CN104682445A - 一种多台换流器从离网实现并网的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多台换流器从离网实现并网的方法，其依次主要包括以下步骤：S10、控制器检测及判断电网是否恢复，若是，则执行步骤S20，若否，则返回步骤S10；S20、控制器检测电网的输出电压的相位；S30、控制器调节其参考相位，以使控制器调节后的参考相位与所述电网的输出电压的相位同步，且控制器在第一预定周期内根据调节后的参考相位向所有换流器发送电压相位修正指令，所有换流器根据所述电压相位修正指令调节各自输出电压的相位，以使各换流器在第二预定周期内的输出电压的相位均与所述调节后的参考相位同步；S40、控制器吸合并离网开关。本发明提供的方法可以使多台并联的换流器平顺的实现从离网切换至并网。

Description

一种多台换流器从离网实现并网的方法

技术领域

本发明涉及一种微电网领域，尤其涉及一种多台换流器从离网实现并网的方法。

背景技术

随着科技的进步和社会的发展，现代社会对电力的需求日益增加。集中式大电网在实际运行中表现出一些不足，如运行成本高、难以满足用户越来越高的安全性和可靠性要求，而微电网可以很好弥补大电网的不足。随着我国加强智能电网进入全面建设的阶段，作为智能电网的重要组成部分的微电网，也将在示范工程、电动汽车充换电设备、新能源接纳、居民智能用电等方面得到更加广泛的应用。微电网是由电源、换流设备、控制设备和负荷共同组成的系统，是一个能够自我监控、运行、保护的独立系统。微电网既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行（即离网运行）。

所以根据需要，微电网中的换流器可以分别运行在并网和离网模式下。为了保证负荷的正常运行，换流器在进行并离网切换时，需要保证输出电压的平顺。虽然现有技术中单台的换流器从离网切换至并网时受到电流和电压的冲击较小，但是，微电网通常需要多个储能电池组及多个换流器并联以给负载供电。然而，现有技术中，包含有多台并联的换流器的微电网从离网切换至并网时，通常受到电流和电压的冲击较大，以致多台并联的换流器难以平顺的从离网切换至并网模式。

可以理解的是，本部分的陈述仅提供与本发明相关的背景信息，可能构成或不构成所谓的现有技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术多台换流器并联时难以实现平顺的从离网切换至并网的缺陷，提供一种多台换流器从离网实现并网的方法，以使多台并联的换流器能平顺的从离网切换至并网，进而减少微电网受到电压及电流的冲击。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种多台换流器从离网实现并网的方法，用于将多台并联的换流器从并网状态切换至离网状态，其依次主要包括以下步骤：

S10、控制器检测及判断电网是否恢复，若是，则执行步骤S20，若否，则返回步骤S10；

S20、控制器检测电网的输出电压的相位；

S30、控制器调节其参考相位，以使控制器调节后的参考相位与所述电网的输出电压的相位同步，且控制器在第一预定周期内根据调节后的参考相位向所有换流器发送电压相位修正指令，所有换流器根据所述电压相位修正指令调节各自输出电压的相位，以使各换流器在第二预定周期内的输出电压的相位均与所述调节后的参考相位同步；

S40、控制器吸合并离网开关。

在上述多台换流器从离网实现并网的方法中，所述调节各自输出电压的相位是由换流器改变其自身输出电压的频率来实现。

在上述多台换流器从离网实现并网的方法中，在步骤S40后还包括步骤S50： 控制器根据每台换流器的当前输出功率计算出所有换流器的平均输出功率、并将所述平均输出功率发送至各台换流器。

在上述多台换流器从离网实现并网的方法中，在步骤S50之后还包括：每台换流器根据自身的当前输出功率及平均输出功率的差值来调整各自的最终输出功率，以使每台换流器的最终输出功率与所述平均输出功率一致。

在上述多台换流器从离网实现并网的方法中，每台换流器的当前输出功率由每台换流器自己检测计算并将计算的当前输出功率上传至控制器。

在上述多台换流器从离网实现并网的方法中，每台换流器自己调节其输出电压的幅值和频率来调整各自的最终输出功率。

在上述多台换流器从离网实现并网的方法中，当在并离网开关与电网之间增加电压采集器且电压采集器采集到电网输出电压的幅值为220V且电网输出电压的频率为50HZ，则判断电网恢复。

在上述多台换流器从离网实现并网的方法中，在步骤S30里，控制器控制所有的换流器同时进行所述调节各自输出电压的相位。

在上述多台换流器从离网实现并网的方法中，在步骤S30里，当某台换流器实现输出电压的相位与所述调节后的参考相位同步时，该换流器向控制器发送相位同步成功标志。

在上述多台换流器从离网实现并网的方法中，所述离网切换成功标志和所述相位同步成功标志可通过光电信号或报文形式发送至控制器。

本发明提供的多台换流器从离网实现并网的方法中，其通过先判断电网是否恢复，然后在电网恢复后控制器先检测电网的输出电压的相位，紧接着控制器在预定周期内调节其自身的参考相位，以改变控制器发给各换流器的电压相位修正指令，控制器控制所有的换流器根据调节后的参考相位来调节各自输出电压的相位，以使各换流器在第二预定周期内的输出电压的相位均与调节后的参考相位同步。所以，最后控制器可以使得所有的换流器的输出电压的相位以及控制器的参考相位均与恢复的电网的输出电压的相位同步，进而所有的换流器不再根据控制器的同步信号改变频率，而是所有的换流器均实现根据电网的频率来调节各自的输出电压的频率，然后，控制器吸合并离网开关。故控制器可以控制多台并联的换流器从离网切换至并网，而且其使得所有的换流器的输出电压的相位均与电网的输出电压的相位同步，其可以使多台并联的换流器平顺的从离网切换至并网，进而减少微电网在模式切换时受到电压及电流的冲击。  

附图说明

图1是多台换流器并联形成微电网的电路框图；

图2是本发明一实施例提供的多台并联的换流器从离网实现并网的流程图；

图3是本发明又一实施例提供的多台并联的换流器从离网实现并网的流程图。  

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明提供了一种用于多台换流器从离网实现并网的方法，该方法主要用于微电网中，以将多台并联的换流器从离网状态切换至并网状态。参见图1，其为微电网的结构框图，微电网主要由以下模块组成：x台并联的换流器（x = 1~N）、x个储能电池组（x = 1~N）、控制器、并离网开关、负载以及电网。换流器x的直流侧与对应储能电池组电连接；多台换流器与对应储能电池连接后，将多台换流器交流侧并联，然后多台换流器与负载电连接，且多台换流器通过并离网开关（图中并离网开关为三相的开关，以与三相电网对应）与电网电连接。其中，换流器、控制器、电网可通过数据线进行数据交互。各换流器通过数据线将运行参数等发送至控制器，控制器通过数据线将命令发送至各换流器，电网运行参数也可通过数据线传递至控制器，控制器通过数据线控制并离网开关的通断，以控制换流器与电网的连接和断开。

参见图2及图3所示，本发明提供的一种用于多台换流器从离网实现并网的方法主要包括以下步骤：

S10、控制器检测及判断电网是否恢复，若是，则执行步骤S20，若否，则返回继续执行步骤S10；具体的，当检测判断到电网恢复时，微电网需要开始执行从离网状态切换至并网状态，若电网未恢复，则继续检测及判断电网是否恢复。

S20、控制器检测电网的输出电压的相位；

S30、控制器调节其参考相位，以使控制器调节后的参考相位与所述电网的输出电压的相位同步，且控制器在第一预定周期内根据调节后的参考相位向所有换流器发送电压相位修正指令，所有换流器根据所述电压相位修正指令调节各自输出电压的相位，以使各换流器在第二预定周期内的输出电压的相位均与所述调节后的参考相位同步。具体的，由于控制器内通常设置有参考相位（即标准相位），各个换流器通常根据控制器发送的包含有参考相位的指令来控制调节其输出电压。所以，当电网恢复后，微电网需要使换流器转变为根据电网频率来调节其自身的输出电压的频率，所以，控制器调节其参考相位，使控制器调节后的参考相位与恢复的电网的输出电压的相位同步，进而控制器在第一预定周期内向所有的换流器发送包含有调节后的参考相位的电压相位修正指令，以使所有的换流器在第二预定周期内根据电压相位修正指令来改变其各自输出电压的相位。即控制器每间隔一定的时间向换流器发送电压相位修正指令，换流器在预定的时间内去执行完成所述电压相位修正指令。例如，电网恢复后的输出电压的相位为0度，则控制器将其参考相位由原来的10度调节为0度，然后，控制器在20ms（第一预定周期）内发出一次电压相位修正指令，以命令所有的换流器各自修正自身的输出电压的相位，各换流器根据上述电压相位修正指令在5ms（第二预定周期）内将各自的输出电压的相位调节为0度。

S40、控制器吸合并离网开关；

最后控制器可以使得所有的换流器的输出电压的相位以及控制器的参考相位均与恢复的电网的输出电压的相位同步，进而所有的换流器不再根据控制器的同步信号改变频率，而是所有的换流器均实现根据电网的频率来调节各自的输出电压的频率。故控制器可以控制多台并联的换流器从离网切换至并网，而且其使得所有的换流器的输出电压的相位均与电网的输出电压的相位同步，其可以使多台并联的换流器平顺的从离网切换至并网，进而减少微电网在模式切换时受到电压及电流的冲击。

在上述从离网实现并网的切换过程中，优选地，在控制器的控制下，各换流器调节其自身输出电压的相位主要是通过换流器改变其自身输出电压的频率来实现。例如，每台换流器自己根据VF算法（即电压频率下垂算法，VF算法为本领域技术人员所熟知）来调节其输出频率，以改变其输出的相位。这种方式能使各换流器快速准确的修正其输出电压的相位。而控制器决定了每个换流器修正的目标量。

参见图3所示，在本发明的优选实施例中，在步骤S40后还包括步骤S50：控制器根据每台换流器的当前输出功率计算出所有换流器的平均输出功率、并将所述平均输出功率发送至各台换流器，这样可以便于控制器及各换流器了解其自身的工作状态及其余的换流器的工作状态，进而可以便于各换流器之间进行输出功率的协调。更优选地，在步骤S50之后还包括：每台换流器根据自身的当前输出功率及平均输出功率的差值来调整各自的最终输出功率，以使每台换流器的最终输出功率与所述平均输出功率一致。即各台换流器可以实现输出功率一致，以实现均流输出。值得说明的是，每台换流器的当前输出功率可以由其自己检测计算得出，再上传至控制器由控制器来计算得出所有换流器的平均输出功率，也可以由控制器直接去检测计算每台换流器的当前输出功率及所有的换流器的平均输出功率。优选地，每台换流器的当前输出功率由每台换流器自己检测计算并将计算得出的当前输出功率上传至控制器，这样既可以提高从离网实现并网的切换效率也可以减少从离网切换至并网时对负载的冲击影响。同时优选地，每台换流器自己调节其输出电压的幅值和频率来实现调整各自的最终输出功率，即各换流器具有自我调整功能，且通过调节各自输出电压的幅值和频率来调整最终输出功率的方式也能既保证快速的模式切换又能减少模式切换对负载的冲击影响。

值得说明的是，所述检测判断电网是否恢复有多种方法，但是优选地，当在并离网开关与电网之间增加电压采集器，同时电压采集器采集到电网输出电压的幅值为220V且电网输出电压的频率为50HZ，则判断电网恢复。。这种方式能快速准确的检测判断出电网是否恢复，以便快速准确的判断是否需要从离网切换至并网模式。

再次结合图3所示优选实施例将本发明提供的切换方法介绍如下：

S100、控制器检测及判断电网是否恢复，以便系统判断是否需要由离网切换至并网，若电网恢复，则执行下一步，若否，则继续执行本步骤。

S200、控制器检测电网的输出电压的相位；

S300、控制器调节控制器里的参考相位，以使控制器调节后的参考相位与所述电网的输出电压的相位同步；例如，控制器将其参考电压的相位由30度调整至0度（即恢复的电网输出电压的相位为0度）；而且，控制器在50ms内向所有的换流器发送电压相位修正指令，所有换流器根据所述电压相位修正指令调节各自输出电压的相位，以使各换流器用10ms的时间将各自的输出电压的相位均调整为0度，同时，当某台换流器实现输出电压的相位与所述调节后的参考相位同步时，该换流器通过光电信号或报文形式向控制器发送相位同步成功标志。

S400、控制器在接收到所有的换流器传送来的相位同步成功标志后，控制器控制吸合并离网开关，以使换流器与电网电连接。

S500、每台换流器自己检测计算出各自的当前输出功率并将各自计算得到的当前输出功率上传至控制器，控制器根据每台换流器的当前输出功率计算出所有换流器的平均输出功率、并将所述平均输出功率发送至各台换流器。

S600、每台换流器根据自身的当前输出功率及平均输出功率的差值来调整各自的最终输出功率，以使每台换流器的最终输出功率与所述平均输出功率一致。

在上述步骤S30里：控制器可以分多次将其参考相位调节至与电网恢复时的输出电压的相位同步，例如，控制器原来的参考相位为50度，电网恢复时的输出电压的相位为0度，则控制器可以在50ms内一次性的由50度调节为0度，控制器也可以通过5次调节，每次将其参考电压的相位减少10度，直至在50ms后其参考相位由50度调节为0度。同时，控制器可以一边调节其参考相位，一边控制调节换流器的输出电压的相位朝靠近0度（电网恢复时的输出电压的相位）进行修正；控制器也可以先将其参考相位修正至0度后，再按预定顺序依次去控制各个换流器调节各自输出电压的相位；控制器也可以先将其参考相位修正至0度后，再控制各个换流器同时调节各自输出电压的相位。优选地，控制器逐步调节其参考相位至与电网恢复时的输出电压的相位同步后（分多次调节其参考相位），控制器控制所有的换流器同时进行所述调节各自输出电压的相位。例如，控制器在50ms内分5次将其参考相位由50度调节为0度，当控制器的相位调节至与电网恢复时的输出电压的相位一致后，控制器控制所有的换流器同时调节各自输出电压的相位，使每个换流器均在10ms内将其输出电压的相位调节为0度，这样可以保证多台并联的换流器在切换时减少对负载的冲击影响。值得说明的是，控制器在第一预定周期内向各换流器发送电压相位修正指令，各换流器在第二预定周期内执行完成所述电压相位修正指令，但是，通常情况下，第二预定周期比第一预定周期短，即各换流器的执行时间比控制器下发命令的间隔时间短，这样可以减少切换时对负载的影响。例如，控制器在50ms内向5台换流器（假设微电网总共包括5台并联的换流器）发送电压相位修正指令，每台换流器接收到该指令后在5ms 内实现输出电压的相位均与所述调节后的参考相位同步。

在上述实施例里，当某台换流器实现输出电压的相位与所述调节后的参考相位同步时，该换流器向控制器发送相位同步成功标志。这样可以使控制器及整个电网快速准确的实现模式切换。相位同步成功标志可通过多种形式向控制器发送，例如，离网切换成功标志和相位同步成功标志可通过光电信号或报文发送至控制器，该方式能快速准确的发送相位同步成功标志。

综上所述，本发明提供的多台换流器从离网实现并网的方法同时具有以下优点：

1）   可以实现多台并联的换流器从离网切换至并网；

2）   可以保证多台并联的换流器在切换时受到电压和电流的冲击较小；

3）   可以保证多台并联的换流器切换后实现均流输出。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多台换流器从离网实现并网的方法，用于将多台并联的换流器从离网状态切换至并网状态，其特征在于，依次主要包括以下步骤：

S10、控制器检测及判断电网是否恢复，若是，则执行步骤S20，若否，则返回继续执行步骤S10；

S20、控制器检测电网的输出电压的相位；

S30、控制器调节其参考相位，以使控制器调节后的参考相位与所述电网的输出电压的相位同步，且控制器在第一预定周期内根据调节后的参考相位向所有换流器发送电压相位修正指令，所有换流器根据所述电压相位修正指令调节各自输出电压的相位，以使各换流器在第二预定周期内的输出电压的相位均与所述调节后的参考相位同步；

S40、控制器吸合并离网开关。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调节各自输出电压的相位是由换流器改变其自身输出电压的频率来实现。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S40后还包括步骤S50： 

控制器根据每台换流器的当前输出功率计算出所有换流器的平均输出功率、并将所述平均输出功率发送至各台换流器。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤S50之后还包括：每台换流器根据自身的当前输出功率及所述平均输出功率的差值来调整各自的最终输出功率，以使每台换流器的最终输出功率与所述平均输出功率一致。

5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，每台换流器的当前输出功率由每台换流器自己检测计算并将计算的当前输出功率上传至控制器。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，每台换流器通过自己调节其输出电压的幅值和频率来调整各自的最终输出功率。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当在并离网开关与电网之间增加电压采集器，同时电压采集器采集到电网输出电压的幅值为220V且电网输出电压的频率为50HZ，则判断电网恢复。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于， 

在步骤S30里，控制器控制所有的换流器同时进行所述调节各自输出电压的相位。

9.如权利要求1或8所述的方法，其特征在于，在步骤S30里，当某台换流器实现输出电压的相位与所述调节后的参考相位同步时，该换流器向控制器发送相位同步成功标志。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述相位同步成功标志通过光电信号或报文形式发送至控制器。