本發明涉及微電網或分布式發電系統領域，特別涉及一種儲能逆變器并離網無縫切換控制方法。

背景技術：

隨著分布式發電技術的發展,傳統的集中式發電系統正在向分布式發電系統轉型。分布式發電系統接近負載,供電可靠性高,可以為邊遠山區或商業區供電,減少了輸電損耗。有力的緩解了我國的能源問題,提高了供電可靠性。

分布式發電系統主要由分布式電源、儲能裝置、負載和電網組成,由于儲能逆變器具有削峰填谷的功能,在分布式發電系統中得到了廣泛的應用。由于光伏發電、風力發電等分布式系統具有隨機性、間歇性的特點,因此為了維持分布式發電系統孤島運行時頻率穩定、功率平衡和電壓穩定,就需要在系統中加入儲能環節。儲能電源的并網/離網切換動態過程直接影響到敏感負荷的供電質量。因此對儲能逆變器的控制就尤為重要。

目前，圍繞微網無縫切換技術已開展大量研究。由于并網/離網轉換前后控制對象發生變化，并網狀態和離網狀態控制策略的不同，電網故障時不能快速脫網，因此切換過渡過程較長，沖擊較大，對敏感負荷的供電質量也有較大影響。

技術實現要素：

本發明的目的是為了克服上述現有技術中的不足,提出了一種儲能逆變器并離網無縫切換控制方法，其可以實現并、離網狀態及其之間的自動平滑切換。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是：

一種儲能逆變器并離網無縫切換控制方法,包括控制系統、儲能裝置,當逆變器處于并網狀態時,采用雙閉環前饋解耦控制系統，電流內環控制電感電流，d軸直流電壓外環穩定逆變器直流側電壓，q軸電網無功電流外環保證系統對電網呈現單位功率因數；

當逆變器處于離網狀態時，負荷端電壓由逆變器維持，控制模型需考慮濾波電容和負荷的影響，采用雙閉環前饋解耦控制，旋轉坐標系與并網時一致，電感電流內環提高動態響應速度，并具有限流作用，d軸電容電壓外環保障負荷端電壓質量，q軸電壓外環給定值為0，保證從并網切換到離網后負載電壓相位不變；

當逆變器處于并網狀態與離網狀態之間時,切換過程分3個階段完成，并在兩種工作狀態間自動無縫切換；

其中離網狀態包括主動離網和被動離網。

進一步的，所述的儲能裝置采用蓄電池組，所述控制系統包括開關管T₁、T₂、電感L_d，以及直流電容C_d構成Buck/Boost變換器；VT1～VT6構成三相電壓源型逆變器；LC構成濾波器，R為電感內阻，帶敏感負荷Z，經過反并聯晶閘管開關S1、S2、S3與電網連接。

進一步的，所述的逆變器直流側電壓由蓄電池組及Buck/Boost電路維持。

進一步的，所述的儲能裝置在電網正常情況下工作于并網模式，作為電網可調度負荷，補償本地無功負荷，使系統對電網呈現單位功率因數；在電網需要檢修或異常情況下，固態開關S1～S3迅速斷開，儲能裝置工作于離網模式，保障本地敏感負荷的供電；電網恢復正常后，閉合固態開關，恢復到并網工作模式。

進一步的，包括主動離網切換控制，該主動離網切換控制是在電網電壓正常情況下進行的，當需要主動離網時，控制器控制Buck/Boost電路維持直流母線電壓為額定值，并不斷檢測電網電流，直至電網電流減小到0，當電網電流下降至0時自然斷開，此時撤消固態開關驅動信號，將控制器轉換到離網運行模式，實現無縫切換。

進一步的，包括被動離網切換控制，該被動離網切換控制是指電網發生故障時為保護微網而自身被迫與電網斷開連接，此種情況下電網電壓異常，要求在最短時間內切斷電網，恢復敏感負荷的供電，采用滯環電流控制的方法迫使電網電流迅速回零，使晶閘管開關關斷，控制系統檢測到晶閘管關斷后，迅速將控制器切換到離網工作模式，切換過程完成。

進一步的，在電網電壓恢復正常后，由控制系統需要檢測電網電壓相位，若與逆變器輸出電壓相差不足而導致沖擊電流，則可以直接觸發S1～S3導通完成并網；若相差較大，采取調整逆變器輸出電壓頻率的方法，電壓頻率的調節范圍應符合電能質量關于頻率的相關規定，主動調整其相位使之與電網電壓相同，然后再切換。

本發明的優點和有益效果：

①硬件裝置與計算機軟件編程相結合，硬件裝置設計簡單，軟件編程通俗易懂；②對于主動離網切換，逆變器在并網固態開關斷開前逐漸承擔全部負荷功率，能夠有效減小過渡過程，減小對敏感負荷的影響，此過程實現了無縫無沖擊切換；③對于被動離網切換，采用滯環電流控制方法能夠加速電網脫離，縮短切換過渡過程此過程實現了無縫無沖擊切換；④對于存在初始相位差的并網切換，采取調整逆變器輸出頻率縮小相位差的方法能夠有效地減小并網沖擊，此過程實現了無縫無沖擊切換；④利用計算機高速的數據計算和數據處理能力，大大提高了該控制系統的可靠性。

附圖說明

附圖1為本發明所涉一種儲能逆變器并離網無縫切換控制方法的儲能裝置示意圖。

附圖2為本發明所涉一種儲能逆變器并離網無縫切換控制方法的逆變器并網控制仿真模型示意圖。

附圖3為本發明所涉一種儲能逆變器并離網無縫切換控制方法的逆變器離網控制仿真模型示意圖。

附圖4為本發明所涉一種儲能逆變器并離網無縫切換控制方法的逆變器主動離網過程示意圖。

附圖5為本發明所涉一種儲能逆變器并離網無縫切換控制方法的逆變器被動離網過程示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步說明。

本發明包括控制系統、儲能裝置,當逆變器處于并網狀態時,采用雙閉環前饋解耦控制系統(參見圖2)，電流內環控制電感電流，d軸直流電壓外環穩定逆變器直流側電壓，q軸電網無功電流外環保證系統對電網呈現單位功率因數；

當逆變器處于離網，負荷端電壓由逆變器維持，控制模型需考慮濾波電容和負荷的影響。采用雙閉環前饋解耦控制(參見圖3)，旋轉坐標系與并網時一致。電感電流內環提高動態響應速度，并具有限流作用，d軸電容電壓外環保障負荷端電壓質量，q軸電壓外環給定值為0，保證從并網切換到離網后負載電壓相位不變，而逆變器直流側電壓由蓄電池組及Buck/Boost電路維持；

當逆變器處于并網狀態與離網狀態之間時,切換過程分3個階段完成，其可在兩種工作狀態間自動無縫切換。

作為上述技術方案的改進,儲能裝置采用蓄電池組，所述控制系統包括開關管T₁、T₂、電感L_d，以及直流電容C_d構成Buck/Boost變換器；VT1～VT6構成三相電壓源型逆變器；LC構成濾波器，R為電感內阻，帶敏感負荷Z，經過反并聯晶閘管開關S1、S2、S3與電網連接。

參見附圖1，作為上述技術方案的改進,儲能裝置在電網正常情況下工作于并網模式，作為電網可調度負荷，補償本地無功負荷，使系統對電網呈現單位功率因數；在電網需要檢修或異常情況下，固態開關S1～S3迅速斷開，儲能裝置工作于離網模式，保障本地敏感負荷的供電；電網恢復正常后，閉合固態開關，恢復到并網工作模式。

作為上述技術方案的改進,主動離網切換控制是在電網電壓正常情況下進行的。切換過程分3個階段完成，結合圖1和圖4所示，圖中i_inv＝i_L-i_C為逆變器輸出電流。假定切換前儲能裝置釋放能量，則負荷功率由電網和逆變器共同承擔。當需要主動離網時，控制器控制Buck/Boost電路維持直流母線電壓為額定值，在圖2中i^*_Ld不再由直流母線電壓環給出，而是由控制器直接給定，且從接收到轉換命令后的初始值開始線性增加，并不斷檢測電網電流，直至電網電流減小到0，增加的斜率不應過小使轉換過程過長，也不應過大使控制器不能跟隨指令電流。當電網電流下降至0時自然斷開，此時撤消固態開關驅動信號，將控制器轉換到離網運行模式，實現無縫切換。切換過程的中間階段電網沒有退出，仍然給負荷提供電壓支撐，以減小切換過程對負荷端電壓的影響；否則，由于控制器切換后需要調節時間，調節過程中負荷端電壓質量難以保證。

作為上述技術方案的改進,被動離網切換控制是指電網發生故障時為保護微網而自身被迫與電網斷開連接，此種情況下電網電壓異常，要求在最短時間內切斷電網，恢復敏感負荷的供電。由于晶閘管不能控制關斷，必須等待電流自然過零，因此負荷端電壓故障時間較長，為加速晶閘管的關斷，縮短過渡過程，減小對負荷的影響，采用滯環電流控制的方法迫使電網電流迅速回零，其切換過程如圖5所示。切換過程分為3個階段，假設電網在t₁時刻發生故障，控制系統在t₂時刻檢測到故障信號，同時撤消晶閘管驅動信號，(t₂-t₁)為檢測時間；在t₂時刻以前，采用并網模式控制器，此后，切換到滯環電流控制模式，其電流指令值為負荷電流i_Z，根據KCL定律，若控制使得i_inv＝i_Z，則電網電流i_g＝0，由于滯環電流控制快速跟蹤電流，能夠加速電網電流回零，使晶閘管開關關斷；在t3時刻控制系統檢測到晶閘管關斷，迅速將控制器切換到離網工作模式，切換過程完成。實際系統中，采用定頻滯環電流控制固定功率器件的開關頻率，由于變換器在該模式下工作時間只有幾ms，因此開關損耗不是主要矛盾，可設置一個較小的電流環寬。

作為上述技術方案的改進,在電網電壓恢復正常后，需要將儲能裝置從離網狀態恢復到并網狀態。恢復后的電網電壓幅值、頻率和相位可能與逆變器輸出電壓的不同。幅值和頻率差別一般不大，而相位可能相差較大，因此控制系統需要檢測電網電壓相位。若與逆變器輸出電壓相差不足而導致沖擊電流，則可以直接觸發S1～S3導通完成并網；若相差較大，直接并網將產生沖擊電流，嚴重時可能損壞設備。為了使電網電壓與逆變器輸出電壓同相位，采取調整逆變器輸出電壓頻率的方法，電壓頻率的調節范圍應符合電能質量關于頻率的相關規定，主動調整其相位使之與電網電壓相同，然后再切換。例如電網和逆變器初始輸出電壓頻率均為50Hz，相位差180,現將逆變器輸出頻率調整為50.5Hz,若忽略調整頻率時相位的突變,則經過t＝180/[(50.5-50)×360]＝1s后，電網電壓與逆變器輸出電壓同相，此時觸發S1～S3導通，逆變器切換到并網運行模式，完成轉換。

本發明的工作原理是：在電網電壓正常情況下若需要主動離網切換，則采取并網固態開關分斷前逆變器逐步承擔全部敏感負荷功率的方法，以減小切換過渡過程；對于電網電壓發生跌落時被動離網，則采用滯環電流控制的切換方法，加速逆變器脫網，減小對敏感負荷的沖擊。并網切換時，若存在初始相位差，采用頻率滑差的方法實現零相位差無縫切換。

應當明確的是，本發明不限于這里的實施例，本領域技術人員根據本發明的揭示，按本發明構思所做出的顯而易見的改進和修飾都應該在本發明的保護范圍之內。