一种多变流器离网启动运行方法及装置与流程

1.本发明涉及电力电子变换控制技术领域，尤其涉及一种多变流器离网启动运行方法及装置。


背景技术：

2.随着电力电子技术发展，新能源未来将成为电力供应的主体。当前，电源侧新能源装机快速增长，用户侧负荷呈多样性变化，电力系统面临诸多挑战。储能技术可在提高可再生能源消纳比例、保障电力系统安全稳定运行等方面发挥重要作用，是大规模发展新能源、保障能源安全的关键技术。储能系统参与电网调压调频、降低峰谷差、平抑波动以及提高新型可再生能源本地消纳等方面的应用，目前已经得到广泛研究并取得了大量的技术成果，而在电网黑启动应用领域，多以柴油发电机或燃气轮机等常规电源作为黑启动电源，储能系统具有充放电转换灵活、功率因数可调、响应速度快等优点，这与电网黑启动的需求具有相契合的特点，因此储能系统参与黑启动应用的研究，具有极其重要的理论意义和实际价值。
3.以单台储能单元作为组网单元时，储能变流器独立运行控制，黑启动时首先储能单元以v/f模式运行，为其他电源和负载提供电压和频率支撑，该技术已比较成熟，且黑启动能力严重受限于单台设备容量。为提升系统容量，需将多个储能单元进行并机运行，在进行多机并联离网启动时，通常由一个储能单元建立电压，其他储能单元同期并入，通过上层能量管理系统对储能单元进行调控，当系统中负荷突变容量大于单个储能单元容量时，由于能量管理系统调节慢将导致系统功率失稳，影响系统稳定运行。
4.现有技术中针对需离网启动运行的多台变流器应用场景，通常有以下两种技术方案：
5.(1)先由单台变流器作为v/f源启动运行建立起交流电压，其他变流器以pq模式并入系统中，变流器出力由上层能量管理系统通过功率指令进行控制，从而实现系统功率控制。
6.(2)在系统中增加中央控制器，中央控制器实现v/f控制策略并产生电流指令及相位角，变流器作为执行单元，根据中央控制器下发的电流指令和相位角进行电流控制，从而实现变流器多机离网运行。
7.然而上述两种方案均存在一定的缺陷：(1)系统功率控制需依靠能量管理系统来实现，当系统中负荷突变容量大于单个变流器容量时，由于能量管理系统调节慢将导致系统功率失稳，影响系统稳定运行。(2)为实现变流器多机运行控制，系统中增加了中央控制器，中央控制器与变流器间需增加通讯互联线，不仅不利于系统扩容而且增加了系统控制的复杂度，不利于工程实施。


技术实现要素：

8.基于现有技术的上述情况，本发明的目的在于提供一种多变流器离网启动运行方
法及装置，通过电压判断自动识别所需执行的启动模式，并通过在线并离网模式切换实现变流器多机离网并联运行，从而实现多变流器共同建立交流电压为系统负载供电。
9.为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种多变流器离网启动运行方法，包括步骤：
10.s1、接收启动指令；
11.s2、经过预设的启动延时t后，判断电网电压是否小于离网启动阈值；若电网电压小于离网启动阈值，则执行步骤s3；若电网电压大于等于离网启动阈值，则执行步骤s4；
12.s3、将离网模式运行标志置1，控制变流器以离网模式启动运行；
13.s4、将离网模式运行标志置0，控制变流器以并网模式启动运行，并在预定时间后切换至离网模式运行。
14.进一步的，所述多变流器中，每个变流器预设的启动延时t不同，且t≥0。
15.进一步的，所述控制变流器以离网模式或并网模式启动运行，包括：
16.根据下垂控制方程，计算角频率和直流电压的参考值ω和v；
17.将该参考值ω和v输入电压环，以得到电流环的控制指令值i
dref
和i
qref
，并对该控制指令值进行动态限幅；
18.将动态限幅后的控制指令值输入至电流环，以得到变流器的控制信号。
19.进一步的，所述下垂控制方程包括：
[0020][0021]
其中，ω0为参考角频率，v0为参考电压幅值,p0和q0变流器输出有功功率和无功功率，p和q为有功功率和无功功率给定值，m和n分别为有功
‑
频率、无功
‑
电压下垂系数。
[0022]
进一步的，当控制变流器以离网模式启动运行时，
[0023]
p＝q＝0。
[0024]
进一步的，当控制变流器以并网模式启动运行时，
[0025]
ω0＝ω
grid
[0026]
v0＝v
grid
[0027]
其中，ω
grid
为电网角频率，v
grid
为电网电压。
[0028]
进一步的，所述对该控制指令值进行动态限幅，包括：
[0029][0030]
其中，i
max
为变流器最大输出电流。
[0031]
根据本发明的另一个方面，提供了一种多变流器离网启动运行装置，包括指令接收模块、启动模式判断模块、离网模式启动模块、以及并网模式启动模块；其中，
[0032]
所述指令接收模块用于接收启动指令；
[0033]
所述启动模式判断模块用于在经过预设的启动延时t后，判断电网电压是否小于离网启动阈值，并根据判断结果选择不同的模式启动；
[0034]
所述离网模式启动模块用于当电网电压小于离网启动阈值时，将离网模式运行标志置1，控制变流器以离网模式启动运行；
[0035]
所述并网模式启动模块用于当电网电压大于等于离网启动阈值时，将离网模式运行标志置0，控制变流器以并网模式启动运行，并在预定时间后切换至离网模式运行。
[0036]
进一步的，所述多变流器中，每个变流器预设的启动延时t不同，且t≥0。
[0037]
进一步的，所述离网模式启动模块或并网模式启动模块控制变流器以离网模式或并网模式启动运行，包括：
[0038]
根据下垂控制方程，计算角频率和直流电压的参考值ω和v；
[0039]
将该参考值ω和v输入电压环，以得到电流环的控制指令值i
dref
和i
qref
，并对该控制指令值进行动态限幅。
[0040]
综上所述，本发明提供了一种多变流器离网启动运行方法及装置，其中各变流器为对等关系并对每个变流器设置不同的启动延时，变流器间无需通讯交互，每个变流器在经过启动延时后通过电网电压判断自动识别所需执行的启动逻辑，根据下垂控制方程实现变流器的启动运行控制。
[0041]
本发明具有如下有益的技术效果：
[0042]
(1)变流器采用下垂控制策略，一方面可根据设定的下垂系数自动实现多机离网运行变流器的功率分配，另一方面变流器并网和离网模式运行底层采用相同的控制算法，在进行并离网切换时不牵涉到算法切换，利于并离网控制的切换。
[0043]
(2)变流器启动前通过检测电网电压来自适应选择启动模式，电网电压低于设定值时变流器执行离网启动逻辑、电网电压高于设定值时变流器执行并网启动逻辑，能根据电网电压实际情况进行启动，具有更高的实时性和灵活性。
[0044]
(3)通过对变流器设定不同的启动延时时间来完成对变流器启动时序的设定，从而保证变流器对并离网运行模式的可靠选择。
[0045]
(4)变流器并网模式启动运行后切换至离网运行模式，变流器转入离网模式运行后根据设定下垂系数自动完成功率分配，避免了多台变流器同时离网启动时因电压角度和幅值不一致而导致的功率环流问题。
附图说明
[0046]
图1是本发明多变流器离网启动运行方法的流程图；
[0047]
图2是变流器下垂控制过程示意图；
[0048]
图3本发明多变流器离网启动运行装置的构成框图。
具体实施方式
[0049]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
[0050]
下面对结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。据本发明的一个实施例，提供了一种多变流器离网启动运行方法，该方法的流程图如图1所示，本实施例提供的方法例
如可以由设置于每个变流器上的控制器或者其他具有控制功能的部件实施，在此不做具体限定。该方法包括如下步骤：
[0051]
s1、接收启动指令。变流器接收例如由上层能量管理系统下发的启动指令，以进行离网启动。
[0052]
s2、经过预设的启动延时t后，判断电网电压是否小于离网启动阈值；若电网电压小于离网启动阈值，则执行步骤s3；若电网电压大于等于离网启动阈值，则执行步骤s4。该离网启动阈值例如可以设置为0.3u
n
，其中u
n
为交流额定电压。
[0053]
对多变流器中的每个变流器，预设不同的启动延时t，其中t≥0，以使得各个变流器可以根据自身对应的启动延时执行对应的启动逻辑。例如其中启动延时设置为0的变流器由于此时无电压电网将执行离网启动逻辑，为系统负载提供电压和频率支撑。在首台变流器离网模式运行建立电网电压后，后续变流器检测到电网电压大于等于离网启动阈值，则将离网模式运行标志位置0，以执行并网运行模式启动。
[0054]
s3、将离网模式运行标志置1，控制变流器以离网模式启动运行。
[0055]
s4、将离网模式运行标志置0，控制变流器以并网模式启动运行，并在预定时间后切换至离网模式运行，该预定时间例如可以设置为3s。变流器转入离网模式运行后，根据各自下垂系数自动完成功率分配，从而实现变流器并联离网黑启动运行。
[0056]
其中，控制变流器以离网模式或并网模式启动运行，均采用下垂控制方式进行控制，图2中示出了下垂控制、电压环和电流环的控制过程示意图，具体可以按照以下步骤进行：
[0057]
根据下垂控制方程，计算角频率和直流电压的参考值ω和v；所述下垂控制方程包括：v＝v0+n(q
‑
q0)
[0058][0059]
其中，ω0为参考角频率，v0为参考电压幅值,p0和q0变流器输出有功功率和无功功率，可以通过采集变流器的三相直流电压和电流进行计算获得。p和q为有功功率和无功功率给定值，m和n分别为有功
‑
频率、无功
‑
电压下垂系数。该下垂系数可以根据以下原则确定，在功率变化为额定值时对应的频率变化要保证在设备正常运行的频率范围，假设功率变化100kw，对应频率变化1hz，那下垂系数m就是0.01，按照同样的方法可以对n进行计算。
[0060]
当控制变流器以离网模式启动运行时，p＝q＝0，此时参考角频率和参考电压幅值为设定参考值ω
ref
和v
ref
。
[0061]
当控制变流器以并网模式启动运行时，p和q为预设值，
[0062]
ω0＝ω
grid
[0063]
v0＝v
grid
[0064]
其中，ω
grid
为电网角频率，v
grid
为电网电压。
[0065]
将该参考值ω和v输入三相电压生成模块生成三相参考电压，三相参考电压和采集的实际三相电压经坐标变换得到dq坐标系下的参考给定值与实际反馈值，然后经闭环控制得到电流环的控制指令值i
dref
和i
qref
，为保证变流器安全稳定运行，需对输出电流进行限幅，并对该控制指令值进行动态限幅，动态限幅可以按照以下公式进行：
[0066][0067]
其中，i
max
为变流器最大输出电流。通过以上公式，将电流控制指令值控制在
‑
1.1pu～1.1pu的范围之内。
[0068]
将动态限幅后的控制指令值输入至电流环，同时向电流环输入交流电流的d轴和q轴分量，根据图2中给出的电流控制模块，即电流环的控制逻辑，以得到变流器的pwm控制信号。
[0069]
根据本发明的另一个实施例，提供了一种多变流器离网启动运行装置，该装置的构成框图如图3所示，该装置包括指令接收模块、启动模式判断模块、离网模式启动模块、以及并网模式启动模块。
[0070]
指令接收模块用于接收启动指令。
[0071]
启动模式判断模块用于在经过预设的启动延时t后，判断电网电压是否小于离网启动阈值，并根据判断结果选择不同的模式启动。所述多变流器中，每个变流器预设的启动延时t不同，且t≥0。
[0072]
离网模式启动模块用于当电网电压小于离网启动阈值时，将离网模式运行标志置1，控制变流器以离网模式启动运行。
[0073]
并网模式启动模块用于当电网电压大于等于离网启动阈值时，将离网模式运行标志置0，控制变流器以并网模式启动运行，并在预定时间后切换至离网模式运行，该约定时间例如可以设置为3s
[0074]
综上所述，本发明涉及一种多变流器离网启动运行方法及装置，其中各变流器为对等关系并对每个变流器设置不同的启动延时，变流器间无需通讯交互，每个变流器在经过启动延时后通过电网电压判断自动识别所需执行的启动逻辑，根据下垂控制方程实现变流器的启动运行控制。本发明中多变流器采用下垂控制策略，一方面可根据设定的下垂系数自动实现多机离网运行变流器的功率分配，另一方面变流器并网和离网模式运行底层采用相同的控制算法，在进行并离网切换时不牵涉到算法切换，利于并离网控制的切换。各变流器启动前通过检测电网电压来自适应选择启动模式，电网电压低于设定值时变流器执行离网启动逻辑、电网电压高于设定值时变流器执行并网启动逻辑，能根据电网电压实际情况进行启动，具有更高的实时性和灵活性。通过对变流器设定不同的启动延时时间来完成对变流器启动时序的设定，从而保证变流器对并离网运行模式的可靠选择。变流器并网模式启动运行后切换至离网运行模式，变流器转入离网模式运行后根据设定下垂系数自动完成功率分配，避免了多台变流器同时离网启动时因电压角度和幅值不一致而导致的功率环流问题。
[0075]
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。