CN103606965B - 一种基于准实时同步信号的储能逆变器的联网控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于准实时同步信号的储能逆变器的联网控制方法，涉及微电网运行控制领域。包括：S1、判断主储能逆变器是否并网，若是则进入S2，否则进入S3；S2、主控制器采集并网电压、电流信号并进行处理，将处理后的电压信号广播给从控制器，同时从控制器采集并网电流信号并进行预处理；S3、主控制器根据已知条件生成并网电压信号并将其广播给从控制器，主控制器及从控制器分别采集各自对应储能逆变器的并网电流信号并进行预处理；S4、主控制器对处理后的电压、电流信号进行计算得到控制信号控制主储能逆变器工作；从控制器对处理后的并网电流信号和主控制器广播来的电压信号进行计算得到控制信号控制从储能逆变器工作。

Description

一种基于准实时同步信号的储能逆变器的联网控制方法

技术领域

本发明涉及一种基于准实时同步信号的储能逆变器的联网控制方法，涉及微电网运行控制领域。

背景技术

储能是微电网就地消纳可再生能源发电的必要技术手段，以风电、光伏为代表的间歇性能源发电产业的迅猛发展将推动大容量储能产业的发展。在微电网的协调控制下，储能技术在很大程度上解决了新能源发电的随机性、波动性问题，可以实现可再生能源发电的平滑输出，能有效调节新能源发电引起的电网电压、频率及相位的变化，使间歇性电源方便可靠地并入大电网。另外，微电网通过储能可实现与大电网的互动，提高微电网的经济性及供电可靠性。

储能逆变器是微电网由并网转向离网时，支撑电网电压及频率稳定的核心设备之一，同时也是离并网运行中吸纳间歇性电源、负荷投切及电网故障等引起功率波动的控制手段之一。针对功率波动引起的暂态过渡过程，储能控制需要在0.01s到10s内完成，速度越快越能避免电压失稳。但传统控制方式调节过程在0.1s到10s趋稳，过渡过程较长。而且储能逆变器一般采用锁相环采集并网电压的相位信息并据此控制逆变器输出电压的相位，对锁相环性能要求较高，多台并联时各自独立锁相会造成电压的不同步，易于产生环流，为此需要改进单台锁相性能，通过高速现场总线广播同步相位信息予以解决。储能逆变器一般应用于室内环境，易于接入通讯网络，因此适合有通讯线的控制方式。

发明内容

（一）要解决的技术问题

在储能逆变器离并网过渡过程中，储能控制需要在0.01s～10s内完成，速度越快越能避免电压失稳，但传统控制方式调节过程在0.1s到10s趋稳，过渡过程较长。本发明在储能逆变器的控制器之间及控制器内部采用高速现场总线进行通讯，并且储能逆变器的锁相环采用相位修正约束条件对并网电压相位进行修正，避免了惯性环节对反馈量动态响应的延迟，使储能逆变器获得的控制信号是准实时同步信号，加速了调节过程。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了基于准实时同步信号的储能逆变器的联网控制方法，包括以下步骤：

S1、判断主储能逆变器是并网还是离网，若主储能逆变器并网，则进入步骤S2，否则进入步骤S3；

S2、对应主储能逆变器的主控制器对并网电压信号和电流信号进行采样并进行预处理，得到并网电压有效值及其相位信息、主并网电流瞬时值，主控制器将并网电压有效值及其相位信息广播给各个对应从储能逆变器的从控制器中，同时从逆变器对并网电流信号进行采样并进行预处理得到从并网电流瞬时值；

步骤S2具体为：

S21、若储能逆变器的容量不同，则将容量最大的确定为主储能逆变器，其余为从储能逆变器；若所有储能逆变器的容量相等，则将其中一台确定为主储能逆变器，其余为从储能逆变器；

S22、将主储能逆变器和从储能逆变器的交流侧并联，主控制器与从控制器通过高速现场总线进行通信；

S23、主控制器的采样模块对主储能逆变器的并网电压信号和并网电流信号进行采样得到并网电压模拟量、主并网电流模拟量，主控制器的模数转换模块对采样所得模拟量进行模数转换得到并网电压数字量、主并网电流数字量，即并网电压瞬时值、主并网电流瞬时值，主控制器的算法模块根据所得并网电压瞬时值计算并网电压有效值，同时主控制器的锁相环采集并网电压瞬时值的相位信息得到实时相位主控制器根据算法模块中的相位修正约束条件对实时相位信息进行修正得到修正相位同时从控制器的采样模块对从储能逆变器的并网电流信号进行采样得到从并网电流模拟量，从控制器的模数转换模块对从并网电流模拟量进行模数转换得到从并网电流数字量，即从并网电流瞬时值；

S24、主控制器将步骤S23所得并网电压有效值及修正相位通过高速现场总线广播给各个从控制器。

S3、对应主储能逆变器的主控制器根据主储能逆变器的时钟、预置存储正弦表和预设的并网电压幅值确定并网电压有效值及其相位信息，并将所得并网电压有效值及其相位信息其通过高速线总线广播至各个从控制器，主控制器对并网电流信号进行采样并进行预处理得到主并网电流瞬时值，从控制器对并网电流信号进行采样并进行预处理得到从并网电流瞬时值；

步骤S3具体为：

S31、根据电网稳定运行时的电压及频率信息，在主控制器中预设并网电压幅值并预置存储正弦表以生成并网电压信号；

S32、主控制器算法模块根据步骤S31生成的并网电压信号确定主储能逆变器的并网电压有效值及其相位信息，并通过主控制器的采样模块对主储能逆变器的并网电流信号进行采样得到并网电流模拟量，主控制器的模数转换模块对采样所得模拟量进行模数转换得到主并网电流数字量，即主并网电流瞬时值；同时从控制器的采样模块对从储能逆变器的并网电流信号进行采样得到从并网电流模拟量，从控制器的模数转换模块对从并网电流模拟量进行模数转换得到从并网电流数字量，即从并网电流瞬时值；

S33、主控制器将步骤S32所得并网电压有效值及其相位信息通过高速现场总线广播给各个从控制器。

S4、主控制器根据预设的控制算法对所得并网电压有效值及相位信息、主并网电流瞬时值进行处理，得到主储能逆变器的控制信号控制主储能逆变器工作；同时，从控制器根据预设的控制算法对所得从并网电流瞬时值和主控制器通过高速现场总线广播来的电压有效值及相位信息进行处理，得到从储能逆变器的控制信号控制从储能逆变器的工作。

步骤S4具体为：

S41、主控制器的算法模块根据预设的控制算法对所得并网电压有效值及相位信息、主并网电流瞬时值进行计算，得到主储能逆变器的控制信号；从控制器根据预设的控制算法对从并网电流瞬时值、主控制器通过高速现场总线广播来的并网电压有效值及相位信息进行计算，得到从储能逆变器的控制信号；

S42、主储能逆变器根据主控制器的控制信号运行；各个从储能逆变器根据自身对应从控制器的控制信号运行。

所述方法也适用于单台储能逆变器控制，包括以下步骤：

步骤a、判断储能逆变器是并网还是离网，若储能逆变器并网，则进入步骤b，否则进入步骤c；

步骤b、控制器采样模块对储能逆变器的并网电压信号和并网电流信号进行采样得到并网电压模拟量、并网电流模拟量，控制器的模数转换模块对采样所得模拟量进行模数转换得到并网电压数字量、并网电流数字量，即并网电压瞬时值、并网电流瞬时值，控制器的算法模块根据并网电压瞬时值计算并网电压有效值，同时控制器的锁相环采集并网电压瞬时值的相位信息得到实时相位控制器根据算法模块中的相位修正约束条件对实时相位进行修正得到修正相位

步骤c、根据电网稳定运行时的电压及频率信息，在控制器中预设并网电压幅值并预置存储正弦表以生成并网电压信号，控制器算法模块根据生成的并网电压信号确定储能逆变器的并网电压有效值及其相位信息，同时控制器的采样模块对储能逆变器的并网电流信号进行采样得到并网电流模拟量，控制器的模数转换模块对采样所得模拟量进行模数转换得到并网电流数字量，即并网电流瞬时值；

步骤d、控制器的算法模块根据预设的控制算法对所得并网电压有效值及相位信息、并网电流瞬时值进行计算，得到储能逆变器的控制信号控制储能逆变器运行。

所述修正约束条件为：

其中，k为控制器的算法模块中根据电网实际运行情况确定的常数，取值范围是0<k<1；为预设在控制器算法模块中的根据电网稳定运行时的相位信息确定的基准相位。

（三）有益效果

本发明利用高速现场总线传递全网准实时电压同步信号，加速了控制过程，避免了惯性环节对反馈量动态响应的延迟。在单台储能逆变器运行模式下利用准实时电压同步信号消除了处理延迟引起的控制误差，缩短了过渡过程。在多台储能逆变器并联模式下消除了逆变器间的环流，通时提高了系统的整体一致性，适用于多台储能逆变器并联代替更大容量的单台储能逆变器。由于储能系统造价较高，该种控制方式使得储能系统可以灵活配置，易于扩展，节约了扩容的投资。

附图说明

图1是本发明提出的基于准实时同步信号的储能逆变器联网控制方法的流程图；

图2是依照本发明提出的单台储能逆变器运行的结构图；

图3是现有技术中工频周期的相位信息；

图4是依照本发明提出的多台储能逆变器并联运行的结构图；

图5为本发明提出的有相位同步信号控制的离网电压波形；

图6为现有技术中无相位同步信号控制的离网电压波形。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1：单台三相储能逆变器运行仿真实验

步骤1、搭建单台三相储能逆变器模型，容量为100kW，额定输出电压为380V，控制器中具有电压频率控制和功率控制两种方式，在离网情况下采用电压频率控制方式。然后判断储能逆变器是并网还是离网，若储能逆变器并网，则进入步骤2，否则进入步骤3；

步骤2、在储能逆变器并网条件下，对并网电压信号及电流信号进行采样，将采样后的信号送入模拟滤波器进行滤波后再送入离散化模块进行离散化，得到数字电压信号、数字电流信号，送入控制器。并网条件下，并网电压信号的实时相位信息由高速现场总线传来，传输速率不低于100k/s，一般为250k/s以上，该相位信号采用单相信号，每个工频周期的相位信息数不小于图3中交点数量的5倍。

步骤3、在储能逆变器离网条件下，通过正弦信号发生获得数字电压信号，对电流信号进行采样，将采样后的信号送入模拟滤波器进行滤波后再送入离散化模块进行离散化，得到数字电流信号，送入控制器。

步骤4、控制器根据预设的控制算法对所得数字电压信号及相位信息、数字电流信号进行处理，得到控制信号控制储能逆变器工作。

实施例2：三台三相储能逆变器离网并联运行仿真实验

步骤1、搭建三相储能逆变器模型，单台容量为100kW，额定输出电压为380V，控制器中具有电压频率控制和功率控制两种方式，在离网情况下采用电压频率控制方式。系统采用与图2所示相同的主接线，储能电池安放在储能控制器Converter框图内部。

步骤2、启动第1台储能逆变器Converter_1，同时投入100kW负荷，仿真环境一个周波后完成第一次计算，建立母线电压，经过5个周期后，系统控制使母线电压正常。

步骤3、t=0.05秒时，在快速相位控制下，投入第2台储能逆变器Converter_2，系统电压平稳，无波动。

步骤4、t=0.10秒时，在相同系统控制模式下，投入第3台储能逆变器Converter_3，系统电压平稳，无波动。

步骤5、t=0.15秒时，在相同系统控制模式下，投入100kW负荷，系统电压波动较小，电压跌落小于5%。

图4是依照本发明提出的多台储能逆变器并联运行的结构图。图5为有相位同步信号控制的离网电压波形，图6为无相位同步信号控制的离网电压波形。比较图5和图6可知，本发明提出的基于准实时同步相位信号的储能逆变器的联网控制方法对电压波动具有明显的改善，在负荷平稳时基本可消除电压波动，负荷剧烈波动是可减小电压波动。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (5)

1.一种基于准实时同步信号的储能逆变器的联网控制方法，其特征在于，包括：

S1、判断主储能逆变器是并网还是离网，若主储能逆变器并网，则进入步骤S2，否则进入步骤S3；

S2、对应主储能逆变器的主控制器对并网电压信号和电流信号进行采样并进行预处理，得到并网电压有效值及其相位信息、主并网电流瞬时值，主控制器将并网电压有效值及其相位信息广播给各个对应从储能逆变器的从控制器中，同时所述从储能逆变器对并网电流信号进行采样并进行预处理得到从并网电流瞬时值；

S3、对应主储能逆变器的主控制器根据主储能逆变器的时钟、预置存储正弦表和预设的并网电压幅值确定并网电压有效值及其相位信息，并将所得并网电压有效值及其相位信息其通过高速线总线广播给各个从控制器，主控制器对并网电流信号进行采样并进行预处理得到主并网电流瞬时值，从控制器对并网电流信号进行采样并进行预处理得到从并网电流瞬时值；

S4、主控制器根据预设的控制算法对所得并网电压有效值及相位信息、主并网电流瞬时值进行处理，得到主储能逆变器的控制信号控制主储能逆变器工作；同时，从控制器根据预设的控制算法对所得从并网电流瞬时值和主控制器通过高速现场总线广播来的电压有效值及相位信息进行处理，得到从储能逆变器的控制信号控制从储能逆变器的工作；

其中，步骤S2具体为：

S21、若储能逆变器的容量不同，则将容量最大的确定为主储能逆变器，其余为从储能逆变器；若所有储能逆变器的容量相等，则将其中一台确定为主储能逆变器，其余为从储能逆变器；

S22、将主储能逆变器和从储能逆变器的交流侧并联，主控制器与从控制器通过高速现场总线进行通信；

S23、主控制器的采样模块对主储能逆变器的并网电压信号和并网电流信号进行采样得到并网电压模拟量、主并网电流模拟量，主控制器的模数转换模块对采样所得模拟量进行模数转换得到并网电压数字量、主并网电流数字量，即并网电压瞬时值、主并网电流瞬时值，主控制器的算法模块根据所得并网电压瞬时值计算并网电压有效值，同时主控制器的锁相环测量并网电压瞬时值的相位得到实时相位 主控制器根据算法模块中的相位修正约束条件对实时相位信息进行修正得到修正相位同时从控制器的采样模块对从储能逆变器的并网电流信号进行采样得到从并网电流模拟量，从控制器的模数转换模块对从并网电流模拟量进行模数转换得到从并网电流数字量，即从并网电流瞬时值；

S24、主控制器将步骤S23所得并网电压有效值及修正相位通过高速现场总线广播给各个从控制器。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：

S31、根据电网稳定运行时的电压及频率信息，在主控制器中预设并网电压幅值并预置存储正弦表以生成并网电压信号；

S32、主控制器算法模块根据步骤S31生成的并网电压信号确定主储能逆变器的并网电压有效值及其相位信息，并通过主控制器的采样模块对主储能逆变器的并网电流信号进行采样得到并网电流模拟量，主控制器的模数转换模块对采样所得模拟量进行模数转换得到主并网电流数字量，即主并网电流瞬时值；同时从控制器的采样模块对从储能逆变器的并网电流信号进行采样得到从并网电流模拟量，从控制器的模数转换模块对从并网电流模拟量进行模数转换得到从并网电流数字量，即从并网电流瞬时值；

S33、主控制器将步骤S32所得并网电压有效值及其相位信息通过高速现场总线广播给各个从控制器。

3.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：

S41、主控制器的算法模块根据预设的控制算法对所得并网电压有效值及相位信息、主并网电流瞬时值进行计算，得到主储能逆变器的控制信号；从控制器根据预设的控制算法对从并网电流瞬时值、主控制器通过高速现场总线广播来的并网电压有效值及相位信息进行计算，得到从储能逆变器的控制信号；

S42、主储能逆变器根据主控制器发出的控制信号运行；各个从储能逆变器根据自身对应的从控制器发出的控制信号运行。

4.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述方法也适用于单台储能逆变器控制，包括以下步骤：

步骤a、判断储能逆变器是并网还是离网，若储能逆变器并网，则进入步骤b，否则进入步骤c；

步骤b、控制器的采样模块对储能逆变器并网电压信号和并网电流信号进行采样得到并网电压模拟量、并网电流模拟量，控制器的模数转换模块对采样所得模拟量进行模数转换得到并网电压数字量、并网电流数字量，即并网电压瞬时值、并网电流瞬时值，控制器的算法模块根据所得并网电压瞬时值计算并网电压有效值，同时控制器的锁相环测量并网电压瞬时值的相位得到实时相位控制器根据算法模块中的相位修正约束条件对实时相位进行修正得到修正相位

步骤c、根据电网稳定运行时的电压及频率信息，在控制器中预设并网电压幅值并预置存储正弦表以生成并网电压信号，控制器算法模块根据生成的并网电压信号确定储能逆变器的并网电压有效值及其相位信息，同时控制器的采样模块对储能逆变器的并网电流信号进行采样得到并网电流模拟量，控制器的模数转换模块对采样所得模拟量进行模数转换得到并网电流数字量，即并网电流瞬时值；

步骤d、控制器的算法模块根据预设的控制算法对所得并网电压有效值及相位信息、并网电流瞬时值进行计算，得到储能逆变器的控制信号控制储能逆变器运行。

5.如权利要求1或权利要求4所述的方法，其特征在于，所述修正约束条件为：

其中，k为控制器的算法模块中根据电网实际运行情况确定的常数，取值范围是0<k<1；为预设在控制器算法模块中的根据电网稳定运行时的相位信息确定的基准相位。