[发明专利]一种基于能源路由器的孤岛控制策略

权利要求书

1.一种基于能源路由器的孤岛控制策略，能源路由器为三相结构，每一相由上、下桥臂经电抗器串联组成，上、下桥臂各由多个隔离型模块化变换器输入串联输出并联组成；

所述能源路由器具有低压直流侧、高压直流侧、高压交流侧三个基本电压端口，可实现各端口间能量互动；

所述能源路由器处于微电网之中，连接微电网与公用电网；所述能源路由器包括新能源发电装置及储能设备；

所述能源路由器孤岛模式下具有三种基本的功率流动方式，具体为LVDC→HVDC、HVAC模式，HVDC→LVDC、HVAC模式，HVAC→LVDC、HVDC模式；通过构建系统模型并确定控制变量进而提出基于V/f控制的双环解耦控制策略；其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：建立所述能源路由器等效数学模型，包括桥臂电压模型、滤波电感电压模型、线路等效电阻电压模型、直流侧支撑电容电流模型；

步骤二：在LVDC→HVDC、HVAC模式下，建立以高压交流侧电感电流为控制量的状态方程、以高压交流侧电容电压为控制量的状态方程和以高压直流侧电容电压为控制量的状态方程；在HVDC→LVDC、HVAC模式下，建立以高压交流侧电感电流为控制量的状态方程、以高压交流侧电容电压为控制量的状态方程和以低压直流侧电容电压为控制量的状态方程；在HVAC→LVDC、HVDC模式下,建立以高压交流侧电感电流为控制量的状态方程、以低压直流侧电容电压为控制量的状态方程和以高压直流侧电容电压为控制量的状态方程；

步骤三：建立LVDC→HVDC、HVAC模式下各端口控制策略，应用Park变换矩阵将采集到的交流量从直角坐标系下转换到旋转坐标系下；将高压交流侧电容电压d、q轴分量v_d和v_q与设定的期望值进行比较产生差值Δv_d和Δv_q，经过PI控制器后减去耦合量，产生电流期望值，将上述电流期望值与高压交流侧电感电流d、q轴分量i_d和i_q进行比较产生差值Δi_d和Δi_q，经过PI控制器后减去耦合量，产生高压交流侧调制比命令；将采集到的实时高压直流侧电容电压V_dcH与设定的期望值进行比较产生差值Δv，经过PI控制器后产生高压直流侧调制比命令；

步骤四：建立HVDC→LVDC、HVAC模式下各端口控制策略，应用Park变换矩阵将采集到的交流量从直角坐标系下转换到旋转坐标系下；将高压交流侧电容电压d、q轴分量v_d和v_q与设定的期望值进行比较产生差值Δv_d和Δv_q，经过PI控制器后减去耦合量，产生电流期望值，将上述电流期望值与高压交流侧电感电流d、q轴分量i_d和i_q进行比较产生差值Δi_d和Δi_q，经过PI控制器后减去耦合量，产生高压交流侧调制比命令；将采集到的实时低压直流侧电容电压V_dcL与设定的期望值进行比较产生差值Δv，经过PI控制器后产生高压直流侧调制比命令；

步骤五：建立HVAC→LVDC、HVDC模式下各端口控制策略，经锁相环(PLL)将电网相位锁到d轴，将高压直流侧电容电压v_dcH与设定的期望值进行比较产生差值Δv_d，经过PI控制器后，产生d轴电流期望值，将上述电流期望值与高压交流侧电感电流d、q轴分量i_d和i_q进行比较产生差值Δi_d和Δi_q，经过PI控制器后减去耦合量，产生高压直流侧调制比命令；将采集到的实时低压直流侧电容电压V_dcL与设定的期望值进行比较产生差值Δv，经过PI控制器后，产生d轴电流期望值，将上述电流期望值与高压交流侧电感电流d、q轴分量i_d和i_q进行比较产生差值Δi_d和Δi_q，经过PI控制器后减去耦合量，产生低压直流侧调制比命令；

步骤一中对能源路由器各部分的建模具体为：

1.1桥臂电压模型

其中，v_iu为第i(i＝a,b,c)相上桥臂电压；v_il为第i(i＝a,b,c)相下桥臂电压；n为桥臂中隔离型模块化变换器数量；D为直流调制比；d为交流调制比；V_dcL为能源路由器低压直流侧电压；

1.2滤波电感电压模型、桥臂电感电压模型

其中，v_Ls、v_Lr分别为滤波电感电压、桥臂电感电压；L_s、L_r分别为滤波电感、桥臂电感电感值；i_s、i_r分别为滤波电感电流、桥臂电感电流；

1.3线路等效电阻电压模型

v_l＝r_l·i_l (5)

其中，v_l为线路等效电阻电压；r_l为线路等效电阻阻值；i_l为等效电阻电流；

1.4低压直流侧电容电流模型、高压直流侧电容电流模型、高压交流侧电容电流模型

其中，i_CdcL、i_CdcH、i_Cac分别为低压直流侧电容电流、高压直流侧电容电流、高压交流侧电容电流；C_dcL、C_dcH、C_ac分别为对应的电容容值；u_cdcL、u_cdcH、u_cac分别为对应电容的电压值；

步骤二中对能源路由器各部分所列状态方程具体为：

2.1 LVDC→HVDC、HVAC模式

结合基尔霍夫定律和公式(1)(2)，对所述能源路由器高压交流侧列KVL、KCL方程，可得如下关系：

其中，i_i(i＝a,b,c)为三相交流电流；d_i为第i相交流调制比；L＝(L_s+L_r/2)，r_l为线路等效电阻；C_ac为交流侧电容；r_ac为交流负载；

由基尔霍夫电流定律可知，高压直流侧KCL方程为：

其中，V_dcH为高压直流侧电压值；C_dcH为高压直流侧电容；i_dcH为高压直流侧电流值；r_dcH为高压直流侧负载；

2.2 HVDC→LVDC、HVAC模式

结合基尔霍夫定律和公式(1)(2)对所述能源路由器高压交流侧列KVL、KCL方程，可得如下关系：

其中，D_i为第i相直流调制比；

由基尔霍夫电流定律可知，高压直流侧KCL方程为：

2.3 HVAC→LVDC、HVDC模式

结合基尔霍夫定律，对所述能源路由器高压直流侧列KVL、KCL方程，可得如下关系，

结合基尔霍夫定律，对所述能源路由器低压直流侧列KVL、KCL方程，可得如下关系，