CN113644643A - 一种交直流混合微网接口变流器及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种交直流混合微网接口变流器及控制方法，交直流微网接口变流器包括主控单元、两个功率模块及交直流采样单元。该变流器交流侧通过隔离变接交流子网，并网模式下，直流侧接±375V直流电压，既可接储能、光伏等电源设备。又可以直接接相同电压等级的直流负载，不需要再经DC/DC变流器进行转换。在直流配网配电中有重要的工程实际应用价值，孤岛模式下，交直流混合微网接口变流器又可工作在交流电压源模式，通过直流子网上的光伏、储能等为交流子网提供能量。因此，该交直流混合微网接口变流器满足不同运行模式下的能量互济及交直流电源和负载的直接接入。在交直流配网配电中有重要的工程实际应用价值。

Description

一种交直流混合微网接口变流器及控制方法
技术领域
本发明涉及变流器并网控制技术领域，尤其涉及一种交直流混合微网接口变流器及控制方法。
背景技术
随着可再生能源的开发利用，分布式能源会发出直流电和非工频交流电，负荷也从单一的交流负荷向交、直流混合负荷快速转变，为了使各种可再生能源得到高效利用，满足各种负荷的不同要求，交直流混合微电网技术得到了快速发展。交直流混合微网接口变流器连接交、直流母线，使微电网中功率可以实现双向流动，其拓扑结构及控制方式作为影响整个微网***稳定运行的重要因素。
目前，常见交直流混合微网接口变流器直流输出电压为单极电压，该种拓扑结构直流输出电压为单极性，电压等级较高；需要通过DC/DC转换之后才能连接相应的负载。
因此，如何在满***直流混合微网接口变流器实现能量双向流动功能的前提下，既能实现交直流变流器直流侧既能满足光伏和储能等正常直流电压等级接入要求，又能满足直流用电设备直接接入电压等级输出，是交直流混合微网接口变流器亟需解决的一个问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种交直流混合微网接口变流器及控制方法，该变流器交流侧通过隔离变接交流子网，并网模式下，直流侧接±375V直流电压，既可接储能、光伏等电源设备；，在直流配网配电中有重要的工程实际应用价值，孤岛模式下，交直流混合微网接口变流器又可工作在交流电压源模式，通过直流子网上的光伏、储能等为交流子网提供能量。
为达到上述目的，本发明提供了一种交直流混合微网接口变流器，包括主控单元、两个功率模块及交直流采样单元；
两个功率模块交流侧通过双***变压器并在一起后连接交流子网；两个功率模块直流侧第一功率模块的负极与第二功率模块的正极相连作为N极，构成正负双极直流母线；
所述交直流采样单元采集功率模块交流侧、直流侧的电流和电压并反馈给所述主控单元；
所述主控单元控制两个功率模块，使得交直流混合微网接口变流器工作于并网场景下的稳压模式、并网场景下的恒流或恒功率模式、孤岛场景下的离网运行模式。
进一步地，工作于并网场景下的稳压模式，包括：交直流混合微网接口变流器作为电压源，两个功率模块将交流电转换为直流电输出，所述主控单元基于所述交直流采样单元反馈两个功率模块输出直流电压的大小对两个功率模块进行PI调节，使得两个功率模块输出直流电压达到设定恒压值恒压输出。
进一步地，当交直流混合微网接口变流器作为电压源时，两个功率模块分别稳压为375V。
进一步地，工作于并网场景下的恒流模式，包括：交直流混合微网接口变流器作为电流源，两个功率模块实现能量在交直流子网间进行传递，所述主控单元基于所述交直流采样单元反馈两个功率模块输入交流电流的大小对两个功率模块的进行PI调节，使得两个功率模块输出交流电流达到设定值，恒流输出。
进一步地，工作于并网场景下的恒功率模式，包括：交直流混合微网接口变流器作为电流源，两个功率模块实现能量在交直流子网间进行传递，所述主控单元基于所述交直流采样单元反馈两个功率模块输入交流电流的大小计算输入功率大小，基于输入功率与输出功率的对应关系，获得两个功率模块的输出功率，基于输出功率的大小对两个功率模块进行PI调节，使得两个功率模块输出功率达到设定功率值，恒功率输出。
进一步地，工作于孤岛场景下的离网运行模式，包括：，所述主控单元基于所述交直流采样单元反馈两个功率模块输入交流电压的大小进行PI控制，稳定交流电压；采用交流电压外环和电流内环控制：电压指令经过标幺后作为电压外环d轴的输入，q轴输入为0，交流电压经dq变换后作为电压外环的反馈，经PI调节后将电压外环的输出作为电流内环的输入。
进一步地，直流母线连接直流子网，直流子网能够连接光伏发电、储能模块以及充电桩设备。
进一步地，在并网场景下的恒功率模式和孤岛场景下的离网运行模式，需进行直流双极均压控制，包括：主控单元设置直流电压PI控制环，直流电压PI控制环的输入为半母线电压，反馈为模块侧直流电压，输出作为扰动量加到电流内环中。
另一方面提供一种所述的交直流混合微网接口变流器的控制方法，包括：
选择工作模式：
如果选择工作于并网场景下的稳压模式，则控制交直流混合微网接口变流器作为电压源，两个功率模块将交流电转换为直流电输出，所述主控单元基于所述交直流采样单元反馈两个功率模块输出直流电压的大小对两个功率模块进行PI调节，使得两个功率模块输出直流电压达到设定恒压值恒压输出；
如果选择工作于并网场景下的恒流模式，则控制交直流混合微网接口变流器作为电流源，两个功率模块实现能量在交直流子网间进行传递，所述主控单元基于所述交直流采样单元反馈两个功率模块输入交流电流的大小对两个功率模块的进行PI调节，使得两个功率模块输出交流电流达到设定值，恒流输出；
如果选择工作于并网场景下的恒功率模式，则控制交直流混合微网接口变流器作为电流源，两个功率模块实现能量在交直流子网间进行传递，所述主控单元基于所述交直流采样单元反馈两个功率模块输入交流电流的大小计算输入功率大小，基于输入功率与输出功率的对应关系，获得两个功率模块的输出功率，基于输出功率的大小对两个功率模块进行PI调节，使得两个功率模块输出功率达到设定功率值，恒功率输出；
如果选择工作于孤岛场景下的离网运行模式，包括：，所述主控单元基于所述交直流采样单元反馈两个功率模块输入交流电压的大小进行PI控制，稳定交流电压；采用交流电压外环和电流内环控制：电压指令经过标幺后作为电压外环d轴的输入，q轴输入为0，交流电压经dq变换后作为电压外环的反馈，经PI调节后将电压外环的输出作为电流内环的输入。
进一步地，在并网场景下的恒功率模式和孤岛场景下的离网运行模式，执需进行直流双极均压控制，包括：增加直流电压PI控制环，直流电压PI控制环的输入为半母线电压，反馈为模块侧直流电压，输出作为扰动量加到电流内环中。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
该接口变流器交流侧通过隔离变接交流子网，可以连接交流负载及交流电源；直流侧接±375V直流电压，既可接储能、光伏等电源设备。又可以直接接相同电压等级的直流负载，不需要再经DC/DC变流器进行转换。孤岛模式下，交直流混合微网接口变流器又可工作在交流电压源模式，通过直流子网上的光伏、储能等为交流子网提供能量。因此，该交直流混合微网接口变流器满足不同运行模式下的能量互济及交直流电源和负载的直接接入。在交直流配网配电中有重要的工程实际应用价值。
附图说明
图1是本发明实施例提供的交直流微网接口变流器的原理示意图；
图2是本发明实施例提供的交直流微网接口变流器接入适用微网***示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
图1是本发明实施例提供的交直流微网接口变流器的原理示意图。图2是本发明实施例提供的交直流微网接口变流器接入微网***示意图。
请参照图1和图2，本发明实施例提供一种交直流微网接口变流器，包括主控单元、两个功率模块及交直流采样单元。
所述交直流微网接口变流器两个功率模块交流侧通过双***变压器并在一起，实现交流输出电气隔离。所述交直流微网接口变流器直流侧为1#功率模块的负极与2#功率模块的正极相连作为N极，构成正负双极直流母线。
所述交直流采样单元采集功率模块交流侧、直流侧的电流和电压并反馈给所述主控单元。
主控单元进行模式的切换控制，控制两个功率模块开关管的导通时间。
进一步地，所述的直流微网接口变流器主控单元，可根据不同的工作场景进行设置，使其工作在不同的模式，包括：并网场景下的稳压模式、并网场景下的恒流或恒功率模式、孤岛场景下的离网运行模式。
(1)工作于并网场景下的稳压模式，交直流微网接口变流器作为电压源，两个模块分别稳压375V，变流器功率跟直流负载大小及储能和光伏输出相关。具体可采用直流电压外环加交流电压内环控制模式，直流电压外环输入为375V，反馈为交直流采样单元采集的模块直流侧电压。。
(2)工作于并网场景下的恒流模式，包括：交直流混合微网接口变流器作为电流源，两个功率模块实现能量在交直流子网间进行传递，所述主控单元基于所述交直流采样单元反馈两个功率模块输入交流电流的大小对两个功率模块的开关管导通时间进行PI调节，使得两个功率模块输出交流电流达到设定直流恒流值对应的交流值，恒流输出。
(3)工作于并网场景下的恒功率模式，包括：交直流混合微网接口变流器作为电流源，两个功率模块实现能量在交直流子网间进行传递，两个功率模块交流侧电压为定值，所述主控单元基于所述交直流采样单元反馈两个功率模块输入交流电流的大小计算输入功率大小，基于输入功率与输出功率的对应关系，获得两个功率模块的输出功率，基于输出功率的大小对两个功率模块的开关管导通时间进行PI调节，使得两个功率模块输出功率达到设定功率值，恒功率输出。
(4)工作于孤岛场景下的离网运行模式，包括：所述主控单元基于所述交直流采样单元反馈两个功率模块输入交流电压的大小进行PI控制，稳定交流电压，采用交流电压外环+电流内环：电压指令经过标幺后作为电压外环d轴的输入，q轴输入为0，交流电压经dq变换后作为电压外环的反馈，经PI调节后将电压外环的输出作为电流内环的输入，其中锁相角度为控制器自己产生的角度。
当交流侧失电时，交直流混合微网接口变流器在孤岛模式下，作为交流电源给交流负载供电,直流母线电压由接口变流器稳定。此时混合微网接口变流器的功率大小主要由交流负载大小决定。负载能量由直流储能或光伏DCDC提供。
当接口变流器工作在功率控制模式和孤岛控制模式，可通过直流双极均压控制策略，保证当直流双极接不平衡负载时，直流双极电压之间的电压仍然均衡，不影响混合微网接口变换器的直流侧带载运行。直流双极均压控制包括，在控制***中增加直流电压PI控制环，直流电压PI控制环的输入为半母线电压，反馈为模块侧直流电压，输出作为扰动量加到电流内环中。
可选的，功率模块为常见三相功率模块。优选的，功率模块采用三电平拓扑结构。
可选的，控制架构采用直流电压外环+电流内环，其中直流电压外环的指令值为单极母线电压值；
本发明实施例旨在保护一种交直流混合微网接口变流器及控制方法，交直流微网接口变流器包括主控单元、两个功率模块及交直流采样单元。该变流器交流侧通过隔离变接交流子网，并网模式下，直流侧接±375V直流电压，既可接储能、光伏等电源设备。又可以直接接相同电压等级的直流负载，不需要再经DC/DC变流器进行转换。在直流配网配电中有重要的工程实际应用价值，孤岛模式下，交直流混合微网接口变流器又可工作在交流电压源模式，通过直流子网上的光伏、储能等为交流子网提供能量。因此，该交直流混合微网接口变流器满足不同运行模式下的能量互济及交直流电源和负载的直接接入。在交直流配网配电中有重要的工程实际应用价值。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种交直流混合微网接口变流器，其特征在于，包括主控单元、两个功率模块及交直流采样单元；
两个功率模块交流侧通过双***变压器并在一起后连接交流子网；两个功率模块直流侧第一功率模块的负极与第二功率模块的正极相连作为N极，构成正负双极直流母线；
所述交直流采样单元采集功率模块交流侧、直流侧的电流和电压并反馈给所述主控单元；
所述主控单元控制两个功率模块，使得交直流混合微网接口变流器工作于并网场景下的稳压模式、并网场景下的恒流或恒功率模式、孤岛场景下的离网运行模式。
2.根据权利要求1所述的交直流混合微网接口变流器，其特征在于，工作于并网场景下的稳压模式，包括：交直流混合微网接口变流器作为电压源，两个功率模块将交流电转换为直流电输出，所述主控单元基于所述交直流采样单元反馈两个功率模块输出直流电压的大小对两个功率模块进行PI调节，使得两个功率模块输出直流电压达到设定恒压值恒压输出。
3.根据权利要求2所述的交直流混合微网接口变流器，其特征在于，当交直流混合微网接口变流器作为电压源时，两个功率模块分别稳压为375V。
4.根据权利要求1所述的交直流混合微网接口变流器，其特征在于，工作于并网场景下的恒流模式，包括：交直流混合微网接口变流器作为电流源，两个功率模块实现能量在交直流子网间进行传递，所述主控单元基于所述交直流采样单元反馈两个功率模块输入交流电流的大小对两个功率模块的进行PI调节，使得两个功率模块输出交流电流达到设定值，恒流输出。
5.根据权利要求1所述的交直流混合微网接口变流器，其特征在于，工作于并网场景下的恒功率模式，包括：交直流混合微网接口变流器作为电流源，两个功率模块实现能量在交直流子网间进行传递，所述主控单元基于所述交直流采样单元反馈两个功率模块输入交流电流的大小计算输入功率大小，基于输入功率与输出功率的对应关系，获得两个功率模块的输出功率，基于输出功率的大小对两个功率模块进行PI调节，使得两个功率模块输出功率达到设定功率值，恒功率输出。
6.根据权利要求1所述的交直流混合微网接口变流器，其特征在于，工作于孤岛场景下的离网运行模式，包括：，所述主控单元基于所述交直流采样单元反馈两个功率模块输入交流电压的大小进行PI控制，稳定交流电压；采用交流电压外环和电流内环控制：电压指令经过标幺后作为电压外环d轴的输入，q轴输入为0，交流电压经dq变换后作为电压外环的反馈，经PI调节后将电压外环的输出作为电流内环的输入。
7.根据权利要求1所述的交直流混合微网接口变流器，其特征在于，直流母线连接直流子网，直流子网能够连接光伏发电、储能模块以及充电桩设备。
8.根据权利要求6所述的交直流混合微网接口变流器，其特征在于，在并网场景下的恒功率模式和孤岛场景下的离网运行模式，需进行直流双极均压控制，包括：主控单元设置直流电压PI控制环，直流电压PI控制环的输入为半母线电压，反馈为模块侧直流电压，输出作为扰动量加到电流内环中。
9.一种权利要求1至8之一所述的交直流混合微网接口变流器的控制方法，其特征在于，包括：
选择工作模式：
如果选择工作于并网场景下的稳压模式，则控制交直流混合微网接口变流器作为电压源，两个功率模块将交流电转换为直流电输出，所述主控单元基于所述交直流采样单元反馈两个功率模块输出直流电压的大小对两个功率模块进行PI调节，使得两个功率模块输出直流电压达到设定恒压值恒压输出；
如果选择工作于并网场景下的恒流模式，则控制交直流混合微网接口变流器作为电流源，两个功率模块实现能量在交直流子网间进行传递，所述主控单元基于所述交直流采样单元反馈两个功率模块输入交流电流的大小对两个功率模块的进行PI调节，使得两个功率模块输出交流电流达到设定值，恒流输出；
如果选择工作于并网场景下的恒功率模式，则控制交直流混合微网接口变流器作为电流源，两个功率模块实现能量在交直流子网间进行传递，所述主控单元基于所述交直流采样单元反馈两个功率模块输入交流电流的大小计算输入功率大小，基于输入功率与输出功率的对应关系，获得两个功率模块的输出功率，基于输出功率的大小对两个功率模块进行PI调节，使得两个功率模块输出功率达到设定功率值，恒功率输出；
如果选择工作于孤岛场景下的离网运行模式，包括：，所述主控单元基于所述交直流采样单元反馈两个功率模块输入交流电压的大小进行PI控制，稳定交流电压；采用交流电压外环和电流内环控制：电压指令经过标幺后作为电压外环d轴的输入，q轴输入为0，交流电压经dq变换后作为电压外环的反馈，经PI调节后将电压外环的输出作为电流内环的输入。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，
在并网场景下的恒功率模式和孤岛场景下的离网运行模式，执需进行直流双极均压控制，包括：增加直流电压PI控制环，直流电压PI控制环的输入为半母线电压，反馈为模块侧直流电压，输出作为扰动量加到电流内环中。
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