技术领域
[0001] 本
发明涉及电
力电子技术领域，具体涉及一种微电网
低电压穿越控制系统。
背景技术
[0002] 为应对日益严峻的化石
能源短缺和环境污染等问题，大规模开发利用可再生新能源成为有效解决方案。分布式发电单元，如光伏(PV)阵列、
风力发电(WT)、
燃料电池(FC)、微型
燃气轮机(MT)和储能系统(ESS)被广泛地以微网的形式接入公共电网。得益于电力电子技术的发展，微网为公共电网提供了高可靠和高
质量的
电能。
[0003] 一般来说，微网的运行在电网调度计划上具有并网模式和
孤岛模式，以对应不同的运行环境和用户需求。当电网发生故障时，微网接入点的电压会降低，导致微网进入非计划孤岛模式，即未经电网调度而进入
孤岛运行的一种状态。此时，电网的调度中心并不知道微网已经进入孤岛运行，但却依然参照并网模式的调度计划，这就会导致公共电网和微网的安全隐患。因此，需要让微网具备低电压穿越(LVRT)的能力，即在电网故障应发电压跌落情况下，使微网依然能够并网运行的能力。实现微电网低电压穿越的原因主要有：
[0004] 1)随着微网渗透率的逐渐增大，微网的非计划孤岛运行对公共电网造成的容量缺失不容忽视，引发电网调度计划的失效；
[0005] 2)微网的非计划孤岛运行，会造成公共电压电压和
频率的进一步恶化；
[0006] 3)微网的非计划孤岛运行，若微网产生的电能超过自身需要，会造成电能的浪费，并且，微网储能系统会被完全充电；
[0007] 4)微网的非计划孤岛运行，若微网产生的电能无法满足自身需要，会引起微网供电不足，导致关键负荷掉电；
[0008] 5)微网重新并网的过程，可能导致同步问题以及过大的浪涌
电流问题。
[0009] 因此，越来越要求微网具备低电压穿越的能力。
[0010] 然而，目前低电压穿越主要集中在大型光伏电站和风
电场，对微网的低电压穿越相对较少。比如，光伏电站的低电压穿越主要通过电网交互变换器的输出电流控制实现的，如单相光伏逆变器的
无功电流注入策略，三相光伏逆变器的负序电流注入策略。风电场的低电压穿越通常是通过三相输出电流控制来实现的，抑制电网侧变流器的100HZ功率振荡，如柔性电压支持策略，退磁和虚拟
电阻综合控制策略。而目前对微网的低电压穿越的研究仅限于下垂控制的方法。相比之下，微网的低电压穿越急需进一步发展和研究。
[0011] 通常，微网和公共电网之间的PCC连接
接口可以使用机电
断路器和固态
开关(STS)来实现。其需要对微网内的各个分布式发电单元分散控制，例如基于分布式发电单元负序下垂控制的微电网低电压穿越。由于各个分布式发电单元需要一一控制，导致控制策略变得复杂，例如，需要考虑各个分布式发电单元之间的协调优化和环流抑制。同时，该方案并未考虑故障电
流管理控制，低电压穿越过程中，会引发故障点
故障电流的急剧增加，造成安全隐患；且其为电压型控制，控制环路多，降低了低电压穿越的动态性能和稳态性能。
[0012] 综上所述，急需研究一种基于故障电流管理策略的微电网低电压穿越控制的系统。
发明内容
[0013] 本发明要解决的技术问题是：提供一种微电网低电压穿越控制系统，其把微网作为一个整体的低电压穿越集中控制，使微网低电压穿越具有更高的可靠性和灵活性。
[0014] 本发明提供一种故障电流管理控制策略，其微电网对故障点注入的故障电流可有效地抵消公共电网对故障点注入的故障电流，消除了微电网对故障点故障电流的影响。
[0015] 本发明提出一种微电网低电压穿越控制系统，其微网与公共电网之间的公共连接点采用背靠背变换器结构，所述背靠背变换器包括公共电网侧变换器和微网侧变换器。
[0016] 本发明的另一技术方案在于在上述
基础之上，所述控制系统中有功功率和
无功功率能双向流动，其中，微网低电压穿越注入的无功电流为：
[0017]
[0018] 其中， 为无功电流注入参考值，Ug为电网故障电压，UN为电网正常电压，IN为逆变器铭牌电流，kq为无功电流注入调节系数。
[0019] 本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述控制系统中微网低电压穿越注入的有功电流为：
[0020]
[0021] 其中， 为有功电流注入参考值，Ug为电网故障电压，UN为电网正常电压，IN为逆变器铭牌电流，kp为有功电流注入调节系数。
[0022] 本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述公共电网侧变换器的电流控制策略为：
[0023]
[0024] 其中， 和 分别为有功功率和无功功率在旋转
坐标系(αβ)下的电流分量的参考值， 分别为正序/负序有功功率，正序/负序无功功率的调节系数，R/X为线路阻抗比， 和 分别为正序/负序电压在旋转坐标系(αβ)下的分量，P*和Q*分别为有功功率和无功功率参考值。
[0025] 本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，在旋转坐标系(αβ)下逆变器输出电流为：
[0026]
[0027] 其中， 分别为逆变器输出电流在旋转坐标系(αβ)下的分量。
[0028] 本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述公共电网侧变换器输出电流的FCPLM(fault current peak limit management)控制策略为：
[0029]
[0030] 式中， 分别为逆变器输出电流在abc坐标系下的分量， 为逆变器输出峰值电流。
[0031] 本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述公共电网侧变换器输出电流的FCPLM(fault current phase angle management)控制策略为：
[0032]
[0033] 式中，θm_f_new为微网输出故障电流期望新
角度，θg_f为公共电网注入故障电流的角度， 为微网注入故障电流的幅值， 为公共电网注入故障电流的幅值。
[0034] 本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述微网侧变换器侧输出电流控制策略为：
[0035]
[0036] 其中， 和 分别为微网侧变换器侧逆变器输出电流，umα和umβ为微网侧变换器侧逆变器电压在旋转坐标系(αβ)下的分量，Pref和Qref分别为微网侧变换器侧逆变器交换功率。
[0037] 本发明的有益效果：
[0038] 本发明所述的微电网低电压穿越控制系统，其微网与公共电网之间的公共连接点采用背靠背变换器结构，所述背靠背变换器包括公共电网侧变换器和微网侧变换器。所述微电网低电压穿越控制系统建立了一种基于背靠背变换器接口的微网低电压穿越拓扑结构，采用微网低电压穿越集中控制策略，使微网低电压穿越具有更高的可靠性和灵活性。另外，其还采用有功功率和无功功率灵活控制的微网故障电流峰值管理策略(FCPLM)，实现微网低电压穿越过程输出故障电流的峰值限制。而且，其还采用微网和公共电网故障电流
相位互补的微网故障电流相位管理策略(FCPAM)，实现微网低电压穿越过程输出故障电流对系统总故障电流在幅值上零影响的目的。
附图说明
[0039] 构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性
实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0040] 图1为
现有技术中一种微网低电压穿越的
电路结构拓扑图；
[0041] 图2为本发明一种实施方式涉及的微网低电压穿越的电路结构拓扑图；
[0042] 图3为本发明一种实施方式涉及的微网低电压穿越控制策略图。
具体实施方式
[0043] 下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。此外，本领域技术人员根据本文件的描述，可以对本文件中实施例中以及不同实施例中的特征进行相应组合。
[0044] 本发明的
说明书和
权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何
变形，意图在于
覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0045] 如图1所示，为现有技术中一种微网低电压穿越的电路结构拓扑图，其主要采用下垂控制策略，并且采用固态开关(STS)的连接接口结构。微网的各个分布式发电单元分别采用正序/负序下垂控制向公共电网注入正负/负序有功/无功功率，补偿PCC点电压，实现微网的低电压穿越运行。微网内部各个分布式发电单元低电压穿越的具体实现为一个两层分级控制。第一层控制包括电流环、电压环和虚拟阻抗控制，第二层控制为正负和负序有功功率和无功功率下垂控制。实现低电压穿越需要的有功功率和无功功率支持，从而使微网具备低电压穿越的能力。其存在需要对微网内部各个分布式发电单元实行分散控制，该分散控制会引发低电压穿越过程中的协调优化和环流问题；以及未考虑故障电流管理控制，低电压穿越过程中，会引发故障点故障电流的急剧增加，造成安全隐患的问题；另外该方案为电压型控制，控制环路多，降低了低电压穿越的动态性能和稳态性能。
[0046] 本发明实施例如下，请参见图2，一种微电网低电压穿越控制系统，其微网与公共电网之间的公共连接点采用背靠背(BTB)变换器结构，所述背靠背变换器包括公共电网侧变换器和微网侧变换器。其中，Rs,Ls和Rl,Ll分别表示公共电网和微网距离电网
母线的线路阻抗。Ig_f,Im_f和θg_f,θm_f分别表示公共电网和微网向故障支路注入故障电流的幅值和相位。It_f和θt_f分别表示故障支路总故障电流的幅值和相位。背靠背(BTB)变换器分为公共电网侧变换器(GSC)和微网侧变换器(MSC)。
[0047] 微网与公共电网之间的公共连接点(PCC)采用背靠背变换器结构，能够很好的隔离微网与公共电网之间的电压
波动和频率扰动，同时具备有功功率和无功功率的双向流动。优选的是，微网低电压穿越注入的无功电流为：
[0048]
[0049] 其中，为无功电流注入参考值，Ug为电网故障电压，UN为电网正常电压，IN为逆变器铭牌电流，kq为无功电流注入调节系数。
[0050] 所述控制系统中微网低电压穿越注入的有功电流为：
[0051]
[0052] 其中， 为有功电流注入参考值，Ug为电网故障电压，UN为电网正常电压，IN为逆变器铭牌电流，kp为有功电流注入调节系数。
[0053] 优选的是，所述公共电网侧变换器的电流控制策略为：
[0054]
[0055] 其中， 和 分别为有功功率和无功功率在旋转坐标系(αβ)下的电流分量的参考值， 分别为正序/负序有功功率，正序/负序无功功率的调节系数，R/X为线路阻抗比， 和 分别为正序/负序电压在旋转坐标系(αβ)下的分量，P*和Q*分别为有功功率和无功功率参考值。
[0056] 优选的是，在旋转坐标系(αβ)下逆变器输出电流为：
[0057]
[0058] 其中， 分别为逆变器输出电流在旋转坐标系(αβ)下的分量。
[0059] 优选的是，所述公共电网侧变换器输出电流的FCPLM控制策略为：
[0060]
[0061] 式中， 分别为逆变器输出电流在abc坐标系下的分量， 为逆变器输出峰值电流。
[0062] 优选的是，所述公共电网侧变换器输出电流的FCPLM控制策略为：
[0063]
[0064] 式中，θm_f_new为微网输出故障电流期望新角度，θg_f为公共电网注入故障电流的角度， 为微网注入故障电流的幅值， 为公共电网注入故障电流的幅值。
[0065] 优选的是，所述微网侧变换器侧输出电流控制策略为：
[0066]
[0067] 其中， 和 分别为微网侧变换器侧逆变器输出电流，umα和umβ为微网侧变换器侧逆变器电压在旋转坐标系(αβ)下的分量，Pref和Qref分别为微网侧变换器侧逆变器交换功率。
[0068] 如图3所示，为本发明所述微电网低电压穿越控制系统的完整控制方案。
[0069] 本发明的有益效果：
[0070] 本发明所述的微电网低电压穿越控制系统，其微网与公共电网之间的公共连接点采用背靠背变换器结构，所述背靠背变换器包括公共电网侧变换器和微网侧变换器。所述微电网低电压穿越控制系统建立了一种基于背靠背变换器接口的微网低电压穿越拓扑结构，采用微网低电压穿越集中控制策略，使微网低电压穿越具有更高的可靠性和灵活性。实现微网低电压穿越，避免微网非计划孤岛运行，保证微网与公共电网之间的功率交换和经济最优化。另外，其基于微网故障电流相位管理策略(FCPAM)，在实现微网低电压穿越基础上，使微网故障电流对故障支路总故障电流的影响为零，防止故障保护失灵，保障电网安全可靠运行。而且，还采用微网故障电流峰值管理策略(FCPLM)，在实现微网低电压穿越基础上，具备微网输出故障电流峰值抑制能力，防止背靠背变换器因为故障电流越限导致跳闸。
[0071] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
