微电网系统及其控制方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及供电电源技术领域，特别是涉及一种微电网系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002]微电网系统是包括分布式发电装置、储能变流器和负荷，并具有一定自我调节和控制能力的小型配电子网。它既可以并网模式运行，也能够在电网出现故障时以孤岛模式运行。微电网技术推动了可再生能源利用和分布式发电的发展，备受世界各国重视。
[0003 ]在微电网系统中，储能变流器是整个微电网系统的核心，在并网模式运行时存储能量，在孤岛模式运行时作为微电网系统的主电源，为整个微电网系统提供电压和频率的支撑。目前微电网系统的核心问题是如何降低微电网系统由并网模式切换为孤岛模式时造成的切换冲击从而实现无缝切换，然而在传统的技术中要实现无缝切换仍然存在技术上的难点，甚至可能导致微电网系统失稳。
【发明内容】
[0004]基于此，针对上述如何降低微电网系统由并网模式切换为孤岛模式时造成的切换冲击，本发明提供一种微电网系统及其控制方法，能够降低微电网系统由并网模式切换为孤岛模式时造成的切换冲击，实现并网/孤岛模式无缝切换。
[0005]—种微电网系统，包括蓄电池，还包括储能变流器、监测电路以及可控开关;所述可控开关连接于市电和交流母线之间；所述储能变流器分别与所述蓄电池、所述交流母线连接;所述监测电路分别与所述储能变流器、所述可控开关连接；
[0006]所述监测电路用于对市电的运行状态进行监测并在市电正常时输出第一监测信号，在市电异常时输出第二监测信号;所述可控开关用于在所述第一监测信号的控制下导通，从而使得所述微电网系统与市电并网运行进入并网模式;所述可控开关还用于在所述第二监测信号的控制下断开，从而使得所述微电网系统独立向负载供电，进入孤岛模式；
[0007]所述储能变流器包括主电路和控制电路;所述主电路用于对所述蓄电池的输出电压进行处理以并网或向负载供电；所述控制电路用于对所述主电路的输出进行控制;所述控制电路包括电压外环单元、模式切换开关以及电流内环单元；
[0008]所述电流内环单元的第一输入端与所述储能变流器的输出端连接，以接收储能变流器的输出电流反馈值;所述电流内环单元的第二输入端与所述模式切换开关的固定端连接;所述电流内环单元的输出端与所述主电路连接;所述模式切换开关的第一触点用于接收电流内环给定电流值；
[0009]所述电压外环单元的第一输入端与所述储能变流器的输出端连接，以接收储能变流器的输出电压反馈值;所述电压外环单元的第二输入端用于接收电压外环给定电压值；所述电压外环单元的第三输入端通过所述可控开关与市电连接，以接收市电电流值;所述电压外环单元的第四输入端用于接收所述电流内环给定电流值;所述电压外环单元的输出端与所述模式切换开关的第二触点连接;所述电压外环单元用于根据所述电压外环单元的第四输入端输入的电流内环给定电流值、电压外环单元的第三输入端输入的市电电流值、电压外环单元的第二输入端输入的电压外环给定电压值以及电压外环单元的第一输入端输入的储能变流器的输出电压反馈值形成微电网系统并网切孤岛模式的电流环给定信号；
[0010]模式切换开关用于在第一监测信号的控制下接通第一触点，电流内环单元根据第一触点输入的电流内环给定电流值和储能变流器的输出电流反馈值生成控制信号，以控制储能变流器输出恒定的功率;模式切换开关还用于在第二监测信号的控制下接通第二触点，电流内环单元根据所述电压外环单元输出的电流环给定信号和储能变流器的输出电流反馈值生成控制信号，以控制储能变流器的输出电压和频率恒定。
[0011]在其中一个实施例中，所述主电路包括变流器;所述控制电路还包括驱动信号发生器;所述驱动信号发生器连接于所述电流内环单元的输出端和所述变流器的控制端之间；所述驱动信号发生器用于根据所述控制信号生成相应的驱动信号，以对所述变流器进行控制。
[0012]在其中一个实施例中，所述主电路还包括滤波电路;所述滤波电路连接于所述变流器的输出端和交流母线之间，用于对变流器的输出进行滤波处理。
[0013]在其中一个实施例中，所述电流内环单元包括相互串联的电流环加法器和电流环控制器;所述电流环加法器的输出端与所述电流环控制器连接，所述电流环控制器的输出端与所述驱动信号发生器连接;所述电流环加法器用于对第一输入端和第二输入端的两个输入信号进行相减得到误差信号；所述电流环控制器用于根据所述误差信号形成控制信号。
[0014]在其中一个实施例中，所述电压外环单元包括相互串联的第一电压环加法器、电压环控制器以及第二电压环加法器;所述电压环控制器连接于所述第一电压环加法器和所述第二电压环加法器之间；所述第一电压环加法器用于根据所述第一输入端和所述第二输入端输入的电压信号进行相减得到电压误差值;所述电压环控制器用于根据所述电压误差值生成控制量;所述第二电压环加法器用于对所述第三输入端输入的市电电流值、第四输入端输入的电流内环给定值以及所述控制量生成电流环给定信号。
[0015]在其中一个实施例中，所述电流环控制器和所述电压环控制器均为PI调节器。
[0016]在其中一个实施例中，所述电流内环单元还包括第一三相静止坐标系到两相旋转坐标系转换模块和两相旋转坐标系到三相静止坐标系转换模块;所述电流环加法器包括电流环d轴加法器和电流环q轴加法器;所述电流环控制器包括电流环d轴控制器和电流环q轴控制器;所述第一三相静止坐标系到两相旋转坐标系转换模块的输入端与所述储能变流器的输出端连接，所述第一三相静止坐标系到两相旋转坐标系转换模块的输出端分别与所述电流环d轴加法器和电流环q轴加法器连接;所述第一三相静止坐标系到两相旋转坐标系转换模块用于对所述储能变流器输出的三相电流进行转换以生成d轴电流和q轴电流;所述两相旋转坐标系到三相静止坐标系转换模块的输入端分别与所述电流环d轴控制器和电流环q轴控制器的输出端连接，所述两相旋转坐标系到三相静止坐标系转换模块的输出端与所述驱动信号发生器连接;所述两相旋转坐标系到三相静止坐标系转换模块用于将所述电流环d轴控制器输出的量以及所述电流环q轴控制器输出的量转换成三相调制信号，输出给所述驱动信号发生器，用以生成所述变流器的驱动控制信号；
[0017]所述电压外环单元还包括第二三相静止坐标系到两相旋转坐标系转换模块和第三三相静止坐标系到两相旋转坐标系转换模块;所述第一电压环加法器包括第一电压环d轴加法器和第一电压环q轴加法器;所述电压环控制器包括电压环d轴控制器和电压环q轴控制器;所述第二电压环加法器包括第二电压环d轴加法器和第二电压环q轴加法器;所述第二三相静止坐标系到两相旋转坐标系转换模块的输入端与所述储能变流器的输出端连接，所述第二三相静止坐标系到两相旋转坐标系转换模块的输出端分别与所述第一电压环d轴加法器、所述第一电压环q轴加法器的输入端连接;所述第二三相静止坐标系到两相旋转坐标系转换模块用于对所述储能变流器输出的三相电压进行转换以生成d轴电压和q轴电压;所述第三三相静止坐标系到两相旋转坐标系转换模块的输入端用于接收市电电流；所述第三三相静止坐标系到两相旋转坐标系转换模块的输出端分别与所述第二电压环d轴加法器、所述第二电压环q轴加法器连接;所述第三三相静止坐标系到两相旋转坐标系转换模块用于对市电的三相电流进行转换以生成d轴电流和q轴电流;所述电流内环给定电流值包括电流内环d轴给定电流值和电流内环q轴给定电流值;所述电压外环给定电压值包括电压外环d轴给定电压值和电压外环q轴给定电压值；
[0018]所述模式切换开关包括d轴模式切换开关和q轴模式切换开关;所述d轴模式切换开关连接于所述电流环d轴加法器和第二电压环d轴加法器之间；所述q轴模式切换开关连接于电流环q轴加法器和第二电压环q轴加法器之间。
[0019]在其中一个实施例中，所述微电网系统还包括光伏发电组件;所述光伏发电组件包括光伏电池组件和与之连接的光伏逆变器;所述光伏发电组件用于将光能转换为电能后给负载供电，并在产生的电能大于负载需求电量时输出给电网或者所述蓄电池。
[0020]在其中一个实施例中，所述微电网系统还包括主控制器;所述主控制器用于获取负载的重要级别，并在所述微电网系统处于孤岛模式时根据所述负载的重要级别进行电能分配。
[0021]一种微电网系统的控制方法，用于控制如前述任一实施例所述的微电网系统在并网模式和孤岛模式之间进行切换;所述控制方法包括:
[0022]对市电的运行状态进行监测；
[0023]判断市电是否处于正常状态；
[0024]若市电处于正常状态，则控制可控开关导通，使得微电网系统与市电并网运行进入并网模式;控制模式切换开关接通第一触点，电流内环单元根据第一触点输入的电流内环给定值和储能变流器的输出电流反馈值生成控制信号，以控制储能变流器输出恒定的功率；电压外环单元根据电压外环单元的第四输入端输入的电流内环给定电流值、电压外环单元的第三输入端输入的市电电流值、电压外环单元的第二输入端输入的电压外环给定电压值以及电压外环单元的第一输入端输入的储能变流器的输出电压反馈值形成微电网系统并网切孤岛模式的电流环给定信号；并网时，所述电流环给定信号不参与所述电流内环单元的控制过程；
[0025]若市电未处于正常状态时，则控制可控开关断开，使得所述微电网系统独立向负载供电，进入孤岛模式;控制模式切换开关从第一触点接至第二触点，所述电压外环单元将在并网时生成的电流环给定信号输出给所述电流内环单元;电流内环单元根据储能变流器的输出电流反馈值和电压外环单元输出的电流环给定信号生成控制信号，以控制储能变流器的输出电压和频率恒定。
[0026]上述微电网系统中的监测电路在市电正常时控制可控开关导通且控制模式切换开关接通第一触点，微电网系统进入并网模式，电流内环单元根据电流内环给定电流值和储能变流器的输出电流反馈值生成控制信号，控制微电网系统的储能变流器有恒定的功率输出；电压外环单元在并网模式下不参与控制，但仍然处于运行状态，其根据电压外环单元的四个输入信号，即电流内环给定电流值、市电电流值、电压外环给定电压值以及储能变流器的输出电压反馈值形成微电网系统并网切孤岛模式的电流环给定信号。监