CN103812211A - 一种基于随网变参的智能电网无缝快切系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于随网变参的智能电网无缝快切系统及方法，属于智能电网调度的技术领域，在切换系统中加入与整流器构成回路的逆变器，控制器根据采集的主电网、备用电网交流电压、整流信号、逆变信号生成整流器和逆变器的驱动信号。动态实现同压同相同频，切换速度快，冲击小，柔性切换电网保证负载连续工作。

Description

一种基于随网变参的智能电网无缝快切系统及方法

技术领域

本发明公开了一种基于随网变参的智能电网无缝快切的系统及方法，属于智能电网调度的技术领域。

背景技术

智能电网中不同电网之间的快速切换保证了国民经济的持续发展，广泛运用于各电厂及化工、冶金、煤炭等工业领域，电力系统的发展和技术进步正是沿着这一目标发展。电压下降或完全断电已成为提髙供电质量必须解决的首要问题，保证供电不间断有赖于电力生产输送的各个环节。电子控制系统和其它敏感设备中的供电电压不稳定会导致整个生产线的瘫痪和生产设备的损坏以及长时间的停电。

无缝快切技术为智能电网中不同电网之间的快速切换，以最短的时间随网变参从一个电网柔性地切换到另一个电网，保证了输出电压能够同频同相地给负载不间断供电，防止辅机的停机，减少了对用户带来的各项损失，为供电电压稳定可靠运行提供了最佳的保证。现有的无缝快切技术是应用于市电与太阳能发电，或者是电网和光伏发电等，市电之间的快切暂时没有人提到无缝快切这个概念，而市电之间的切换有使用切除部分负载来满足电网之间切换带来的安全隐患，没有提及到无缝快切。

中国专利CN公开了“201110418427.X”，提出了一种负荷快切控制系统，基于脱离大电网的小容量的电网，孤网运行工况如遇发电机故障解列等突发事件，为了实现小电网系统能够安全运行，避免故障进一步扩大而采取将小电网中的部分负荷快速切除，从而使电网的发电和用电在短时间内达到一个合理的平衡，保证异常情况下工厂的基本运行，满足了孤网运行的要求。这种方法是通过切除部分负载来满足电网之间切换带来的安全隐患，没有从根源上解决电网间无缝切换的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了一种基于随网变参的智能电网无缝快切系统及方法。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

一种基于随网变参的智能电网无缝快切系统，包括第一整流器、第二整流器、逆变器、第一断路器、第二断路器、逆变控制单元、整流控制单元、交流采样电路、直流采样电路；

所述第一整流器输入端接主电网，所述第二整流器输入端接备用电网，第一、第二整流器输出端接直流采样电路；

所述逆变器输入端与第一整流器输出端、第二整流器输出端连接，逆变器输出端接负载；

主电网通过第一断路器与交流采样电路连接，备用电网通过第二断路器与交流采样电路连接，所述逆变器输出端接交流采样电路；

所述整流控制单元，以交流采样电路采集的主电网电压、备用电网电压为输入量得到第一、第二整流器驱动信号；

所述逆变控制单元，处理直流采样电路采集的整流信号得到逆变器的输入电压，处理逆变器输出电压、电网电压得到逆变器驱动信号。

基于随网变参的智能电网无缝快切方法，利用智能电网无缝快切系统实现：

步骤1，初始化第一、第二断路器为闭合状态，采集主电网电压、备用电网电压、整流器输出电压、逆变器输出电压，通过整流控制单元、交流控制单元实现电网的最小功率输出；

步骤2，第一断路器在主电网故障时断开，采集主电网残压、备用电网电压

步骤3，整流控制单元处理主电网残压、备用电网电压得到驱动第一、第二整流器的整流PWM，第一、第二整流器在整流PWM作用下输出整流信号；

步骤4，采集整流信号、逆变器输出电压；

步骤,5，逆变控制单元修正、PI调节整流信号得到逆变器的输入电压，对交逆变器输出电压、主电网残压、备用电网电压进行锁相控制以及PI调节得到逆变器的驱动信号；

步骤6，重复步骤4和步骤5，实现逆变器输出电压与备用电网同压同相同频。

作为所述无缝快切方法的进一步优化方案，步骤5中所述的锁相控制通过SPLL技术实现。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：动态实现同压同相同频，切换速度快，冲击小，柔性切换电网保证负载连续工作。

附图说明

图1为具体实施例中切换系统的框图。

图2为具体实施例中软锁相技术的实现框图。

图中标号说明：1为整流器，2为逆变器，3为开关，4为控制器，K1、K2为第一、第二断路器，Q1至Q6为第一至第六开关管。

具体实施方式

下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明：

本发明是公开的基于随网变参的智能电网无缝快切系统如图1所示，包括：整流器1、逆变器2、开关3、控制器4。整流器1为与A电网连接的第一整流器，与B电网连接的第二整流器与整流器1相同。开关3包括第一断路器K1、第二断路器K2。A电网和B电网的交流电压是经过控制器4处理得到整流PWM、整流PWM经过光耦电路隔离驱动整流器1，利用驱动电路驱动三相桥式PWM整流电路，整流得到直流电压，采样整流信号送给控制器4，经过PI调节得到额定的直流电压，作为逆变器的输入电压，在控制器4的处理下，得到逆变PWM占空比，经过逆变光耦电路进行隔离，利用驱动电路驱动三相桥式逆变电路，逆变得到交流电压，采样逆变信号送给控制器4，经过SPLL（软锁相技术）的三相不平衡锁相方法，将三相电压U_a、U_b、U_c先利用二次谐波进行前馈补偿，再使用PI调节，调节至三相电平衡的时候，将三相输入电压经过clark变换，转换到静止的α和β坐标系U_α、U_β，然后从静止的αβ坐标系转换到与三相电压同步旋转的dq坐标系，经过park变换，分解出d轴和q轴分量U_d、U_q，为了实现锁相角与电网电压相位同步，令Uq为0，直流分量Ud为额定值，将参考值零q₀和实际三相电压坐标变换后的U_q相减，得到误差信号，通过PI反馈调节，得到误差信号，再与理论角频率2πf相加后得到实际角频率，最后经过一积分环节，输出即是电网电压的相位θ。PI的输出改变载波周期，从而实现PWM波频率的改变，使逆变器输出的相位角和B电网相位角同频，具体的实现方法如图2所示，随网变参是电网电压的相位θ。

逆变电路中的直流母线电压输入经电容稳压，送由开关管Q1至Q6组成的三相全桥逆变器，输出的交变电压经由电感进行滤波，得到正弦波电流，用于负载的发电。

本发明的工作原理：起初第一、第二断路器K1、K2合闸，A电网作为主电网，B电网作为备用电网给负载供电，整流器和逆变器这一回路以小功率输出；当A电网突发遇到故障时，第一断路器K1分闸，第二断路器K2合闸，A电网上的残压和B电网的电压在控制器的处理下，得到整流PWM占空比，经过光耦电路进行隔离，利用驱动电路驱动三相桥式PWM整流电路，整流得到直流电压，采样整流信号送给控制器，经过PI调节得到额定的直流电压，作为逆变器的输入电压，在控制器的处理下，得到逆变PWM占空比，经过逆变光耦电路进行隔离，利用驱动电路驱动三相桥式逆变电路，逆变得到交流电压，采样逆变信号送给控制器，经过SPLL的三相软锁相技术和PI调节快速从A电网快速地切换至B电网，随着电网各变量的变化，参数也跟着变化，柔性地实现电网的切换，此时整流器和逆变器这一回路以满载输出。当完全切换到电网的频率相位电压的时候，整流器和逆变器这一回路继续以小功率输出，整个电路的回路完全由B电网给机组等负荷供电，保证负载正常运行。

因为主电网和备用电网的电压、频率、相位可能不一样，随网变参是指在切换的时候涉及到的软件算法随着电压、频率、相位变化的内部参数。因此，本发明可以保证电网切换过程中快速切换，随网变参，柔性地实现AB电网之间的参数变换，保证了机组连续输出功率，降低了电机受到过大的冲击力，风机及泵的转速不致于明显地下降，且在切换之后保证负载连续工作。

可见，本发明具有以下优点：

(1)不同电网的参数不一样，该技术在切换的时候可以随网变参，动态地实现电网的同压同频同相；

(2)三相电网之间的切换时，断路器分闸后，工作母线上的电压不会马上消失，可以做到无缝快切，切换速度块，冲击小，成功率高，可以减少不必要的过载，不受任何的影响和干扰，大大提高了企业电网的供电安全；

(3)智能电网之间的切换一改以前的硬性切换，通过整流器和控制器这一回路给负载馈电，柔性地从A电网动态地切换到B电网，对机组进行等负荷供电，保证负载连续工作。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (3)

1.一种基于随网变参的智能电网无缝快切系统，包括第一整流器、第二整流器、逆变器，其特征在于所述切换系统还包括：第一断路器、第二断路器、逆变控制单元、整流控制单元、交流采样电路、直流采样电路；

所述第一整流器输入端接主电网，所述第二整流器输入端接备用电网，第一、第二整流器输出端接直流采样电路；

所述逆变器输入端与第一整流器输出端、第二整流器输出端连接，逆变器输出端接负载；

主电网通过第一断路器与交流采样电路连接，备用电网通过第二断路器与交流采样电路连接，所述逆变器输出端接交流采样电路；

所述整流控制单元，以交流采样电路采集的主电网电压、备用电网电压为输入量得到第一、第二整流器驱动信号；

所述逆变控制单元，处理直流采样电路采集的整流信号得到逆变器的输入电压，处理逆变器输出电压、电网电压得到逆变器驱动信号。

2.基于随网变参的智能电网无缝快切方法，利用权利要求1所述智能电网无缝快切系统实现，其特征在于：

步骤1，初始化第一、第二断路器为闭合状态，采集主电网电压、备用电网

电压、整流器输出电压、逆变器输出电压，通过整流控制单元、交流控制单元实现电网的最小功率输出；

步骤2，第一断路器在主电网故障时断开，采集主电网残压、备用电网电压步骤3，整流控制单元处理主电网残压、备用电网电压得到驱动第一、第二

整流器的整流PWM，第一、第二整流器在整流PWM作用下输出整流信号；

步骤4，采集整流信号、逆变器输出电压；

步骤5，逆变控制单元修正、PI调节整流信号得到逆变器的输入电压，对交逆变器输出电压、主电网残压、备用电网电压进行锁相控制以及PI调节得到逆变器的驱动信号；

步骤6，重复步骤4和步骤5，实现逆变器输出电压与备用电网同压同相同频。

3.根据权利要求2所述的无缝快切方法，其特征在于：步骤5中所述的锁相控制通过SPLL技术实现。

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