CN112003325B - 一种逆变器并网平滑切除预同步控制器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种逆变器并网平滑切除预同步控制器的方法，具体为：逆变器首先工作在孤岛运行状态，接收到并网指令后，先投入预同步控制器，待逆变器输出电压的相位和频率与电网电压一致，此时接通并网开关实现并网；待并网完成后，并网条件判断模块比较电网相位角和逆变器相位角，若持续小于ξ，且能保持在5个开关周期内差值小于ξ，视为并网成功，发出预同步控制器切除信号，锁存器收到信号后，保持当前输出信号不变，梯度切除控制器则将输入信号逐次降低0.1倍之后输出，直至输出完全为0。本发明解决了预同步控制器切除时逆变器频率和功率的扰动问题，填补现有工程技术空白。

Description

一种逆变器并网平滑切除预同步控制器的方法

技术领域

本发明属于并网预同步控制技术领域，具体涉及一种逆变器并网平滑切除预同步控制器的方法。

背景技术

新能源具有高效以及可持续发展的优势，其在电网中的装机容量增加迅速，已经成为国际社会公认的能源开发方向。常规同步发电机（SG）的转子具有转动惯性，所以这些发电机能够在突然受到干扰的情况下将保存在其转子中的动能注入电网。因此，该***具有很强的鲁棒性。然而大多数新能源发电通常通过逆变器连接到电力***或微电网，由于电力电子设备和 PWM控制方法的应用，总惯性在整个电力***尤其是微电网中大大减少，导致电力***频率对负载和可再生能源的波动变得敏感，并且随着新能源逆变器数量的增加，这个问题变得越来越严重，对电力***的稳定运行构成了巨大的挑战。

下垂控制是一种常用的分布式电源接口逆变器控制技术，它利用分布式电源输出有功功率和频率呈线性关系而无功功率和电压幅值成线性关系的原理而进行控制。该控制方法由于其具有不需要分布式电源之间通信联系就能实施其控制的潜力，所以一般用于对等控制策略中的分布式电源接口逆变器的控制。

由于并网装置比传统发电机更加脆弱，如果电网电压与逆变器电压相位和频率不一致时，逆变器并网时会出现冲击电流，严重时甚至导致逆变器损坏，所以并网预同步控制在并网逆变器中具有重要作用。新能源发电中，逆变器与大电网连接，将能量注入电网。综上，并/离网切换技术一直是分布式并网逆变器的研究热点问题，其中预同步策略是并网切换技术的关键点，但预同步控制策略投入后会影响原有运行稳态点，因此待逆变器完成并网后需平滑切除。

发明内容

本发明目的是为了解决逆变器并网预同步控制器切除时，对***扰动过大的问题。为此，本发明提供一种逆变器并网平滑切除预同步控制器的方法。

本发明的一种逆变器并网平滑切除预同步控制器的方法包括以下步骤。

步骤1：检测逆变器输出电压频率，并将信号传递到预同步控制器：

孤岛运行逆变器收到并网信号后，投入预同步控制器，令逆变器输出电压相位和频率与电网电压一致，首先采集电网电压，经过abc-dq模块变换得到u_d和u_q，变换使用的参考角度ω_t为下垂控制中的ω_droup；将输出u_q和参考值

作差后通入PI控制器，然后经过锁存器和梯度切除模块输出ω_sys，此时锁存器处于未锁存的状态，梯度切除模块输出和输入完全一致，最后将ω_sys通入下垂控制模块，对逆变器输出电压频率和相位进行调节；

步骤2：判断并网过程是否结束，结束则发出切除预同步控制器信号：

判断逆变器输出电压相位和频率与电网一致后，接通并网开关S，逆变器并网结束后，预同步控制器并网条件判断模块比较电网相位角θ_grid和逆变器相位角θ_o，若持续小于

，且能保持在5个开关周期内差值小于

，视为并网成功，此时发出切除预同步控制器信号；

步骤3：收到信号后，梯度切除预同步控制器，将预同步控制器与原逆变器本地控制器完全分离：

锁存器和梯度切除模块收到信号后，锁存器保持当前输出信号ω_sys不变，梯度切除模块则将输入信号逐次降低0.1倍之后输出，直至输出完全为0，预同步控制器完成平滑切除。

进一步的，步骤1中，根据下式来对逆变器输出电压频率和相位进行调节：

式中，ω^*、P^*、m、P分别表示额定参考角频率，额定参考功率，下垂系数，实际逆变器输出功率。

本发明与现有技术相比的有益技术效果为：

本发明解决预同步控制器切除时逆变器频率和功率的扰动问题，填补现有工程技术空白。

附图说明

图1为逆变器并网控制示意图；

图2为预同步控制器结构图；

图3为逆变器电压频率与PCC点电压频率比较波形图；

图4逆变器输出电压与PCC点电压相位比较波形图；

图5直接切除预同步控制器与使用梯度法切除逆变器输出电压频率波形图；

图6梯度法切除预同步控制器输出电压频率与PCC点电压频率差值波形图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

本发明的并网逆变器下垂控制结构框图如图1所示。图1中u _sabc 、u _oabc 、i _oabc 、i _Labc 分别代表逆变器三相电网电压、三相输出电压、三相输出电流、三相电感电流。L _f 、C _f 分别代表逆变器滤波电感、滤波电容。Z _line 代表线路阻抗。所述控制电路包括功率计算模块、下垂控制模块、电压外环控制、电流内环控制、预同步模块、锁相环模块、三相静止坐标系到两相旋转坐标系转换（abc-dq）模块、SPWM调制模块。

所述直流电源U_dc接于三相逆变器的直流输入侧，逆变器的输出则接三相滤波电感L_f和三相滤波电容C_f，三相滤波电容采用Y型接法，滤波电容接并网开关，经过线路阻抗与大电网相连。

控制电路接收滤波之后的电压电流信号，作为功率计算模块的输入，将计算所得信号有功功率P和无功功率Q，连接到下垂控制模块，根据下垂公式得到参考电压和频率，作为电压外环的参考值，此处的频率经过积分可得ωt为逆变器本地控制所有abc-dq提供角度参考，电压外环模块输出值作为电流参考给电流内环模块，可得dq轴下的u_ab信号，经过dq-abc反变换后，即可得参考信号，最后经过SPWM调制模块生成PWM信号，驱动开关管。

逆变器首先工作在孤岛运行状态，此时预同步控制器不工作，接收到并网指令后，先投入预同步控制器，待逆变器输出电压的相位和频率与电网电压一致，此时接通并网开关实现并网。待并网完成后，预同步控制器需平滑退出控制环节，避免其对下垂控制的有功功率分配产生影响，此时并网条件判断模块比较电网相位角θ_grid和逆变器相位角θ_o，若持续小于

，且能保持在5个开关周期内差值小于

，视为并网成功，发出预同步控制器切除信号，锁存器收到信号后，保持当前输出信号ω_sys不变，梯度切除模块则将输入信号逐次降低0.1倍之后输出，直至输出完全为0。

按照图1所示电路搭建仿真模型验证本发明所提方法，参数如下：U_dc=800V，L_f=1.5mH，C_f=1.5mF，P_load=20kw，Q_load=20kvar，下垂系数：m=1e-5，n=3e-4，开关频率fs=10kHz。其中预同步控制器如图2所示。

图3所示为投入预同步控制器后，逆变器电压频率波形图，可以看到在0.5s时刻投入预同步控制器后，经过170ms，逆变器的输出频率和PCC点电压频率保持一致，频率值满足并网条件。图4所示为投入预同步控制器后逆变器输出电压与电网电压相位比较波形图，可以看到在0.5s时刻投入预同步控制器后，经过80ms，两者相位保持一致满足并网条件。图5所示为并网后直接切除预同步控制器与使用梯度切除后，除预同步控制输出电压频率变化波形图，可以看到直接切除时频率出现0.38Hz波动，而在使用梯度切除法逐步切除预同步控制器后，频率只有0.14Hz的扰动，使得预同步控制器可以更平滑的切除，本发明所提预同步控制器梯度法有效降低频率扰动。图6所示为梯度法切除预同步控制器逆变器输出电压频率与PCC点电压频率波形图，可以看到频率差值只有-0.12Hz，本发明所提方法有效。

Claims (1)

1.一种逆变器并网平滑切除预同步控制器的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：检测逆变器输出电压频率，并将信号传递到预同步控制器：

孤岛运行逆变器收到并网信号后，投入预同步控制器，令逆变器输出电压相位和频率与电网电压一致，首先采集电网电压，经过abc-dq模块变换得到u_d和u_q，变换使用的参考角度ω_t为下垂控制中的ω_droup；将输出u_q和参考值

作差后通入PI控制器，然后经过锁存器和梯度切除模块输出ω_sys，此时锁存器处于未锁存的状态，梯度切除模块输出和输入完全一致，最后将ω_sys通入下垂控制模块，对逆变器输出电压频率和相位进行调节，具体的，根据下式来对逆变器输出电压频率和相位进行调节：

；

式中，ω^*、P^*、m、P分别表示额定参考角频率，额定参考功率，下垂系数，实际逆变器输出功率；

步骤2：判断并网过程是否结束，结束则发出切除预同步控制器信号：

判断逆变器输出电压相位和频率与电网一致后，接通并网开关S，逆变器并网结束后，预同步控制器并网条件判断模块比较电网相位角θ_grid和逆变器相位角θ_o，若持续小于

，且能保持在5个开关周期内差值小于

，视为并网成功，此时发出切除预同步控制器信号；

步骤3：收到信号后，梯度切除预同步控制器，将预同步控制器与原逆变器本地控制器完全分离：

锁存器和梯度切除模块收到信号后，锁存器保持当前输出信号ω_sys不变，梯度切除模块则将输入信号逐次降低0.1倍之后输出，直至输出完全为0，预同步控制器完成平滑切除。

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