CN104393610A - 一种pcs系统和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种PCS系统和装置，PCS系统包括至少一套PCS装置，每套PCS装置包括主电路部分和控制机部分，主电路包括用于连接电网的AC/DC模块，AC/DC模块连接DC/DC模块，DC/DC模块用于连接对应的电池组；每个PCS装置的控制机均通过硬节点连接微网下发的硬节点开入信号。本发明PCS装置并离网切换控制策略通过采集微网下发的DC220V硬接点开入信号，抗干扰能力强。
Description
技术领域
本发明涉及一种PCS系统和装置。
背景技术
储能装置是指与储能电池组配套，连接于电池组与电网之间，把电网电能存入电池组或将电池组能量回馈到电网的装置，主要由双设定向功率变流器及其控制系统组成。
微网并网运行时，PCS装置运行在P/Q模式对抑制间隙式分布电源的波动性，保证微网的重要负荷稳定可靠运行具有重要作用，而当微网脱离大电网独立运行PCS装置运行在V/F模式对重要负荷继续进行供电。微网与大电网切换过程中，为保证微网中一些敏感性负载安全稳定运行，PCS装置需要一种并离网无缝切换控制策略。
PCS装置并离网无缝切换控制策略主要难点如下：1)强电磁干扰环境下多套PCS装置无缝切换；2)P/Q模式与V/F模式平滑和快速过渡；3)PCS装置并离网无缝切换控制系统的研究和实验验证。
微网中，由于分布式新能源发电的间歇性，电源总供给功率和负荷总需求功率都是动态变化的，并不是每刻都能达到供需平衡。当电源总发电功率与负荷总需求功率不平衡时，由于PCS装置控制灵活和便捷，PCS装置可以吸收系统多余的能量或释放能量弥补系统能量的不足。大电网故障时，微网与主网解列，PCS装置作为微网离网运行的组网电源，维持系统的电压和频率稳定。联网运行时，微网中负荷的能量有主网提供。离岛运行时，主网无法再为微网提供能量，必须有微电网微电源提供。微网与大电网之间的切换时，由于微电网的一些重要负荷和敏感负荷需要微电网与大电网之间需要无缝切换。而PCS装置在控制上可以在电压控制模式和电流控制模式间灵活快速转换，相应的，完成微网组网电源和并网电源的角色转换，对于实现微网的离网/并网两种模式的无缝过渡，确保微网中敏感负荷的供电可靠性具有重要作用。所以PCS装置为微网敏感负荷供电和储能装置平衡系统高功率必不可少的。
目前无缝切换大多集中与单台逆变器带本地负载，与大网切换之间的无缝切换。对于多种微源的微网与大电网之间的无缝切换，目前还缺乏系统的研究和实验验证。而且，PCS装置并离网切换命令通过通信协议进行传送，尤其多台PCS同时运行时，抗电磁干扰能力差。并离网切换只考虑其运行稳定性，并离网切换时出现停机重新启动。
发明内容
本发明的目的是提供一种PCS系统和装置，用以解决现有技术的缺陷。
为实现上述目的，本发明的方案包括：
一种PCS系统，包括至少一套PCS装置，每套PCS装置包括主电路部分和控制机部分，主电路包括用于连接电网的AC/DC模块，AC/DC模块连接DC/DC模块，DC/DC模块用于连接对应的电池组；所述每个PCS装置的控制机均通过硬节点连接微网下发的硬节点开入信号。
所述硬节点电路包括隔离电路，隔离电容输入端连接220V开入信号，输出端用于连接PCS装置的控制机的控制器。
各PCS装置的控制机中，其中一台为主机，其他为从机；各控制机设有同步信号接收端口，主机还设有相应个数的同步信号发送端口，发送同步信号连接各从机的同步信号接收端口。
所述隔离电路为光电耦合元件。
所述控制器包括FPGA和DSP。
一种PCS装置，包括主电路部分和控制机部分，主电路包括用于连接电网的AC/DC模块，AC/DC模块连接DC/DC模块，DC/DC模块用于连接对应的电池组；所述每个PCS装置的控制机均通过硬节点连接微网下发的硬节点开入信号。
所述硬节点电路包括隔离电路，隔离电容输入端连接220V开入信号，输出端用于连接PCS装置的控制机的控制器。
所述隔离电路为光电耦合元件。
所述控制器包括FPGA和DSP。
本发明PCS装置并离网切换控制策略通过采集微网下发的DC220V硬接点开入信号，抗干扰能力强。进一步的，采用多台PCS间通过同步光纤(一主多从)进行切换，大大提高了多台PCS装置在并离网切换时，通信线路的抗电磁干扰能力。
附图说明
图1是离网模式下AC/DC模块控制框图；
图2是离网模式下DC/DC模块控制框图；
图3是并网模式下AD/DC模块控制框图；
图4是并网运行时DC/DC模块控制框图；
图5是基于并离网无缝切换控制策略的PCS装置硬件控制框图；
图6是一种PCS装置实施例的主电路拓扑简图；
图7是并离网无缝切换框图；
图8是并离网无缝切换流程图；
图9是实施例的并离网接收点电路图；
图10是实施例的同步发送电路；
图11是实施例的同步接收电路；
图12是实施例的多机并联同步原理图；
图1中，Ud_ref 离网时，设定电压坐标下的d轴坐标值；
Uq_ref 离网时，设定电压坐标下的q轴坐标值；
U1d 交流侧电压坐标下的d轴坐标值；
U1q 交流侧电压坐标下的q轴坐标值；
ILd 交流侧电感电流坐标下的d轴坐标值；
ILq 交流侧电感电流坐标下的q轴坐标值；
UCd 交流侧电容电压坐标下的d轴坐标值(前馈量)；
UCq 交流侧电容电压坐标下的q轴坐标值(前馈量)；
Iod 交流侧电流坐标下的d轴坐标值(前馈量)；
Ioq 交流侧电流坐标下的q轴坐标值(前馈量)；
VCa * A相SPWM调制波；
VCb * B相SPWM调制波；
VCc * C相SPWM调制波；
图2中，Vdc_ref 直流母线电压设定值；
Vdc 直流母线电压采样值；
IO 电池放电电流；
Uodc 电池电压(前馈量)；
图3中，Vdc_ref 直流母线电压设定值；
Vdc 直流母线电压采样值；
Ibus 直流母线电流(前馈量)；
Iq_ref 无功功率设定值；
Icd * 电容电流坐标下的d轴坐标值设定值；
Icq * 电容电流坐标下的q轴坐标值设定值；
Icd 电容电流坐标下的d轴坐标值；
Icq 电容电流坐标下的d轴坐标值；
VSd 电网电压坐标下的d轴坐标值(前馈量)；
VSq 电网电压坐标下的q轴坐标值(前馈量)；，
图4中，Io_ref 充放电电流设定值；
Io 电池充放电电流采样值；
Iodc 电池电压(前馈量)。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
PCS系统实施例
一种PCS系统，包括至少一套PCS装置，每套PCS装置(如图5所示)包括主电路部分和控制机部分，主电路如图6所示，包括用于连接电网的AC/DC模块，AC/DC模块连接DC/DC模块，DC/DC模块用于连接对应的电池组。每个PCS装置的控制机均通过硬节点连接微网下发的硬节点开入信号(如图9、图12所示)。
如图9、图12所示，硬节点电路包括隔离电路，隔离电容输入端连接220V开入信号，输出端用于连接PCS装置的控制机的控制器。本实施例中，隔离电路为光电耦合元件U14、U15，做为其他实施方式，也可以采用其它类型的隔离电路。
如图12所示，PCS系统的各PCS装置的控制机中，其中一台为主机，其他为从机；各控制机设有同步信号接收端口，主机还设有相应个数的同步信号发送端口，发送同步信号连接各从机的同步信号接收端口。多台PCS间通过同步光纤(一主多从)进行切换，大大提高了多台PCS装置在并离网切换时，通信线路的抗电磁干扰能力。通过TMS320F2812定时50us中断T1判断，进行并离网算法切换，实现并离网算法平稳过渡。
如图5所示，各PCS的控制机中的控制器，控制器采用FPGA和DSP。P/Q运行模式与V/F运行模式切换采用硬接点且通过TMS320F28126KHZ定时T1中断；PCS装置内部控制器中DSP+FPGA通过光纤转换为电信号触发功率模块和反馈故障信号。
如图5、图6所示，PCS装置接于电池组与电网之间，可以把电网电能存入电池组或将电池组能量回馈到电网。PCS装置主要由隔离变压器、交/直流EMC滤波器、LCL滤波器、AC/DC功率模块、DC/DC功率模块、电池组、控制器以及其他控制回路组成。在储能工作状态下，储能装置接收站级监控指令控制设备对电池充电；在放电工作状态下，储能装置接收站级监控指令控制设备通过电池向电网放电，以实现削峰填谷的功能，在PCS装置接收到微网发送的并离网切换命令时，执行并离网切换。
本PCS装置接收并离网切换命令硬接点接口定义如下表1，注：1代表DC220V，0代表0V。
表1并网离网转换接点定义
并离网转换接点定义：
00：并网运行指令；
01：离网请求指令；
11：离网运行指令；
10:并网请求指令；
本申请介绍的PCS并离网无缝切换控制策略：
并网转离网：PCS装置处于并网运行时，若后台监控通过下发并网转离网请求指令，PCS装置内部控制器检测到接收硬接点的变位，PCS装置内部控制器经过A/D变换送至内部控制器CPU(DSP)固定的并离切换状态寄存器，T1定时中断逻辑判断寄存器状态为并网转离网请求指令，FPGA开始闭锁脉冲，PCS装置内部控制器进入并网转离网切换逻辑，PCS装置将预设定好的电网电压Ud_ref、无功功率Uq_ref＝0和固定频率θ3Ф经过DQ反变换调制SPWM波进入离网等待定时中断T1判断并离切换状态寄存器的状态，直至后台监控下发离网运行指令，PCS装置内部控制器检测到接收硬接点的变位，PCS装置内部控制器经过A/D变换送至内部控制器CPU(DSP)固定的并离切换状态寄存器，定时中断T1逻辑判断寄存器状态为离网指令，FPGA开启脉冲进入离网状态。离网模式下AC/DC功率模块采用dq坐标系(交流电压、电感电流)双闭环控制图1，控制负载侧电压(电容电压)及负载侧无功电流。如图1所示，控制环中引入负载侧电压、电流作为前馈量，提高控制系统的抗扰能力，同时DC/DC功率模块采用电流环PID控制，来控制电池放电电流图2。
离网转并网：当PCS装置处于离网运行时，若后台监控下发离网转并网请求指令，此时PCS装置内部控制器检测到接收硬接点的变位，PCS装置内部控制器经过A/D变换送至内部控制器CPU(DSP)固定的并离切换状态寄存器，定时中断T1判断寄存器状态为离网转并网请求指令，FPGA闭锁脉并实时检测电网电压达到与电网电压同步时进行等待锁相并调制SPWM进入并网逻辑(以减少与电网的冲击)等待定时中断T1判断并离切换状态寄存器的状态，直至后台监控下发并网运行指令，PCS装置内部控制器检测到接收硬接点的变位，PCS装置内部控制器经过A/D变换送至内部控制器CPU(DSP)固定的并离切换状态寄存器，定时中断T1逻辑判断寄存器状态为并网指令，PCS装置内部控制器开启脉冲转换为并网运行。并网运行后AC/DC功率模块采用dq坐标系双环(直流电压、交流电流)控制，引入直流母线电流及网侧电压作为前馈量。AC/DC功率模块主要控制直流母线电压及交流侧输出电流，其控制框图如图3所示，DC/DC功率模块采用电流环PID控制(引入电池电压前馈)，来控制电池充放电电流，控制框图如图4示。并离网算法切换控制框图见图7。PCS装置切换流程图8。
关于PCS装置实施例，由于已经包含在PCS系统实施例中，所以不再赘述。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种PCS系统，包括至少一套PCS装置，每套PCS装置包括主电路部分和控制机部分，主电路包括用于连接电网的AC/DC模块，AC/DC模块连接DC/DC模块，DC/DC模块用于连接对应的电池组；其特征在于，所述每个PCS装置的控制机均通过硬节点连接微网下发的硬节点开入信号。
2.根据权利要求1所述的一种PCS系统，其特征在于，所述硬节点电路包括隔离电路，隔离电容输入端连接220V开入信号，输出端用于连接PCS装置的控制机的控制器。
3.根据权利要求1所述的一种PCS系统，其特征在于，各PCS装置的控制机中，其中一台为主机，其他为从机；各控制机设有同步信号接收端口，主机还设有相应个数的同步信号发送端口，发送同步信号连接各从机的同步信号接收端口。
4.根据权利要求2所述的一种PCS系统，所述隔离电路为光电耦合元件。
5.根据权利要求2所述的一种PCS系统，所述控制器包括FPGA和DSP。
6.一种PCS装置，包括主电路部分和控制机部分，主电路包括用于连接电网的AC/DC模块，AC/DC模块连接DC/DC模块，DC/DC模块用于连接对应的电池组；其特征在于，所述每个PCS装置的控制机均通过硬节点连接微网下发的硬节点开入信号。
7.根据权利要求6所述的一种PCS装置，其特征在于，所述硬节点电路包括隔离电路，隔离电容输入端连接220V开入信号，输出端用于连接PCS装置的控制机的控制器。
8.根据权利要求7所述的一种PCS装置，所述隔离电路为光电耦合元件。
9.根据权利要求7所述的一种PCS装置，所述控制器包括FPGA和DSP。
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