器的输入，其输出经过第三限幅器之后，作为第二加法器的一个输入，同时电网电流Ｄ轴分量ｉ↓［ｇｄ］经过第一比例调节器后作为第二加法器的另一个输入，第二加法器的输出为滤波电容电压Ｑ轴指令ｖ↓［Ｃｒｅｆｑ］；（２．４）检测三相滤波电容电压ｖ↓［Ｃａｂｃ］，经过式（１）所示的旋转变换，得到滤波电容Ｄ、Ｑ轴分量ｖ↓［Ｃｄ］和ｖ↓［Ｃｑ］，旋转变换的相位θ由相位生成步骤（１．４）提供；（２．５）滤波电容电压Ｄ轴指令ｖ↓［Ｃｒｅｆｄ］与滤波电容电压Ｄ轴分量ｖ↓［Ｃｄ］之差作为电容电压闭环控制器的一个输入，滤波电容电压Ｑ轴指令ｖ↓［Ｃｒｅｆｑ］与滤波电容电压Ｑ轴分量ｖ↓［Ｃｑ］之差作为电容电压闭环控制器的另一个输入，电容电压闭环控制器输出占空比Ｄ、Ｑ轴分量ｄ↓［ｄ］和ｄ↓［ｑ］；（２．６）占空比ＤＱ轴分量ｄ↓［ｄ］和ｄ↓［ｑ］经过式（２）所示的反旋转变换得到三相占空比ｄ↓［ａ］、ｄ↓［ｂ］和ｄ↓［ｃ］，其中反旋转变换的相位θ由相位生成步骤（１．４）提供，然后通过脉冲宽度调制器，生成六路脉冲宽度调制信号分别控制三相逆变器中的六个全控功率器件＊＊＊（２）并网与孤岛两种运行模式的切换包括从并网模式向孤岛模式切换和从孤岛模式向并网模式切换，其中：（３）从并网模式向孤岛模式切换步骤如下：（３．１）分布式发电系统检测到孤岛已...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘进军，刘增，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87
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