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申请/专利权人：长沙理工大学

摘要：本发明公开了一种多源配网主动孤岛与主网并网过程中冲击电流的平抑方法，步骤为：对主动孤岛自组网恢复的应用场景进行分析；分析孤岛并网过程暂态冲击电流产生的原因，并提供解决思路；对主动孤岛并网过程进行分析；对离网状态下的Vf控制型的储能系统以及采用下垂控制的储能系统存在的问题进行分析；在孤岛内加入储能系统作为黑启动电源，并采用改进后的控制方式以保障孤岛内的功率平衡以平抑电流冲击；选择逆变器模型，根据逆变器模型推导相应的控制算法，并画出相应的控制方式示意图，完成对储能系统的控制。本发明通过协同控制分布式储能系统实现对冲击电流的平抑，保障孤岛自组网过程的安全稳定运行。

主权项：1.一种多源配网主动孤岛并网过程中冲击电流的平抑方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤001：对主动孤岛自组网恢复的应用场景进行分析，得出孤岛与主网并网瞬间产生冲击电流；步骤002：分析孤岛并网过程暂态冲击电流产生的原因，并提供解决思路；所述步骤002中，分析孤岛并网过程暂态冲击电流产生的原因以及解决思路，具体步骤为：2-1孤岛并网过程冲击电流产生原因分析：独立运行的孤岛内部源荷功率平衡，孤岛系统内部负荷消耗的有功功率为PLoad和无功功率为QLoad，由于自组网完成后与主网并网带来相应的功率波动，设其相应波动量分别为ΔPLoad和ΔQLoad，并且认为分布式电源等效输出的稳定有功功率和无功功率分别为PDG和QDG，则有： 式中：R为负荷等效电阻；Qf为负荷品质因数；fres为负荷谐振频率，fmic为孤岛频率；由式1解得孤岛电压： 由式2可知：孤岛系统内部负荷消耗的有功功率PLoad以及由于孤岛并网过程所产生的功率波动ΔPLoad均影响孤岛电压；由于孤岛自组网完成后与主网并网时产生暂态功率波动，从而引发电压波动，由欧姆定理可知孤岛内将产生电流冲击；2-2抑制孤岛并网过程中冲击电流的思路：由于孤岛并网过程会产生功率波动，由此产生的有功功率暂态变化将影响孤岛电压进而影响孤岛电流；为解决此问题，考虑到储能系统功率响应的快速性，考虑在孤岛内加入储能作为黑启动电源，并在储能逆变器上施加控制方法，依据主网电压控制储能出力以稳定孤岛内的功率平衡从而抑制冲击电流的产生；基本思路是：当并网功率变化及负载变动时，此时储能系统自发地调节自身输出功率以补偿功率变化，从而稳定孤岛的运行电压，抑制冲击电流的产生；步骤003：对主动孤岛并网过程进行分析；所述步骤003中，对主动孤岛并网过程进行分析，过程为：自组网完成后的孤岛与主网并网运行，至此才算整个故障恢复过程结束，孤岛与主网并网需要满足二者的电压差为零，且频率一致，电流由主网流向孤岛，但孤岛频率小于主网频率，并且孤岛电压与主网电压也存在差距，不能达到同期并网条件，因此不能直接并网；步骤004：对离网状态下的Vf控制型的储能系统以及采用下垂控制的储能系统存在的问题进行分析；所述步骤004中，对离网状态下的Vf控制型的储能系统以及采用下垂控制的储能系统进行分析如下：1在以往有关孤岛内DG黑启动保障关键负荷的研究中，自组网过程中DG采用功率下垂控制或者Vf控制，Vf控制虽然保证了稳态条件下孤岛内电力平衡和频率的统一，但由于存在有差调节特性，因此Vf控制对于功率瞬时突变反应不灵敏，无法完全平抑主动孤岛与主网并网过程中产生的电流冲击，影响孤岛安全稳定运行，严重时甚至致使组网不成功；2传统下垂控制属于有差调节，其对负荷功率的平衡是以产生频率和电压的偏移为代价的，对于暂态大功率突变引起的电流冲击同样难以实现稳定调节，影响系统的暂态和稳态性能；步骤005：根据步骤002分析得出的冲击电流产生的原因以及解决思路、步骤003对并网过程的分析和步骤004存在的问题的分析，在孤岛内加入储能系统作为黑启动电源，并采用改进双环控制方式以保障孤岛内的功率平衡以平抑电流冲击；步骤006：选择逆变器模型，根据逆变器模型推导相应的控制算法，并画出相应的控制方式示意图，完成对储能系统的控制；所述步骤006具体步骤为：6-1分析孤岛自组网过程储能所需要的逆变器模型：采用三相全桥逆变器用做DCAC转换，三相全桥逆变器包括逆变桥模块、PWM调制模块、LC滤波模块、控制模块，在逆变器直流侧连接平滑出力的分布式电源或储能系统，连同电容一起看成稳定电压源，直流侧电压通过电容滤波后由全控型电力电子器件转换为三相交流电，再经LC滤波器滤波后供负载使用；6-2分析孤岛自组网过程储能逆变器所需要的PWM调制方法：在PWM调制方法中，空间矢量脉宽调制算法SVPWM简单且数字化实现，具有输出电流波形好、直流侧电压利用率高且可以减少逆变器输出电压的谐波优点，所以SVPWM被广泛应用于两电平电压逆变器控制，因此采用SVPWM进行调制；6-3根据所选择的逆变器模型推导相应控制算法：由基尔霍夫电压定律列写电压平衡方程构建电压模型： 式中Usabc为逆变器端口电压，Isabc为逆变器端口电流，Ucabc为母线电压，L为电感值；其中： 式中usa、usb、usc分别为a相、b相、c相逆变器端口电压，isa、isb、isc为a相、b相、c相逆变器端口电流，uca、ucb、ucc分别a相、b相、c相母线电压；利用Park变换，拉式变换对其进行相应推导可得： 其中usd、usq分别为d、q轴上逆变器端口电压；isd*、isq*分别为d、q轴上逆变器端口电流参考值；isd、isq分别为d、q轴上逆变器端口电流；ucd、ucq分别为d、q轴上母线电压；kp、ki分别表式电流环内PI控制器的比例参数和积分参数；ω为角频率；根据基尔霍夫电流定理可知电容电流等于逆变器输出电流减去母线上的电流： 式中，uca、ucb、ucc分别a相、b相、c相母线电压；ica、icb、icc分别为a相、b相、c相母线电流；isa、isb、isc分别为a相、b相、c相逆变器端口电流；C为滤波电容；与电压模型同理，经过park变换后得： 式中，ucd、ucq分别为d、q轴上母线电压；icd、icq分别为d、q轴上母线电流；isd、isq分别为d、q轴上逆变器端口电流；通过相关数学推导并利用拉氏变换可得： 式中，udref、uqref分别为d、q轴上母线电压参考值；ucd、ucq分别为d、q轴上母线电压；isd、isq分别为d、q轴上逆变器端口电流；icd、icq分别为d、q轴上母线电流，kp、ki分别表式电流环内PI控制器的比例参数和积分参数；依据式5和式8得到双环控制控制框图，完成对储能系统功率输出的控制。

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