[发明专利]基于相角估算的微电网逆变器离并网无缝切换控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电网控制技术领域，尤其是含分布式电源的微电网离/并网无缝切换技术，具体的说是一种基于相角估算的微电网逆变器离并网无缝切换控制方法。

背景技术

随着分布式发电和现代电力系统的发展。微电网作为一种新型的配电解决方案而被提出。它不仅能提高供电质量和可靠性.而且可以减轻能源和环境压力，因此赢得了越来越广泛的重视。微电网系统由分布式新能源发电、储能和本地负载组成。其中储能设备与可再生能源发电技术相结合.可以提高电能质量、系统的稳定性和资源利用率，在微电网并网时平抑新能源发电输出功率的间歇性、波动性。

目前，微网主要工作在并网或孤岛两种运行模式下，正常情况下，微网与公共电网并联运行，当公共电网发生故障或电能质量不满足负荷要求时，微网能够快速断开电网的连接，过渡到孤岛运行状态，以保证微网区域内重要负荷的持续供电。当微网运行与不同模式下时其内部变换器的控制方式不同。如何在两种模式间实现无缝切换，使得微网的运行模式切换对负载及电网的扰动最小，是实现分布式能源利用率最大化的关键控制技术。无缝切换是指在快速的切换过程中微电网电压、频率平滑过渡，能够运行于标准规定的范围内，保证微电网系统内的敏感负荷正常运行。

发明内容

为了解决微电网在运行过程中发生并网/孤岛转换时,对系统内敏感负荷提供连续可高的供电，本发明提出一种基于相角估算的微电网逆变器离并网无缝切换控制方法，缩短切换时间，同时避免在逆变器输出相角与大电网相角不完全同步情况下实施并网时出现的过电流现象。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于相角估算的微电网逆变器离并网无缝切换控制方法，包括：

在微电网处于并网到孤岛切换模式过程中，进行PQ控制算法至V/F控制算法的转变，给定V/F控制算法中电压幅值与电压相角的参考量；

在微电网处于孤岛到并网切换模式过程中，首先利用基于电网电压瞬时值的相角估计算法估算逆变器V/F模式中相角参考值，从而跟踪电网相角；在PLL稳定锁相后，再用PLL锁定的电压相角值代替估算值，完成相角的跟踪；当逆变输出满足并网条件后，闭合PCC处断路器；通过向参考角频率叠加干扰量的方法来判断微电网是否已经完全并联于电网上，若已经闭合完成，则转换逆变控制器模式至PQ控制算法，完成孤岛至并网的切换，否则微网仍工作于V/F模式。

所述V/F控制算法中电压幅值的参考量由离网前安装在公共耦合点上的电压传感器测量的电网相电压峰值给定。

所述V/F控制算法中电压相角的参考量由离网前电网的角频率平均值和离网时刻的瞬时相角计算得到：

θ_ref＝∫ω_gdt+θ₀ (1)

其中，θ_ref为电压相角的参考量，ω_g为离网前电网的角频率平均值，t为时间，θ₀为离网时刻的瞬时相角。

所述利用基于电网电压瞬时值的相角估计算法估算逆变器V/F模式中相角参考值，包括以下步骤：

设电网线电压表示为其中，U_ab为AB相间的电压，U_bc为BC相间的电压，U_l-l为线电压的有效值，θ_g为；

则估算电网相角值表示为：

或

通过判断sgn(U_ab+2U_bc)的值，即可判定出相角估计值的范围，当sgn(U_ab+2U_bc)＝1时，当sgn(U_ab+2U_bc)＝-1时

所述并网条件为：

逆变器与电网间相角差在允许范围内，同时，线电流I_l-l<△I_th。

本发明具有以下优点及有益效果：

1)在孤岛至并网过程中，使用基于电网电压瞬时值估算得到的电网电压相角作为逆变器相角指令值，缩短了相角跟踪速度，避免了PLL锁相至稳定状态而造成的长时等待，同时避免由于逆变器输出与电网相位角不同而造成的并网过电流，实现快速稳定的无缝切换。

2)通过软件算法判定PCC是否已经完全闭合，避免由于PCC处断路器物理开关动作时间与控制器软件模式控制切换时间不同步而造成的切换异常现象。