[发明专利]分布式发电系统中三相逆变器的电流式控制方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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[1]，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。