一种具有并离网切换功能的构网型储能变换器

1.本发明涉及电气控制技术领域，具体涉及一种具有并离网切换功能的构网型储能变换器。


背景技术：

2.当前，跟网型储能变换器缺乏主动支撑电网的能力，大规模接入电网时容易引发惯量缺失、振荡失稳等问题；此外，跟网型储能变换器只能工作在并网模式，无法在离网模式下运行。构网型控制的储能变换器能够主动支撑电网，大规模并网时不易引发惯量缺失、振荡失稳等问题，另外，构网型控制的储能变换器在并网模式、离网模式下均能稳定运行。
3.构网型控制的储能变换器虽具有同时在并网、离网模式下稳定运行的能力，然而，构网型控制的储能变换器从并网模式切换到离网模式时容易出现失稳的问题。因此，需要研究一种能够从并网模式稳定切换到离网模式的储能变换器。


技术实现要素：

4.本发明的目的是解决上述问题，提供一种具有并离网切换功能的构网型储能变换器，避免构网型储能变换器从并网运行模式切换到离网运行模式时的失稳问题。
5.本发明为实现上述发明目的，采取的技术方案如下：
6.一种具有并离网切换功能的构网型储能变换器，包括前级变换器与网侧变换器；所述前级变换器的一侧连接储能电池，前级变换器的另一侧连接网侧变换器；前级变换器与网侧变换器之间并联直流电容；前级变换器为双向直流/直流变换器，网侧变换器为直流/交流变换器，网侧变换器的交流侧通过滤波电感l1连接到并网点，负荷load连接到并网点，并网点通过断路器brk接入电网；所述网侧变换器采用如下控制结构：直流侧电压反馈值u
dc
乘50除以直流侧电压参考值u
dcref
后的值为f
in
，f
in
经过相位侧限幅环节后的输出为f
out
，f
out
经过一个增益为2π的积分环节后的输出为网侧变换器调制电压的相位θ；并网点电压幅值的参考值u
lref
与并网点电压幅值的反馈值u
l
之差经过一个增益为k
l
的环节，其输出作为选通开关s1的位置1的输入；网侧变换器输出无功功率的参考值q
gref
与无功功率的反馈值qg之差进入pi调节器，该pi调节器的输出作为选通开关s1的位置2的输入，孤岛检测模块的输出f1作为选通开关s1的控制信号，当选通开关s1的控制信号为0时，其输出为位置1，当选通开关s1的控制信号为1时，其输出为位置2，选通开关s1的初始位置处在位置1；选通开关s1的输出叠加并网点电压幅值的额定值u
ln
之后为u
tin
，u
tin
进入电压侧限幅环节后的输出为u
t
；u
t
进入调制电压生成模块，结合调制电压的相位θ生成网侧变换器的调制电压调制电压经过脉冲宽度调制环节后生成网侧变换器的触发脉冲s
gabc
；
7.所述前级变换器采用如下控制结构：前级变换器有功功率的参考值p
eref
与前级变换器有功功率的反馈值pe之差进入pi调节器，pi调节器的输出进入受控开关b1，孤岛检测模块的输出f1作为受控开关b1的控制信号，当受控开关b1的控制信号为0时，受控开关b1闭
合，当受控开关b1的控制信号为1时，受控开关b1断开，受控开关b1的输出进入一个保持器，保持器的输出为i
e1
；直流电压的参考值u
dcref
与直流电压的反馈值u
dc
之差进入pi调节器，其输出作为选通开关s2的位置2的输入，选通开关s2的位置1的输入为0，孤岛检测模块的输出f1作为选通开关s2的控制信号，当选通开关s2的控制信号为0时，其输出为位置1，当选通开关s2的控制信号为1时，其输出为位置2，选通开关s2的初始位置处在位置1；选通开关s2的输出与保持器的输出i
e1
之和为前级变换器电流控制环的参考值i
eref
，i
eref
与前级变换器输出电流的反馈值ie之差经过一个pi调节器，pi调节器经过调制环节后生成前级变换器的触发脉冲se。
8.进一步的作为本发明的优选技术方案，所述相位侧限幅环节的输出f
out
与输入f
in
之间具有如下关系：
[0009][0010]
进一步的作为本发明的优选技术方案，所述电压侧限幅环节的输出u
t
与输入u
tin
之间具有如下关系：
[0011][0012]
其中，u
ln
为并网点电压幅值的额定值。
[0013]
进一步的作为本发明的优选技术方案，所述孤岛检测模块采用如下控制结构：根据相位侧限幅环节的饱和时间生成标志位f
θ
，当相位侧限幅环节的饱和时间小于等于0.06s时，标志位f
θ
的值为0，当相位侧限幅环节的饱和时间大于0.06s时，标志位f
θ
的值为1；根据电压侧限幅环节的饱和时间生成标志位fu，当电压侧限幅环节的饱和时间小于等于0.1s时，标志位fu的值为0，当电压侧限幅环节的饱和时间大于0.1s时，标志位fu的值为1；根据直流电压偏差的绝对值生成标志位f
dc
，当直流电压偏差的绝对值除以直流电压的额定值小于等于0.04时，标志位f
dc
的值为0，当直流电压偏差的绝对值除以直流电压的额定值大于0.04时，标志位f
dc
的值为1；标志位f
θ
经过一个下降沿延时器delayer1，下降沿延时器delayer1的输出与标志位fu进入一个逻辑“与”运算模块，该逻辑“与”运算模块的输出为标志位fs；标志位fs与标志位f
dc
进入一个逻辑“或”运算模块，该逻辑“或”运算模块的输出为孤岛检测模块的输出f1。
[0014]
本发明所述的一种具有并离网切换功能的构网型储能变换器，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
[0015]
本发明在并网运行模式下能够控制并网输出的有功功率和无功功率，且无需锁相环与电网同步；在离网运行模式下能够控制交流侧电压的幅值和频率；当并网点与电网断开连接后，储能变换器可以自动从并网运行模式切换到离网运行模式为负荷供电，且切换过程平滑不会引起系统失稳。
附图说明
[0016]
图1为本发明一实施例——一种具有并离网切换功能的构网型储能变换器框图；
[0017]
图2为本发明一实施例——孤岛检测模块的控制框图；
[0018]
图3为本发明一仿真实施例——构网型储能变换器的并离网切换的仿真波形。
具体实施方式
[0019]
下面结合附图详细的描述本发明的作进一步的解释说明，以使本领域的技术人员可以更深入地理解本发明并能够实施，但下面通过参考实例仅用于解释本发明，不作为本发明的限定。
[0020]
如图1所示，一种具有并离网切换功能的构网型储能变换器，包括前级变换器与网侧变换器；所述前级变换器的一侧连接储能电池，前级变换器的另一侧连接网侧变换器；前级变换器与网侧变换器之间并联直流电容；前级变换器为双向直流/直流变换器，网侧变换器为直流/交流变换器，网侧变换器的交流侧通过滤波电感l1连接到并网点，负荷load连接到并网点，并网点通过断路器brk接入电网；所述网侧变换器采用如下控制结构：直流侧电压反馈值u
dc
乘50除以直流侧电压参考值u
dcref
后的值为f
in
，f
in
经过相位侧限幅环节后的输出为f
out
，f
out
经过一个增益为2π的积分环节后的输出为网侧变换器调制电压的相位θ；并网点电压幅值的参考值u
lref
与并网点电压幅值的反馈值u
l
之差经过一个增益为k
l
的环节，其输出作为选通开关s1的位置1的输入；网侧变换器输出无功功率的参考值q
gref
与无功功率的反馈值qg之差进入pi调节器，该pi调节器的输出作为选通开关s1的位置2的输入，孤岛检测模块的输出f1作为选通开关s1的控制信号，当选通开关s1的控制信号为0时，其输出为位置1，当选通开关s1的控制信号为1时，其输出为位置2，选通开关s1的初始位置处在位置1；选通开关s1的输出叠加并网点电压幅值的额定值u
ln
之后为u
tin
，u
tin
进入电压侧限幅环节后的输出为u
t
；u
t
进入调制电压生成模块，结合调制电压的相位θ生成网侧变换器的调制电压调制电压经过脉冲宽度调制环节后生成网侧变换器的触发脉冲s
gabc
；
[0021]
所述前级变换器采用如下控制结构：前级变换器有功功率的参考值p
eref
与前级变换器有功功率的反馈值pe之差进入pi调节器，pi调节器的输出进入受控开关b1，孤岛检测模块的输出f1作为受控开关b1的控制信号，当受控开关b1的控制信号为0时，受控开关b1闭合，当受控开关b1的控制信号为1时，受控开关b1断开，受控开关b1的输出进入一个保持器，保持器的输出为i
e1
；直流电压的参考值u
dcref
与直流电压的反馈值u
dc
之差进入pi调节器，其输出作为选通开关s2的位置2的输入，选通开关s2的位置1的输入为0，孤岛检测模块的输出f1作为选通开关s2的控制信号，当选通开关s2的控制信号为0时，其输出为位置1，当选通开关s2的控制信号为1时，其输出为位置2，选通开关s2的初始位置处在位置1；选通开关s2的输出与保持器的输出i
e1
之和为前级变换器电流控制环的参考值i
eref
，i
eref
与前级变换器输出电流的反馈值ie之差经过一个pi调节器，pi调节器经过调制环节后生成前级变换器的触发脉冲se。
[0022]
相位侧限幅环节的输出f
out
与输入f
in
之间具有如下关系：
[0023][0024]
电压侧限幅环节的输出u
t
与输入u
tin
之间具有如下关系：
[0025][0026]
其中，u
ln
为并网点电压幅值的额定值。
[0027]
如图2所示，孤岛检测模块采用如下控制结构：根据相位侧限幅环节的饱和时间生成标志位f
θ
，当相位侧限幅环节的饱和时间小于等于0.06s时，标志位f
θ
的值为0，当相位侧限幅环节的饱和时间大于0.06s时，标志位f
θ
的值为1；根据电压侧限幅环节的饱和时间生成标志位fu，当电压侧限幅环节的饱和时间小于等于0.1s时，标志位fu的值为0，当电压侧限幅环节的饱和时间大于0.1s时，标志位fu的值为1；根据直流电压偏差的绝对值生成标志位f
dc
，当直流电压偏差的绝对值除以直流电压的额定值小于等于0.04时，标志位f
dc
的值为0，当直流电压偏差的绝对值除以直流电压的额定值大于0.04时，标志位f
dc
的值为1；标志位f
θ
经过一个下降沿延时器delayer1，下降沿延时器delayer1的输出与标志位fu进入一个逻辑“与”运算模块，该逻辑“与”运算模块的输出为标志位fs；标志位fs与标志位f
dc
进入一个逻辑“或”运算模块，该逻辑“或”运算模块的输出为孤岛检测模块的输出f1。
[0028]
如图3所示，本发明一仿真实施例——构网型储能变换器的并离网切换的仿真波形，其中并网点电压额定值为690v，网侧变换器直流侧电压的额定值为1100v，网侧变换器输出功率的基准值为2mw；在7.5s前，构网型储能变换器工作在并网运行模式，并网点电压u
labc
为1.0p.u.，网侧变换器直流侧电压为1.0p.u.，网侧变换器输出有功功率为1.0p.u.、输出无功功率为0；7.5s时并网点与电网断开连接，构网型储能变换器自动切换到离网运行模式，此时并网点电压u
labc
小幅度下降，网侧变换器直流侧电压小幅度上升而后保持在1.0p.u.，网侧变换器输出有功功率变为0.7p.u.、输出无功功率为0.2p.u.，从图3中可以看出构网型储能变换器可以平稳地从并网运行模式切换到离网运行模式，且过渡过程平稳。
[0029]
针对并网运行的储能变换器与电网断开连接后无法稳定运行的问题，本发明提供一种具有并离网切换功能的构网型储能变换器，具有并网、离网两种运行模式，可以适应电网环境从并网运行模式自动切换到离网运行模式。这种构网型储能变换器接入电网时工作在并网模式下，能够控制并网输出的有功功率和无功功率，且无需锁相环与电网同步；在离网运行模式下能够控制交流侧电压的幅值和频率；当并网点与电网断开连接后，储能变换器可以自动从并网运行模式切换到离网运行模式为负荷供电，且切换过程平滑不会引起系统失稳。
[0030]
以上所述的具体实施方案，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方案而已，并非用以限定本发明的范围，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。