逆变器双闭环控制改进



基于储能变流器的微电网并/离网无缝切换

基于储能变流器的微电网并/离网无缝切换

微电网作为智能配电网发展的关键环节，其关键作用在于具有并网与离网的无缝切换功能，这一功能保证了在大电网断电时，系统的关键负荷能够持续供电。通常，储能变流器（PCS）是实现微网系统并网/孤岛运行模式无缝切换的核心设备。

一、储能逆变器运行策略

并网运行的控制策略（P-Q运行模式）

在并网模式下，储能换流器依靠大电网提供的电压和频率的刚性支撑。电网中的负荷波动、电压和频率的扰动都由大电网承担，分布式电源不需要考虑电压和频率调节，即采用PQ控制模式。此时，储能换流器采用交流电网电压的有功无功解耦的控制策略，采取双闭环控制方式：外环采取功率控制，内环采用电流控制方式。

独立运行策略（V-F控制）

当大电网发生故障时，为了保证微网系统中的关键负荷不断电，智能微电网系统可根据需要进行独立运行。在独立运行时，储能变流器相当于系统中的一个电源，为微网系统提供合适的电压和频率。此时，储能变流器以电压电流双闭环模式（V/F模式）运行，为其他若干从逆变器提供稳定的电压和频率基准。

二、无缝切换的实现

基于储能变流器的微电网并/离网无缝切换主要包括两个过程：并网切换到独立运行和独立运行切换到并网运行。

并网切换到独立运行

当储能换流器在并网状态运行时，其控制策略为PQ控制。当交流电网发生故障时，并网点PCC处的电压会迅速下降，微电网接口处的保护装置会检测到这一扰动，并使PCC处的静止开关动作跳开，从而微电网和配电网形成两个单独的系统。此时，PCS的控制策略迅速切换为VF控制，为微电网提供稳定的电压和频率。

切换过程的关键点：

检测到电网故障并迅速动作：保护装置需要快速准确地检测到电网故障，并触发切换动作。

控制策略的快速切换：PCS需要在极短的时间内从PQ控制切换到VF控制，以保证微电网的稳定运行。

独立运行切换到并网运行

储能换流器从独立运行切换到并网运行是一个复杂的协调同期过程。这涉及到V-F运行策略的换流器与多个PQ模式的分布式电源换流器之间的协调。

切换过程的关键步骤：

频率同期调节：通过交流电网锁相环输出的信号来控制储能换流器PCS的调制频率，使微电网的频率与大电网的频率保持一致。

相位同期调节：比较交流电网电压相位与微网电压相位，通过调节获得储能换流器的调制相角，使两者相位同步。

电压幅值调节：比较交流电网电压幅值与微电网的电压幅值，通过调节PCS的VF运行策略下的电压外环参考值，使两者电压幅值相等或接近。

同期并网：在频率、相位和电压幅值都满足条件后，闭合PCC处的静止开关，实现微电网与大电网的并网运行。

三、无缝切换的挑战与解决方案

在采用主从控制的微网系统中，实现并网/孤岛模式之间的无缝切换面临一些挑战，尤其是电网突发性故障掉电的非计划性孤岛情况。此时，公共连接点（PCC）中流过的电流通常不为零，快速的强迫切换势必会造成瞬态冲击，出现电压或频率闪变。

解决方案：

预同步技术：在切换前进行预同步操作，使微电网的频率、相位和电压幅值与大电网接近或一致，减少切换时的瞬态冲击。平滑过渡控制策略：设计平滑过渡控制策略，如采用软切换技术，在切换过程中逐渐调整控制参数，使切换过程更加平稳。智能保护与切换装置：采用智能保护与切换装置，能够快速准确地检测到电网故障并触发切换动作，同时保证切换过程中的安全性和可靠性。

综上所述，基于储能变流器的微电网并/离网无缝切换是实现微电网稳定运行和可靠供电的关键技术之一。通过合理的控制策略和切换技术，可以有效地解决无缝切换过程中的挑战和问题，为微电网的广泛应用提供有力支持。

内环控制和外环控制是什么意思

“内环控制”和“外环控制”在不同领域有不同含义。在LTE功率控制中，内环功控根据接收到的SIR值调整发射功率，外环功控确定内环功控用到的目标SIR值；在单相光伏并网逆变器环路控制中，内环控制负责对电流、电压、功率的瞬时值进行控制，外环控制负责对其幅值和相位进行控制。

在LTE功率控制机制里，内环功控是一种快速功控过程，每子帧调整一次。它根据接收到的SIR（联合检测后，解码之前的信干比）值来调整发射功率，若接收到的SIR值大于目标SIR值，通知对等层将空口上的发射功率下调一个步长，反之则上调。外环功控是慢速功控过程，一般几百毫秒一次，通过比较MAC上报的误块率与该业务允许的误块率，来确定目标SIR值，若上报误块率大于允许误块率，将SIR值上调一个步长，反之则下调。

在单相光伏并网逆变器的环路控制中，电流、电压、功率控制通常采用双闭环结构，都包含内环和外环。外环控制一般采用比例 - 积分（PI）控制器，负责对电流、电压、功率的幅值和相位进行控制，其输出作为内环控制的参考信号。内环控制通常采用比例 - 谐振（PR）控制器，负责对电流、电压、功率的瞬时值进行控制，其输出用于控制逆变器的开关器件，从而实现精确控制。

LCC 和 VSC (MMC) 的底层特性区别

LCC和VSC的底层特性区别如下：

换流器类型与电流/电压特性：

LCC：基于电流源逆变器，其特点是直流电流确定。通过改变电压极性来控制能量的流动，因此只有一个控制自由度。VSC，特别是MMC：使用电压源逆变器，允许电流双向流动。具备两个控制自由度，能够独立控制有功和无功功率，因此更加灵活。

控制策略与灵活性：

LCC：控制策略相对简单，但由于只有一个控制自由度，其灵活性有限。VSC：控制策略复杂，包括双闭环系统控制和子模块级的电压均衡等。这些特性使得VSC在直流输电中表现出更明显的“柔直”特性，即能够更灵活地控制电流和电压。

应用场景与优势：

LCC：适用于传统的、较为简单的直流输电系统，其控制和实现相对容易。VSC：在高压直流输电中，特别是在多端系统中，VSC能够更好地实现功率的灵活转移。由于其高灵活性和控制能力，VSC在复杂电网结构和需要高度可控性的场景中具有显著优势。

综上所述，LCC和VSC在底层特性上存在显著差异，这些差异主要体现在换流器类型、控制策略与灵活性以及应用场景与优势等方面。

4种派克(Park)变换、克拉克（Clark）变换与基于dq轴解耦的双闭环控制之间的关系(一)

4种Park变换、Clark变换与基于dq轴解耦的双闭环控制之间的关系主要体现在以下几个方面：

Park变换与dq轴解耦：

Park变换：是将三相静止坐标系转换为两相旋转坐标系的变换方法。四种常见的Park变换矩阵形式源自不同的abc坐标系与dq轴关系，每种形式有其特定的系数和表达方式。dq轴解耦：在dq轴坐标系下，通过适当的控制策略，可以实现电机定子电流的励磁分量和转矩分量的解耦控制，从而简化控制系统的设计。

Clark变换与Park变换的关联：

Clark变换：是将三相静止坐标系转换为两相静止坐标系的变换方法。它是Park变换的前置步骤，常用于电机控制的预处理阶段。关联：在进行Park变换之前，通常需要先通过Clark变换将三相电流转换为两相电流，然后再进行Park变换，将两相静止坐标系转换为两相旋转坐标系，以便进行dq轴解耦控制。

在双闭环控制中的应用：

双闭环控制：通常由电流内环和速度外环组成，用于实现电机的精确控制。Park变换的作用：在电流内环中，通过Park变换将三相电流转换为dq轴电流，实现对d轴和q轴电流的分别控制，从而实现对电机转矩和磁链的精确控制。整体控制策略：速度外环根据给定的速度指令和实际的电机速度反馈，调整d轴电流的给定值，以控制电机的转速；电流内环则根据d轴和q轴电流的给定值和实际值，调整逆变器的输出电压，以实现电流的快速跟踪。

综上所述，4种Park变换和Clark变换在基于dq轴解耦的双闭环控制中起着至关重要的作用，它们是实现电机精确控制的关键技术之一。

什么是滞环控制?

滞环电流控制是一种双闭环控制方法，通过比较给定的三相电流信号与实际测量的电流信号，调整功率开关状态，使实际电流值跟踪参考电流值。控制核心是滞环比较器，其设置的环宽H，限制了电流变化速度，避免开关状态频繁切换过快。工作时，误差电流始终处于以0为中心，H和-H为上下限的滞环内。

具体工作流程如下：当误差电流大于H时，上桥臂开关导通，电流增大；当电流增加至与参考电流相等，开关保持导通，电流继续增大；当误差电流大于-H时，上桥臂开关关断，下桥臂开关导通，电流方向不变，数值减小。这种控制方式具有高控制精度、快响应速度和强电流跟踪能力等优点。

通过仿真分析，逆变器输出电流与给定电流保持-h~h区间内锯齿状变化，当给定电流为正弦波时，输出电流接近正弦波。滞环宽度H的选择对补偿电流跟踪指令电流和谐波补偿效果有直接影响。

然而，滞环电流控制法存在电流纹波大和开关频率不确定的问题，限制了其广泛应用。对于希望进行仿真模型的读者，可以关注公众号[浅谈电机控制]获取。

什么是逆变器双闭环电压控制

1. 电压和电流的双闭环控制是逆变器控制系统中一种常见的技术。

2. 这种控制策略涉及同时对逆变器输出的电压和电流进行调节。

3. 通过电流控制回路和电压控制回路的结合，可以达到优化输出波形和提高系统稳定性的目的。

4. 不是所有的逆变器控制器都采用双闭环电压控制，这取决于具体的应用需求和系统设计。

5. 逆变器的控制方式主要分为直接控制和间接控制两大类，这两种方法控制电流或电压的大小，以满足不同的控制目标。

下垂控制

在电力系统中，下垂控制技术如同一道独特的光芒，照亮了分布式逆变器并联领域的高效运作。它巧妙地模拟了同步发电机的自然特性，实现了无需互连信号的自主控制，通过各逆变器的输出协同工作，实现有功调频与无功调压，展现了卓越的冗余性、经济性和可靠性。其控制流程犹如一场精密的交响乐，包含测量、坐标转换、功率计算、智能下垂调控、电压电流双闭环以及SPWM驱动的各个环节。

在电压电流双闭环控制中，精密的跟踪性能至关重要。PI调节器的参数调整需反复试验，确保系统稳定。内环采用1阶惯性设计，带宽设为fs/5，电流环P参数为50，I参数为100，而电压环P值为0.5，I值为10。电压环负责监控并调节电流增量，结合电容电流，精准地为电感电流设定目标值。电流环则依据此目标值控制电感电流，通过电压增量和压降，生成SPWM信号的dq轴分量，进一步转化为三相静止坐标系并标准化。

经过Simulink的仿真验证，令人惊叹的性能得以展现。在额定值附近，有功和无功功率保持稳定。当在0.5秒后加入负载，电流和功率相应增加，系统的响应迅速且准确。电压和电流波形平滑，谐波抑制效果显著。在负载增加的同时，无功功率提升，但电压幅值却有所减小。在0到0.5秒期间，由于恒定的有功功率，下垂控制确保了稳定的50Hz频率输出。而随着0.5秒后有功功率的增加，频率相应地进行微调，展现了下垂控制的动态平衡能力。

下垂控制，就像电力系统中的无形指挥家，通过精准调控，保证了电力质量，提升了系统的灵活性和效率，为现代电力系统提供了强大而可靠的解决方案。

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