本發(fā)明屬于電力電子裝置在配電網(wǎng)中的應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種基于恒壓恒頻控制的三端柔性環(huán)網(wǎng)裝置的不間斷供電方法。

背景技術(shù)：

隨著科技的不斷進(jìn)步，電力電子技術(shù)正在飛速發(fā)展，電力電子器件在電力系統(tǒng)中的地位逐步增高，成為了不可或缺的一部分。在配電系統(tǒng)中，無(wú)功補(bǔ)償裝置，過(guò)電壓及其保護(hù)措施以及配電網(wǎng)中的繼電保護(hù)都需要電力電子裝置。為了滿(mǎn)足負(fù)荷種類(lèi)增多對(duì)配電網(wǎng)的運(yùn)行帶來(lái)的電能質(zhì)量和供電可靠性要求，提出了一種基于柔性直流技術(shù)的交直流混合配電網(wǎng)，能夠提高配電網(wǎng)的供電可靠性和靈活性，同時(shí)能解決各個(gè)地區(qū)配電網(wǎng)相互獨(dú)立，能源分布不均的問(wèn)題。

柔性環(huán)網(wǎng)裝置是由多個(gè)電力電子變流器及直流線路等構(gòu)成的一種電力電子設(shè)備，它將各個(gè)相互獨(dú)立的配電網(wǎng)互聯(lián)，改變了配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提高了配電網(wǎng)的調(diào)控能力。使得功率能在各個(gè)配電網(wǎng)中相互流通，提高了供電可靠性。當(dāng)某端配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，其余配電網(wǎng)通過(guò)柔性環(huán)網(wǎng)裝置為該端輸送有功功率，該故障端變流器工作于逆變狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障端負(fù)載的不間斷供電。目前，恒壓恒頻控制已經(jīng)在微電網(wǎng)中廣泛應(yīng)用，例如已有技術(shù)[1]，見(jiàn)2016 IEEE TRANSACTIONS ON SMART GRID出版的“Multi-Layer Architecture for Voltage and Frequency Control in Networked Microgrids”，已有技術(shù)[2]，見(jiàn)2010 2nd IEEE International Symposium on Power Electronics for Distributed Generation Systems出版的“Comparison of the Voltage and FrequencyControl Schemes for Voltage Source Converterin Autonomous Microgrid”。針對(duì)于配電網(wǎng)中柔性環(huán)網(wǎng)裝置在某端電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，運(yùn)用恒壓恒頻控制為故障端負(fù)載不間斷供電的模型和方法和其他情況不同。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提出一種基于恒壓恒頻控制的三端柔性環(huán)網(wǎng)裝置的不間斷供電方法，用于在某端電網(wǎng)故障時(shí)，通過(guò)恒壓恒頻控制為該地區(qū)負(fù)載提供恒定電壓和頻率支撐。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是綜合考慮三端柔性環(huán)網(wǎng)在運(yùn)行是具備的功率調(diào)度能力，建立基于恒壓恒頻控制的三端柔性環(huán)網(wǎng)裝置的電網(wǎng)支撐方法。其特征在于，三端柔性環(huán)網(wǎng)裝置將三個(gè)獨(dú)立的配電網(wǎng)相連形成環(huán)網(wǎng)，當(dāng)某端電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，對(duì)該端變流器實(shí)施恒壓恒頻控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障端負(fù)載的不間斷供電；同時(shí)另外兩端采用恒有功無(wú)功控制，通過(guò)采集逆變端負(fù)載的有功功率，按比例分配后作為功率指令值，使兩個(gè)整流端口輸入的有功功率和故障端輸出的有功功率一致，為逆變端提供功率；同時(shí)其中任意一整流端通過(guò)輸入的有功功率對(duì)三端柔性環(huán)網(wǎng)裝置的直流側(cè)電壓進(jìn)行控制；按照此控制模型可以有效的實(shí)現(xiàn)柔性環(huán)網(wǎng)裝置在某端電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，由恒壓恒頻控制對(duì)該端負(fù)載進(jìn)行持續(xù)供電。

其中，所述的一種基于恒壓恒頻控制的三端柔性環(huán)網(wǎng)裝置的不間斷供電方法，三端指的是任意故障端為逆變端，其余兩端為整流端。

所述的一種基于恒壓恒頻控制的三端柔性環(huán)網(wǎng)裝置的不間斷供電方法，整流端采用有功無(wú)功控制，逆變端采用恒壓恒頻控制并提供恒定的電壓和頻率支撐。

所述的一種基于恒壓恒頻控制的三端柔性環(huán)網(wǎng)裝置的不間斷供電方法，三端柔性環(huán)網(wǎng)裝置的直流側(cè)電壓由其中一端整流端通過(guò)輸入的有功功率進(jìn)行控制。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明提出了一種基于恒壓恒頻控制的三端柔性環(huán)網(wǎng)裝置的不間斷供電方法，在柔性環(huán)網(wǎng)裝置某端電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，能通過(guò)本方法對(duì)該端負(fù)載進(jìn)行不間斷可靠供電，提高了柔性環(huán)網(wǎng)裝置在配電網(wǎng)中運(yùn)行的可靠性；通過(guò)建模，為三端柔性環(huán)網(wǎng)裝置在某端電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)的運(yùn)行提供了理論依據(jù)；柔性環(huán)網(wǎng)裝置在某端電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，本方法能快速準(zhǔn)確的為故障端負(fù)載提供穩(wěn)定的電壓和頻率支撐，實(shí)現(xiàn)不間斷供電。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的柔性環(huán)網(wǎng)裝置示意圖；

圖2為本發(fā)明的恒壓恒頻控制運(yùn)行特性圖；

圖3為本發(fā)明的恒壓恒頻控制框圖；

圖4為本發(fā)明的電壓電流雙環(huán)控制圖；

圖5為本發(fā)明的柔性環(huán)網(wǎng)裝置逆變端恒壓恒頻控制框圖；

圖6為本發(fā)明的柔性環(huán)網(wǎng)裝置整流端控制框圖；

圖7為基于恒壓恒頻控制的三端柔性環(huán)網(wǎng)裝置逆變側(cè)電壓仿真圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明的柔性環(huán)網(wǎng)裝置示意圖，A、B、C端分別是三端柔性環(huán)網(wǎng)裝置的三端電網(wǎng)，以C端電網(wǎng)發(fā)生故障為例，此時(shí)C端電網(wǎng)無(wú)法為該地區(qū)的負(fù)載繼續(xù)供電，C端變流器采用恒壓恒頻控制，工作于逆變狀態(tài)，為C端負(fù)載持續(xù)供電；A、B兩端工作與整流模式，采用恒有功無(wú)功控制，將A、B兩端電網(wǎng)的功率經(jīng)過(guò)直流側(cè)輸送到C端電網(wǎng)，同時(shí)任意一整流端加入直流電壓控制，穩(wěn)定直流側(cè)電壓，為C端變流器的恒壓恒頻控制提供功率來(lái)源和直流側(cè)電壓支撐，實(shí)現(xiàn)當(dāng)某端電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，由柔性環(huán)網(wǎng)裝置進(jìn)行持續(xù)供電。

圖2為本發(fā)明的恒壓恒頻控制運(yùn)行特性圖，以C端電網(wǎng)發(fā)生故障為例，在恒壓恒頻控制下，C端有功負(fù)荷和無(wú)功負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，工作于恒壓恒頻控制下的變流器輸出的電壓幅值與頻率不發(fā)生改變。

圖3為本發(fā)明的恒壓恒頻控制框圖，本發(fā)明采用基于電壓電流雙環(huán)控制的恒壓恒頻控制方法，將電壓指令值和頻率指令值經(jīng)過(guò)電壓合成環(huán)節(jié)合成三相對(duì)稱(chēng)電壓，合成公式如下：

(1)

將合成的三相對(duì)稱(chēng)電壓經(jīng)過(guò)派克變換得到和，并將其作為指令值輸入到電壓電流雙環(huán)控制器，從而控制變流器輸出的電壓和頻率。

圖4為本發(fā)明的電壓電流雙環(huán)控制圖，其中，、是變流器輸出的三相電壓經(jīng)過(guò)濾波器后再進(jìn)行派克變換得到的d軸電壓和q軸電壓，、是變流器輸出的三相電流進(jìn)行派克變換得到的d軸電流和q軸電流，、是變流器輸出的電流經(jīng)過(guò)濾波器后再進(jìn)行派克變幻得到的d軸電流和q軸電流。電壓電流雙環(huán)控制可用以下兩個(gè)方程式表示：

（2）

（3）

通過(guò)電壓電流雙環(huán)控制，得到的經(jīng)過(guò)派克反變換即可得到變流器SPWM控制的調(diào)制波波形。

圖5為本發(fā)明的柔性環(huán)網(wǎng)裝置逆變端恒壓恒頻控制框圖，以C端電網(wǎng)發(fā)生故障為例，采集變流器端口輸出的電流以及經(jīng)過(guò)濾波器濾波后的電流和電壓，經(jīng)過(guò)派克變換后輸入電壓電流雙環(huán)控制環(huán)節(jié)，在給定電壓指令值和頻率指令值的情況下，可以得到變流器SPWM控制的調(diào)制波波形，從而控制故障端變流器輸出恒定電壓和恒定頻率，實(shí)現(xiàn)故障端負(fù)載的不間斷供電。

圖6為本發(fā)明的柔性環(huán)網(wǎng)裝置整流端控制框圖，以C端故障為例，此時(shí)A、B端均工作于整流狀態(tài)，采用恒有功無(wú)功功率控制，采集變流器端口的輸入電壓和輸入電流，輸入到功率電流雙環(huán)控制系統(tǒng)中，輸出的經(jīng)過(guò)派克反變換得到變流器SPWM控制的調(diào)制波波形，從而控制變流器輸入直流側(cè)的有功功率和無(wú)功功率。其中任意一端加入虛線所示的直流電壓控制，控制直流側(cè)的電壓維持不變，從而為故障端負(fù)債提供功率并穩(wěn)定直流電壓從而實(shí)現(xiàn)故障端變流器的恒壓恒頻控制。

圖7為基于恒壓恒頻控制的三端柔性環(huán)網(wǎng)裝置逆變側(cè)電壓仿真圖，從圖中可以看到，基于恒壓恒頻控制的三端柔性環(huán)網(wǎng)裝置不間斷供電的方法可以滿(mǎn)足當(dāng)三端柔性環(huán)網(wǎng)裝置某端發(fā)生故障，在負(fù)載固定的情況下，為故障端負(fù)載提供穩(wěn)定的電壓和頻率支撐，并在t=0.4s負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，其輸出端的電壓和頻率維持不變，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障端的不間斷供電。