本發(fā)明涉及微電網(wǎng)或分布式發(fā)電系統(tǒng)領(lǐng)域，特別涉及一種儲能逆變器并離網(wǎng)無縫切換控制方法。

背景技術(shù)：

隨著分布式發(fā)電技術(shù)的發(fā)展,傳統(tǒng)的集中式發(fā)電系統(tǒng)正在向分布式發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)型。分布式發(fā)電系統(tǒng)接近負(fù)載,供電可靠性高,可以為邊遠(yuǎn)山區(qū)或商業(yè)區(qū)供電,減少了輸電損耗。有力的緩解了我國的能源問題,提高了供電可靠性。

分布式發(fā)電系統(tǒng)主要由分布式電源、儲能裝置、負(fù)載和電網(wǎng)組成,由于儲能逆變器具有削峰填谷的功能,在分布式發(fā)電系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。由于光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等分布式系統(tǒng)具有隨機性、間歇性的特點,因此為了維持分布式發(fā)電系統(tǒng)孤島運行時頻率穩(wěn)定、功率平衡和電壓穩(wěn)定,就需要在系統(tǒng)中加入儲能環(huán)節(jié)。儲能電源的并網(wǎng)/離網(wǎng)切換動態(tài)過程直接影響到敏感負(fù)荷的供電質(zhì)量。因此對儲能逆變器的控制就尤為重要。

目前，圍繞微網(wǎng)無縫切換技術(shù)已開展大量研究。由于并網(wǎng)/離網(wǎng)轉(zhuǎn)換前后控制對象發(fā)生變化，并網(wǎng)狀態(tài)和離網(wǎng)狀態(tài)控制策略的不同，電網(wǎng)故障時不能快速脫網(wǎng)，因此切換過渡過程較長，沖擊較大，對敏感負(fù)荷的供電質(zhì)量也有較大影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足,提出了一種儲能逆變器并離網(wǎng)無縫切換控制方法，其可以實現(xiàn)并、離網(wǎng)狀態(tài)及其之間的自動平滑切換。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種儲能逆變器并離網(wǎng)無縫切換控制方法,包括控制系統(tǒng)、儲能裝置,當(dāng)逆變器處于并網(wǎng)狀態(tài)時,采用雙閉環(huán)前饋解耦控制系統(tǒng)，電流內(nèi)環(huán)控制電感電流，d軸直流電壓外環(huán)穩(wěn)定逆變器直流側(cè)電壓，q軸電網(wǎng)無功電流外環(huán)保證系統(tǒng)對電網(wǎng)呈現(xiàn)單位功率因數(shù)；

當(dāng)逆變器處于離網(wǎng)狀態(tài)時，負(fù)荷端電壓由逆變器維持，控制模型需考慮濾波電容和負(fù)荷的影響，采用雙閉環(huán)前饋解耦控制，旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系與并網(wǎng)時一致，電感電流內(nèi)環(huán)提高動態(tài)響應(yīng)速度，并具有限流作用，d軸電容電壓外環(huán)保障負(fù)荷端電壓質(zhì)量，q軸電壓外環(huán)給定值為0，保證從并網(wǎng)切換到離網(wǎng)后負(fù)載電壓相位不變；

當(dāng)逆變器處于并網(wǎng)狀態(tài)與離網(wǎng)狀態(tài)之間時,切換過程分3個階段完成，并在兩種工作狀態(tài)間自動無縫切換；

其中離網(wǎng)狀態(tài)包括主動離網(wǎng)和被動離網(wǎng)。

進(jìn)一步的，所述的儲能裝置采用蓄電池組，所述控制系統(tǒng)包括開關(guān)管T₁、T₂、電感L_d，以及直流電容C_d構(gòu)成Buck/Boost變換器；VT1～VT6構(gòu)成三相電壓源型逆變器；LC構(gòu)成濾波器，R為電感內(nèi)阻，帶敏感負(fù)荷Z，經(jīng)過反并聯(lián)晶閘管開關(guān)S1、S2、S3與電網(wǎng)連接。

進(jìn)一步的，所述的逆變器直流側(cè)電壓由蓄電池組及Buck/Boost電路維持。

進(jìn)一步的，所述的儲能裝置在電網(wǎng)正常情況下工作于并網(wǎng)模式，作為電網(wǎng)可調(diào)度負(fù)荷，補償本地?zé)o功負(fù)荷，使系統(tǒng)對電網(wǎng)呈現(xiàn)單位功率因數(shù)；在電網(wǎng)需要檢修或異常情況下，固態(tài)開關(guān)S1～S3迅速斷開，儲能裝置工作于離網(wǎng)模式，保障本地敏感負(fù)荷的供電；電網(wǎng)恢復(fù)正常后，閉合固態(tài)開關(guān)，恢復(fù)到并網(wǎng)工作模式。

進(jìn)一步的，包括主動離網(wǎng)切換控制，該主動離網(wǎng)切換控制是在電網(wǎng)電壓正常情況下進(jìn)行的，當(dāng)需要主動離網(wǎng)時，控制器控制Buck/Boost電路維持直流母線電壓為額定值，并不斷檢測電網(wǎng)電流，直至電網(wǎng)電流減小到0，當(dāng)電網(wǎng)電流下降至0時自然斷開，此時撤消固態(tài)開關(guān)驅(qū)動信號，將控制器轉(zhuǎn)換到離網(wǎng)運行模式，實現(xiàn)無縫切換。

進(jìn)一步的，包括被動離網(wǎng)切換控制，該被動離網(wǎng)切換控制是指電網(wǎng)發(fā)生故障時為保護(hù)微網(wǎng)而自身被迫與電網(wǎng)斷開連接，此種情況下電網(wǎng)電壓異常，要求在最短時間內(nèi)切斷電網(wǎng)，恢復(fù)敏感負(fù)荷的供電，采用滯環(huán)電流控制的方法迫使電網(wǎng)電流迅速回零，使晶閘管開關(guān)關(guān)斷，控制系統(tǒng)檢測到晶閘管關(guān)斷后，迅速將控制器切換到離網(wǎng)工作模式，切換過程完成。

進(jìn)一步的，在電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常后，由控制系統(tǒng)需要檢測電網(wǎng)電壓相位，若與逆變器輸出電壓相差不足而導(dǎo)致沖擊電流，則可以直接觸發(fā)S1～S3導(dǎo)通完成并網(wǎng)；若相差較大，采取調(diào)整逆變器輸出電壓頻率的方法，電壓頻率的調(diào)節(jié)范圍應(yīng)符合電能質(zhì)量關(guān)于頻率的相關(guān)規(guī)定，主動調(diào)整其相位使之與電網(wǎng)電壓相同，然后再切換。

本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果：

①硬件裝置與計算機軟件編程相結(jié)合，硬件裝置設(shè)計簡單，軟件編程通俗易懂；②對于主動離網(wǎng)切換，逆變器在并網(wǎng)固態(tài)開關(guān)斷開前逐漸承擔(dān)全部負(fù)荷功率，能夠有效減小過渡過程，減小對敏感負(fù)荷的影響，此過程實現(xiàn)了無縫無沖擊切換；③對于被動離網(wǎng)切換，采用滯環(huán)電流控制方法能夠加速電網(wǎng)脫離，縮短切換過渡過程此過程實現(xiàn)了無縫無沖擊切換；④對于存在初始相位差的并網(wǎng)切換，采取調(diào)整逆變器輸出頻率縮小相位差的方法能夠有效地減小并網(wǎng)沖擊，此過程實現(xiàn)了無縫無沖擊切換；④利用計算機高速的數(shù)據(jù)計算和數(shù)據(jù)處理能力，大大提高了該控制系統(tǒng)的可靠性。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明所涉一種儲能逆變器并離網(wǎng)無縫切換控制方法的儲能裝置示意圖。

附圖2為本發(fā)明所涉一種儲能逆變器并離網(wǎng)無縫切換控制方法的逆變器并網(wǎng)控制仿真模型示意圖。

附圖3為本發(fā)明所涉一種儲能逆變器并離網(wǎng)無縫切換控制方法的逆變器離網(wǎng)控制仿真模型示意圖。

附圖4為本發(fā)明所涉一種儲能逆變器并離網(wǎng)無縫切換控制方法的逆變器主動離網(wǎng)過程示意圖。

附圖5為本發(fā)明所涉一種儲能逆變器并離網(wǎng)無縫切換控制方法的逆變器被動離網(wǎng)過程示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

本發(fā)明包括控制系統(tǒng)、儲能裝置,當(dāng)逆變器處于并網(wǎng)狀態(tài)時,采用雙閉環(huán)前饋解耦控制系統(tǒng)(參見圖2)，電流內(nèi)環(huán)控制電感電流，d軸直流電壓外環(huán)穩(wěn)定逆變器直流側(cè)電壓，q軸電網(wǎng)無功電流外環(huán)保證系統(tǒng)對電網(wǎng)呈現(xiàn)單位功率因數(shù)；

當(dāng)逆變器處于離網(wǎng)，負(fù)荷端電壓由逆變器維持，控制模型需考慮濾波電容和負(fù)荷的影響。采用雙閉環(huán)前饋解耦控制(參見圖3)，旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系與并網(wǎng)時一致。電感電流內(nèi)環(huán)提高動態(tài)響應(yīng)速度，并具有限流作用，d軸電容電壓外環(huán)保障負(fù)荷端電壓質(zhì)量，q軸電壓外環(huán)給定值為0，保證從并網(wǎng)切換到離網(wǎng)后負(fù)載電壓相位不變，而逆變器直流側(cè)電壓由蓄電池組及Buck/Boost電路維持；

當(dāng)逆變器處于并網(wǎng)狀態(tài)與離網(wǎng)狀態(tài)之間時,切換過程分3個階段完成，其可在兩種工作狀態(tài)間自動無縫切換。

作為上述技術(shù)方案的改進(jìn),儲能裝置采用蓄電池組，所述控制系統(tǒng)包括開關(guān)管T₁、T₂、電感L_d，以及直流電容C_d構(gòu)成Buck/Boost變換器；VT1～VT6構(gòu)成三相電壓源型逆變器；LC構(gòu)成濾波器，R為電感內(nèi)阻，帶敏感負(fù)荷Z，經(jīng)過反并聯(lián)晶閘管開關(guān)S1、S2、S3與電網(wǎng)連接。

參見附圖1，作為上述技術(shù)方案的改進(jìn),儲能裝置在電網(wǎng)正常情況下工作于并網(wǎng)模式，作為電網(wǎng)可調(diào)度負(fù)荷，補償本地?zé)o功負(fù)荷，使系統(tǒng)對電網(wǎng)呈現(xiàn)單位功率因數(shù)；在電網(wǎng)需要檢修或異常情況下，固態(tài)開關(guān)S1～S3迅速斷開，儲能裝置工作于離網(wǎng)模式，保障本地敏感負(fù)荷的供電；電網(wǎng)恢復(fù)正常后，閉合固態(tài)開關(guān)，恢復(fù)到并網(wǎng)工作模式。

作為上述技術(shù)方案的改進(jìn),主動離網(wǎng)切換控制是在電網(wǎng)電壓正常情況下進(jìn)行的。切換過程分3個階段完成，結(jié)合圖1和圖4所示，圖中i_inv＝i_L-i_C為逆變器輸出電流。假定切換前儲能裝置釋放能量，則負(fù)荷功率由電網(wǎng)和逆變器共同承擔(dān)。當(dāng)需要主動離網(wǎng)時，控制器控制Buck/Boost電路維持直流母線電壓為額定值，在圖2中i^*_Ld不再由直流母線電壓環(huán)給出，而是由控制器直接給定，且從接收到轉(zhuǎn)換命令后的初始值開始線性增加，并不斷檢測電網(wǎng)電流，直至電網(wǎng)電流減小到0，增加的斜率不應(yīng)過小使轉(zhuǎn)換過程過長，也不應(yīng)過大使控制器不能跟隨指令電流。當(dāng)電網(wǎng)電流下降至0時自然斷開，此時撤消固態(tài)開關(guān)驅(qū)動信號，將控制器轉(zhuǎn)換到離網(wǎng)運行模式，實現(xiàn)無縫切換。切換過程的中間階段電網(wǎng)沒有退出，仍然給負(fù)荷提供電壓支撐，以減小切換過程對負(fù)荷端電壓的影響；否則，由于控制器切換后需要調(diào)節(jié)時間，調(diào)節(jié)過程中負(fù)荷端電壓質(zhì)量難以保證。

作為上述技術(shù)方案的改進(jìn),被動離網(wǎng)切換控制是指電網(wǎng)發(fā)生故障時為保護(hù)微網(wǎng)而自身被迫與電網(wǎng)斷開連接，此種情況下電網(wǎng)電壓異常，要求在最短時間內(nèi)切斷電網(wǎng)，恢復(fù)敏感負(fù)荷的供電。由于晶閘管不能控制關(guān)斷，必須等待電流自然過零，因此負(fù)荷端電壓故障時間較長，為加速晶閘管的關(guān)斷，縮短過渡過程，減小對負(fù)荷的影響，采用滯環(huán)電流控制的方法迫使電網(wǎng)電流迅速回零，其切換過程如圖5所示。切換過程分為3個階段，假設(shè)電網(wǎng)在t₁時刻發(fā)生故障，控制系統(tǒng)在t₂時刻檢測到故障信號，同時撤消晶閘管驅(qū)動信號，(t₂-t₁)為檢測時間；在t₂時刻以前，采用并網(wǎng)模式控制器，此后，切換到滯環(huán)電流控制模式，其電流指令值為負(fù)荷電流i_Z，根據(jù)KCL定律，若控制使得i_inv＝i_Z，則電網(wǎng)電流i_g＝0，由于滯環(huán)電流控制快速跟蹤電流，能夠加速電網(wǎng)電流回零，使晶閘管開關(guān)關(guān)斷；在t3時刻控制系統(tǒng)檢測到晶閘管關(guān)斷，迅速將控制器切換到離網(wǎng)工作模式，切換過程完成。實際系統(tǒng)中，采用定頻滯環(huán)電流控制固定功率器件的開關(guān)頻率，由于變換器在該模式下工作時間只有幾ms，因此開關(guān)損耗不是主要矛盾，可設(shè)置一個較小的電流環(huán)寬。

作為上述技術(shù)方案的改進(jìn),在電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常后，需要將儲能裝置從離網(wǎng)狀態(tài)恢復(fù)到并網(wǎng)狀態(tài)?；謴?fù)后的電網(wǎng)電壓幅值、頻率和相位可能與逆變器輸出電壓的不同。幅值和頻率差別一般不大，而相位可能相差較大，因此控制系統(tǒng)需要檢測電網(wǎng)電壓相位。若與逆變器輸出電壓相差不足而導(dǎo)致沖擊電流，則可以直接觸發(fā)S1～S3導(dǎo)通完成并網(wǎng)；若相差較大，直接并網(wǎng)將產(chǎn)生沖擊電流，嚴(yán)重時可能損壞設(shè)備。為了使電網(wǎng)電壓與逆變器輸出電壓同相位，采取調(diào)整逆變器輸出電壓頻率的方法，電壓頻率的調(diào)節(jié)范圍應(yīng)符合電能質(zhì)量關(guān)于頻率的相關(guān)規(guī)定，主動調(diào)整其相位使之與電網(wǎng)電壓相同，然后再切換。例如電網(wǎng)和逆變器初始輸出電壓頻率均為50Hz，相位差180,現(xiàn)將逆變器輸出頻率調(diào)整為50.5Hz,若忽略調(diào)整頻率時相位的突變,則經(jīng)過t＝180/[(50.5-50)×360]＝1s后，電網(wǎng)電壓與逆變器輸出電壓同相，此時觸發(fā)S1～S3導(dǎo)通，逆變器切換到并網(wǎng)運行模式，完成轉(zhuǎn)換。

本發(fā)明的工作原理是：在電網(wǎng)電壓正常情況下若需要主動離網(wǎng)切換，則采取并網(wǎng)固態(tài)開關(guān)分?jǐn)嗲澳孀兤髦鸩匠袚?dān)全部敏感負(fù)荷功率的方法，以減小切換過渡過程；對于電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落時被動離網(wǎng)，則采用滯環(huán)電流控制的切換方法，加速逆變器脫網(wǎng)，減小對敏感負(fù)荷的沖擊。并網(wǎng)切換時，若存在初始相位差，采用頻率滑差的方法實現(xiàn)零相位差無縫切換。

應(yīng)當(dāng)明確的是，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，按本發(fā)明構(gòu)思所做出的顯而易見的改進(jìn)和修飾都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。