本實用新型屬于微電網并網及運行控制技術領域，具體涉及一種基于背靠背變流器的微網并網控制裝置。

背景技術：

微電網已逐漸作為傳統集中式電網的替代品，其將在智能電網中發(fā)揮重要作用。為了更好及大規(guī)模地運用和發(fā)展微電網發(fā)電系統，微網并網運行成為微網發(fā)電的研究重點。由于微電網包括大量的各種分布式電源，如：風力發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電等，這些分布式電源的功率輸出一般都具有隨機性和間歇性。將使得微電網的電能質量水平較低，若不采取措施改善接入電網，會惡化主電網的電能質量水平。目前微網基本采用傳統的靜態(tài)開關來控制微網的并網運行，這種方法結構簡單、成本低、但是可靠性差、靈活性不足，無法滿足要求。

技術實現要素：

為解決上述技術問題，本實用新型提供一種基于背靠背變流器的微網并網控制裝置，該裝置利用背靠背變流器的工作特性，結合兩種控制方法，實現大電網與微電網的快速并網。

本實用新型采取的技術方案為；

一種基于背靠背變流器的微網并網控制裝置，包括背靠背變流器、直流母線電容器C0、LCL濾波器。所述背靠背變流器包括：位于大電網側的有源整流器VSC1、位于微電網側的逆變器VSC2；所述背靠背變流器連接直流母線電容器C0。有源整流器VSC1與逆變器VSC2通過直流母線連接。大電網通過第一LCL濾波器連接背靠背變流器，背靠背變流器通過第二LCL濾波器連接微電網。所述背靠背變流器連接V/F控制回路，PQ控制回路、或者直流母線電壓控制回路。

所述逆變器VSC2為模塊化交流微電網對外接口，其交流側經第二LCL濾波器與微電網連接。

所述有源整流器VSC1通過第一LCL濾波器串聯連接在大電網側。

所述逆變器VSC2通過第二LCL濾波器串聯連接在微電網側。

所述大電網為400V以上高電壓等級電網。

所述微電網包括線性負載和非線性負載。

所述微電網與大電網的線間電壓為380V。

所述直流母線電壓為750V。

本實用新型一種基于背靠背變流器的微網并網控制裝置，有益效果如下：

1：可以連接2個不同頻率、幅值和相位的交流電網。

2：變流器交流側諧波次數高、諧波含量小、容易濾除。

3：有功功率交換可控，且可以兼作交流系統的無功電源。

4：有源整流器直流側輸出電壓波動小，對直流濾波器要求低。

5：工作模式多樣化；可以附加交流電網電能質量控制功能。

6：該背靠背變流器設計施工方便靈活、工期短、對環(huán)境污染小，尤其適合在以下領域應用，如連接分散式的電源、交流電網的非同步互聯、偏遠負荷供電、海上鉆井平臺或孤島供電等。

7：這種背靠背變流器方式的并網開關可以解決常規(guī)開關并網造成的不良影響。

8：由于基于V/F控制和PQ控制的背靠背變流器可以同時且相互獨立地控制有功和無功功率，當微網采用該方式并網時，就可以靈活地控制有功功率的流動方向與大小，從而增強電源的有功調節(jié)能力，減小微網系統的頻率波動。

9：隔離性強，微網并網時無需考慮同頻、同壓、同相，可以實現快速并網，并網后微網的電壓、頻率也可以與電網不同，可以使得微網更加靈活運行。同時當背靠背變流器裝置兩端的任何一方發(fā)生故障，都不會對另一端造成太大的影響，增強各自運行的獨立性。

10：模塊化結構及背靠背方式使變流器對場地及環(huán)境的要求大為降低，具有成本低、占地面積小、噪聲污染少等優(yōu)點。

附圖說明

圖1為背靠背變流器電源電路的結構示意圖。

圖2為在PQ控制模式和V/F控制模式下的背靠背變流器裝置結構示意圖。

圖3為變流器的V/F控制回路。

圖4為變流器的PQ控制回路。

圖5為直流母線電壓控制回路。

具體實施方式

如圖1所示，一種基于背靠背變流器的微網并網控制裝置，包括背靠背變流器、直流母線電容器C0、LCL濾波器。

所述背靠背變流器包括：位于大電網側的有源整流器VSC1、位于微電網側的逆變器VSC2；所述背靠背變流器連接直流母線電容器C0。有源整流器VSC1與逆變器VSC2通過直流母線連接。大電網通過第一LCL濾波器連接背靠背變流器，背靠背變流器通過第二LCL濾波器連接微電網。所述背靠背變流器連接V/F控制回路，PQ控制回路、或者直流母線電壓控制回路。

背靠背變流器與兩側的第一LCL濾波器、第二LCL濾波器共同作用，以濾除輸出電流諧波。與兩側交流系統連接時，中間通過直流母線電容器C0以交-直-交的拓撲結構方式聯接而成，通過對兩端有源整流器VSC1和逆變器VSC2運行狀態(tài)的控制來實現能量的雙向流動。

直流母線電容器C0為變流器提供電壓支撐，并減少直流側諧波。

所述逆變器VSC2為模塊化交流微電網對外接口，其交流側經第二LCL濾波器與微電網連接。

所述有源整流器VSC1通過第一LCL濾波器串聯連接在大電網側。其內部結構如圖1所示由6個全控器件(IGBT/IGCT)組成，并結合PWM控制技術，實現了對調節(jié)變量的靈活控制，將能量由交流側輸向直流側。

所述逆變器VSC2通過第二LCL濾波器串聯連接在微電網側。其內部結構與上述有源整流器VSC1相同，將能量由直流側輸向交流側。

所述大電網為400V以上高電壓等級電網。

所述微電網包括線性負載和非線性負載。

所述微電網與大電網的線間電壓為380V，所述直流母線電壓為750V。

圖2為在PQ控制和V/F控制下的背靠背變流器裝置：有源整流器VSC1為模塊化交流微電網對外接口，其交流側經LCL濾波器與大電網連接。當模塊化為電網并網運行時，有源整流器VSC1控制維持直流母線電壓的穩(wěn)定，保障線性、非線性交流微電網的穩(wěn)定運行，同時控制模塊化微電網參與大電網運行控制。有源整流器VSC1運行于PQ控制模式，逆變器VSC2運行于V/F控制模式，交流側輸出幅值、頻率穩(wěn)定的三相交流電壓，保障交流微電網始終并網運行。有源整流器VSC1與逆變器VSC2通過直流母線連接。

有源整流器VSC1的控制回路在兩種操作模式中是唯一的，電流控制器能分別確定電流參考的幅度和相位，以控制DC鏈路間電壓且不從該電網中汲取任何無功功率。

逆變器VSC2采用不同的控制回路，PQ控制模式中，可以控制變流器的有功、無功分量，V/F控制模式能控制微電網系統的電壓。

下面分別從三個控制回路來探討基于背靠背變流器的微網并網控制裝置。分別是V/F控制回路，PQ控制回路和直流母線電壓控制回路。

一：在V/F控制回路中，電網的幅度和頻率由負載電流控制。在該控制回路中，測量濾波器的電容器的電壓與參考電壓進行比較，將輸出提供給控制器。并引入內部電流回路不僅用于消除阻尼濾波器引入的LC諧振，而且用于提高整個系統的穩(wěn)定性。為此，輸出濾波器的電容器電流被反饋到內部電流控制回路中，以便提供主動阻尼和增強抗擾度。內部控制器以增益KC為主要指標，它的選取要考慮外部環(huán)路的影響。

該系統的模型如圖3所示。負載的模型分為兩個部分，線性部分和非線性部分。線性部分負載的模型作為輸出電壓的函數，而非線性部分作為模型中的擾動。在設計過程中，KC的值要設置的很小，用于衰減諧振頻率。因為KC的值較大，會導致在較低頻率處產生較高增益，可以放大低頻噪聲。另外，KC的值較大，在工作頻率下產生較大相位后，這可能對參考跟蹤和干擾抑制有消極作用。

除了工作頻率下的諧振控制器，必須增加諧波諧振控制器，以抑制式中給出的負載諧波電流。

每個頻率的積分項根據其期望的幅度來確定。假設ωC等于1.5rad/s，則將積分項調諧為具有期望的帶寬，并且在工作頻率及其諧波處提供最大可能的幅度。這里的帶寬設置為5500rad/s。

二：在PQ控制回路中，微電網有電壓源，電流的參考值根據期望的有功和無功功率以及負載電壓來確定。內部電流回路與V/F控制回路相同，并且逆變器必須注入特定量的有功和無功功率，以確定參考電流的幅度和相位。在該模式中外部和內部控制器的設計過程與V/F控制回路描述的過程相同。根據期望的帶寬和在工作頻率處的跟蹤來指定積分項和截止頻率。

在PQ控制模式下，無需添加諧波諧振控制器。在對于ωC的先前假設中，積分項的值調諧在100以達到2840rad/s的帶寬，其值與諧振頻率相比足夠小。為了實現這個帶寬，KP的值必須增加，使得阻尼比將足夠減小。為此，添加相位超前補償器以增加交叉頻率處的相位。

三：在直流母線電壓控制回路中，為了將背靠背變流器中的DC鏈路間的電壓保持在恒定值，流入DC鏈路的有功功率必須等于負載吸收的有功功率。為此，需測量電容器的電壓并將其與參考電壓進行比較，所得差值經過PI控制器會使電網側變流器產生電流參考幅值。需要強調的是，該電流參考量必須與大電網電壓同相，以便不從大電網吸取任何無功功率。

其中，T1是電網側變流器的電流控制回路的時間常數，其等于：

R0和K分別是穩(wěn)態(tài)等效電阻和從電流幅度到有功功率的傳遞函數，可以發(fā)現：