一种基于柔性切换变流器的最优化微电网预同步方法技术

本发明专利技术公开了一种基于柔性切换变流器的最优化微电网预同步方法，本发明专利技术根据微电网和电网之间的幅值差、相位差和频率差，计算柔性切换变流器输出电流参考值的最优表达式和系统模型中电流的最优表达式，根据实际系统中检测所得幅值差、相位差和频率差与系统模型中的幅值差、相位差和频率差，修正系统模型中的下垂系数，达到所需结果后，切换为通过并网开关联网，完成预同步过程。本发明专利技术的方法基于微网的系统模型，实现了对该模型的实时修正和预同步过程输出功率轨线的最优控制，达到了预同步控制的全局最优目标，系统惯量大小对于该方法的动态性能和计算复杂度没有影响，具有很好的工程应用价值，解决了自治微电网与大电网连接前的预同步问题。前的预同步问题。前的预同步问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于柔性切换变流器的最优化微电网预同步方法


[0001]本专利技术属于交流微电网控制领域，具体涉及一种基于柔性切换变流器的最优化微电网预同步方法。

技术介绍

[0002]随着新能源发电技术的发展和电力电子设备在电网中的应用，电网正呈现出更加分布式和电子化的特性；而微电网作为未来电网的重要组成单元，正得到越来越多的关注和应用。在大多数情况下，交流微电网中所包含的各台分布式电源通过电力电子变流器接口，例如逆变器，与微电网母线相连接，因此，各变流器的外部特性和协调控制研究对保证微电网稳定高效运行至关重要。
[0003]现有的微电网大多采用集中式控制，由上层控制器通过通信线路统一调控，但考虑到分布式电源在地理位置上较为分散，所以这种方案成本较高，可靠性较低，并且通信线路上的干扰也会直接影响系统的稳定运行；而未来的微电网则需要兼容来自不同拥有者的发电、储能和用电设备，并保证其整体可靠且高效地运行，故应尽量避免中央控制器进行大量复杂的集中计算、避免直接对微电网内的各分布式电源进行实时控制、减小对通信线的依赖，使其朝着更加开放和自治的方向发展。
[0004]采用传统下垂控制可以在不依赖于通信线的前提下基本保证并联分布式电源间的功率合理分配与协调运作，但是，在微电网整体与大电网相连的过程中，应具有在并网及离网状态之间平滑切换的能力，而如果需要将两个电压的幅值和相位不完全相同的交流网络连接在一起，则需要通过高带宽通信线路对各台分布式电源的电压进行同步调整。这就使得系统对接入设备的性能提出了更高的要求，不适用于分布式电源较多的场景，因此成为了限制微电网摆脱通信依赖、实现自治控制的主要瓶颈之一。
[0005]早期的微电网通过机械开关或静态开关等快速半导体开关与大电网连接，其具有高效低成本的优点，但同时也相对缺乏可控性；于是，国内外研究人员提出了不同形式的接口变流器，用以连接两个交流电网，如智能变压器、电力电子变压器及电能路由器等，与静态开关相比，其优势在于不需要保证两侧电网同步运行，便可以在它们之间提供可控的功率流动，但是结构较复杂，成本较高，并且长时间通过其联网运行损耗较大，会使得系统整体运行效率变低；因此，柔性切换变流器结合了以上两种方案的优点，通过将电力电子变流器与并网开关并联，在离网模式下向微电网传输功率来实现两侧的预同步，再切换为通过并网开关联网，可以有效地提高系统效率和变流器使用寿命。
[0006]然而，现有的基于柔性切换变流器的预同步方法多采用线性控制器，如比例
‑
积分控制器，来产生变流器的输出功率指令，因此，整个预同步过程(尤其是相位预同步过程)的震荡大小和持续时间受两侧初始偏差和参数选取的影响很大；并且，当分布式电源自身惯性较大时，这一现象会愈专利技术显，整个预同步过程的快速性和平滑性亟待提升。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服上述不足，提供一种基于柔性切换变流器的最优化微电网预同步方法，能够避免通过线性控制器产生变流器输出功率指令的缺陷，即避免两侧初始偏差和参数选取对预同步过程快速和平滑性的影响。同时，也避免了模型预测控制随系统惯性增加带来的计算量增加和预测范围受限问题。
[0008]为了达到上述目的，本专利技术包括以下步骤：
[0009]S1，在一个交流微电网中，采用下垂控制方式控制n台分布式电源的电压源；
[0010]S2，在微电网与电网连接点附近，通过柔性切换变流器采样微电网和电网的电压，获取微电网侧和电网侧两侧电压的幅值、相位和频率，并获得两侧电压的幅值差、相位差和频率差；
[0011]S3，根据幅值差、相位差和频率差，得到柔性切换变流器输出电流参考值的最优表达式和系统模型中电流的最优表达式；
[0012]S4，根据柔性切换变流器输出电流参考值，结合实际输出电流，采用电流闭环控制产生调制波，再通过脉冲宽度调制过程产生驱动信号，柔性切换变流器中每个开关器件的驱动电路根据获得的驱动信号，控制开关器件的开通或关断，使得向微电网注入或从微电网吸收特定的有功功率和无功功率；
[0013]S5，将系统模型中电流送入控制器中的系统模型和锁相环节，获得系统模型中的幅值差、相位差和频率差；
[0014]S6，将两侧电压的幅值差、相位差和频率差和系统模型中的幅值差、相位差和频率差进行比较，根据比较结果调节系统模型中的有功下垂系数和无功下垂系数；
[0015]S7，重复S4、S5和S6，直至两侧电压的幅值差、相位差和频率差均趋于零，当两侧电压的幅值差、相位差和频率差均小于对应的阈值后，切换为通过并网开关联网，完成预同步过程。
[0016]各台分布式电源与微电网母线之间的传输线等效阻抗呈感性。
[0017]下垂控制具体如下：
[0018][0019][0020]其中，ω
*
和E
*
分别是第i台电源生成的频率和电压的控制指令，i＝1，2，
…
，n，P
i
和Q
i
分别为检测到的输出有功功率和无功功率，P
i0
和Q
i0
分别为在额定频率ω0和电压E0下逆变器输出的有功功率和无功功率，k
pi
和k
qi
为各自的频率下垂系数和电压下垂系数，ω
f
是一阶低通滤波器的截止频率，s为复频域中的复频率。
[0021]微电网能够等效为一台采用下垂控制的电压源，其等效有功下垂系数、等效无功下垂系数和等效输出阻抗为：
[0022][0023][0024][0025]其中，X
i
是第i台电源到微电网母线的线路阻抗。
[0026]两侧电压的幅值差、相位差和频率差分别为：
[0027]δU＝U
g
‑
U
mg
[0028]δθ＝θ
g
‑
θ
mg
[0029]δω＝ω
g
‑
ω
mg
[0030]其中，U
mg
和U
g
分别是微电网侧与电网侧的基波电压幅值，θ
mg
和θ
g
分别是微电网侧与电网侧的基波电压相位，ω
mg
和ω
g
分别是微电网侧与电网侧的基波电压角频率。
[0031]柔性切换变流器输出电流参考值的具体方法如下：
[0032]当相位差δθ达到δθ
s
之前，根据初始相位差δθ0的范围，选取为电流最大值或最小值：
[0033][0034]其中，和分别是电流最大值和最小值，临界相位差表示为：
[0035][0036][0037][0038]其中，δω为两侧电压的频率差，ω
f
为一阶低通滤波器的截止频率，X
t
是微电网等效输出阻抗与电网阻抗之和，δω0是初始角频率差，U
mg
和U<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于柔性切换变流器的最优化微电网预同步方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，在一个交流微电网中，采用下垂控制方式控制n台分布式电源的电压源；S2，在微电网与电网连接点附近，通过柔性切换变流器采样微电网和电网的电压，获取微电网侧和电网侧两侧电压的幅值、相位和频率，并获得两侧电压的幅值差、相位差和频率差；S3，根据幅值差、相位差和频率差，得到柔性切换变流器输出电流参考值的最优表达式和系统模型中电流的最优表达式；S4，根据柔性切换变流器输出电流参考值，结合实际输出电流，采用电流闭环控制产生调制波，再通过脉冲宽度调制过程产生驱动信号，柔性切换变流器中每个开关器件的驱动电路根据获得的驱动信号，控制开关器件的开通或关断，使得向微电网注入或从微电网吸收特定的有功功率和无功功率；S5，将系统模型中电流送入控制器中的系统模型和锁相环节，获得系统模型中的幅值差、相位差和频率差；S6，将两侧电压的幅值差、相位差和频率差和系统模型中的幅值差、相位差和频率差进行比较，根据比较结果调节系统模型中的有功下垂系数和无功下垂系数；S7，重复S4、S5和S6，直至两侧电压的幅值差、相位差和频率差均趋于零，当两侧电压的幅值差、相位差和频率差均小于对应的阈值后，切换为通过并网开关联网，完成预同步过程。2.根据权利要求1所述的一种基于柔性切换变流器的最优化微电网预同步方法，其特征在于，各台分布式电源与微电网母线之间的传输线等效阻抗呈感性。3.根据权利要求1所述的一种基于柔性切换变流器的最优化微电网预同步方法，其特征在于，下垂控制具体如下：下垂控制具体如下：其中，ω
*
和E
*
分别是第i台电源生成的频率和电压的控制指令，i＝1，2，
…
，n，P
i
和Q
i
分别为检测到的输出有功功率和无功功率，P
i0
和Q
i0
分别为在额定频率ω0和电压E0下逆变器输出的有功功率和无功功率，k
pi
和k
qi
为各自的频率下垂系数和电压下垂系数，ω
f
是一阶低通滤波器的截止频率，s为复频域中的复频率。4.根据权利要求3所述的一种基于柔性切换变流器的最优化微电网预同步方法，其特征在于，微电网能够等效为一台采用下垂控制的电压源，其等效有功下垂系数、等效无功下垂系数和等效输出阻抗为：垂系数和等效输出阻抗为：
其中，X
i
是第i台电源到微电网母线的线路阻抗。5.根据权利要求1所述的一种基于柔性切换变流器的最优化微电网预同步方法，其特征在于，两侧电压的幅值差、相位差和频率差分别为：δU＝U
g
‑
U
mg
δθ＝θ
g
‑
θ
mg
δω＝ω
g
‑
ω
mg
其中，U
mg
和U
g
分别是微电网侧与电网侧的基波电压幅值，θ
mg
和θ
g
分别是微电网侧与电网侧的基波电压相位，ω
mg
和ω
g
分别是微电网侧与电网侧的基波电压角频率。6.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘进军，安荣汇，刘增，宋兆祺，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：