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微网系统中变换器无缝切换控制策略仿真研究.pdf

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微网系统中变换器无缝切换控制策略仿真研究 123 杨美娟郭海平卓放 1)西安交通大学电气工程学院，西安7100492)西安交通大学电气工程学院，西安710049 3)西安交通大学电气工程学院，西安710049 摘要微网存在两种典型的运行模式：离网模式和并网模式。同时，两种模式之间的切换也应该实现无缝切换。考虑 到采用主从控制以实现无环流的微网中主变换器在微网中的重要地位，本文采用V/f电压控制做为离网时变换器控制方法， 通过逐步调整变换器输出电压使其跟随电网电压实现离网到并网的无缝切换；并网时采用电流控制，通过调整变换器输出电 压初相角为切换时刻电网电压相位实现并网到离网的无缝切换，并对该无缝切换策略进行了仿真研究。仿真结果证明本文使 用的无缝切换策略能准确、快速、可靠的实现无缝切换，并且控制思路简单，易于实现。 关键词微网，离网模式，并网模式，无缝切换，仿真 1．引言 近年来，分布式发电得到了越来越多的重视和应本文对于采用主从控制实现均流[12]的微网系统 用[1-3]。微网技术整合了分布式电源的优势，且克服中的主变换器，离网时采用V/f控制，并网时采用电 了分布式发电对电网造成的稳定性和电能质量等问题流控制，通过逐步调整变换器电压使其跟随电网电压 [4-6]，其研究备受关注[7-9]。微网内部的电源主要由实现离网到并网的无缝切换，通过调整变换器输出电 电力电子器件电路负责能量转换，如图1示。对微网压初相角为切换时刻电网电压相位实现并网到离网的 中变换器的控制需要根据微网运行模式的不同变化。无缝切换。通过对上述控制方法的仿真分析，证明本 微网存在两种典型的运行模式。正常情况下，微文所采用的无缝切换控制策略能快速、稳定的实现双 网与大电网并网运行，称为并网模式。此时可通过控模式之间的平滑切换，且控制思路简单，易于实现。 制变换器输出电流与电网电压同相位，即传统的电流 控制[10]，达到单位功率因数输出，同时间接控制变换2．离网模式时V/f控制和并网模式时电流控制 器输出功率。当电网故障时，微网需及时与大电网断对于直流侧接有超级电容等储能装置的微网变换 开而独立运行，称为离网模式。此时要求对不同负载，器，其直流侧可等效为直流电压源。微网中主变换器 微网有良好的输出外特性。文献[11]列出多种微源的控结构如图2所示。 制方法：PQ法，PV法，V/f法等。V/f法对变换器输在微网离网运行时，主变换器通过V/f控制给整 出电压的幅值和频率进行单独控制。采用V/f控制法个孤立的微网提供电压和频率参考值，来保证电压和 可以直接、快速、准确的控制微网变换器输出电压。频率水平。图3为V/f控制器结构框图。V/f控制得到 微网在以上两种模式之间的切换过程必须快速准的电压幅值和相位基准再用来合成变换器输出电压基 确，以提高配电系统的可靠性。如果控制不当，可能准，经过电压电流控制器进行最终控制。电压电流控 由于并网接入电感上的压降突变造成所接负载电流、制器为传统的变换器输出电压、电感电流双闭环控制。 电压出现较大的突变，这就需要对变换器的并网/离网并网模式时只需控制变换器输出电流和电网电压 切换采取一个平滑的切换方案，控制双模式之间的转同相位即可实现单位功率因数输出，同时控制电流幅 换，这就是无缝切换技术。值可以间接控制变换器输出功率。其控制框图如图4 所示[13]。 A 并网开关 L接入阻抗 Udc 图1微网内部微源结构图 C Zload RUn Vo 国家高技术研究发展计划（计划）专题课题（项目编号：Io 863 2008AA05Z21）图2微网主变换器结构图 -60°。电网电压有效值220V，频率为50HZ，初相角 为0°。在0.04s将变换器电压基准调整为220V有效值 和50HZ频率，同时根据电网电压与变换器输出电压 的相位差值的方向，同方向以固定步长调节变换器的 电压初相角基准值。在判断两者差进入一定并网允许 的小范围内时，投入并网开关。同时0.004s之后将变 换器控制切换为电流控制模式，电流给定由15A逐渐 增加到22A。图5为变换器输出电压和电流波形，图 图3V/f控制器结构框图 6为切换时刻附近输出电压和电流波形，图7为负载 电流波形。图8为切换时刻附近负载电流波形。 图4电流控制结构框图 3．两种模式的无缝切换 当微网离网运行时，系统稳定在一个接近于但不 同于正常电网的电压值，该输出可能与电网电压频率、 幅值和相位存在一定的差别。如果对微网电压不加以图5变换器输出电压和电流波形 控制直接并网，即便很小的微网电压和电网电压差， 尤其是相位差，加在极小的并网连接阻抗上也会产生 很大的电流冲击，从而影响负载和电网的正常工作。 为此，本文的控制策略为：在并网之前，通过微网电 压相角与电网电压相角的超前滞后