CN105048504B - 一种电力电子转换装置运行模式超高速切换方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电力电子转换装置运行模式超高速切换方法，电力电子转换装置具有N个运行模式，在其中一个模式下，给定量为该控制模式的给定值，反馈量为各种运行模式的控制叠加量之和，以给定量与反馈量之差为控制量进行控制；各种运行模式的控制叠加量为对应的各种运行模式的反馈值；各种运行模式为N个运行模式中，不与该运行模式相悖的各种运行模式。这种方法无需重新进行模式的平衡调整，可直接运行于目标模式，使电力电子转换装置能够根据系统需求快速切换各种工作模式，有效缩短模式切换时间，而且，能够减少模式切换带来的冲击，保证了电力电子转换装置的良好运行，增加了其使用寿命，同时，保证了电网的正常运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力电子转换装置运行模式超高速切换方法，属于电能质量改善技术领域。
背景技术
随着分布式发电的快速发展以及各种电力电子转换装置大量接入电网，调度机构对电力电子转换装置的功能提出了更多更高的要求，要求能够以同一硬件架构实现不同叠加的功能，例如谐波治理、无功补偿、并网发电以及并网充电等功能。申请号为201410500605.7的中国专利申请文件中公开了一种电能质量自适应调节的光伏并网逆变器，根据实际检测的信号自动调节逆变器的驱动信号，通过电容器或者电感器向电网注入谐波分量或者无功电流分量，起到自动改善电网电能质量的功能。该逆变器能够同时进行谐波治理和无功补偿等功能，但是这个逆变器虽然可以集多种功能于一体，但是各个功能之间是独立的，功能之间的切换是生硬的，是在一种功能结束后才开始另外一个功能。所以功能之间的切换存在过渡状态难以消除、转换时间较长并伴随冲击等问题，其处理过程大多为收到切换指令后进行新运行模式的重新调整，在此过程中需要重新匹配新运行模式的各种控制参数，待各种参数与当前运行工况匹配后重新使系统达到新的平衡，转换时间较长，例如当前储能变流器由并网放电状态切换到并网充电状态时，从并网放电到并网充电大概需要20ms左右，从开始充电到满功率充电大概需要100ms左右，占用了相当长的时间。
发明内容
本发明的目的是提供一种电力电子转换装置运行模式超高速切换方法，用以解决现有的电力电子转换装置在模式切换时占用时间过长的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括一种电力电子转换装置运行模式超高速切换方法，电力电子转换装置具有N个运行模式，在其中一个模式下，给定量为该控制模式的给定值，反馈量为各种运行模式的控制叠加量之和，以所述给定量与反馈量之差为控制量进行控制；所述各种运行模式的控制叠加量为对应的各种运行模式的反馈值；所述各种运行模式为所述N个运行模式中，不与该运行模式相悖的各种运行模式。
所述各种运行模式至少包括谐波治理模式、无功补偿模式和并网发电模式中的任意两个。
所述各种运行模式至少包括谐波治理模式、无功补偿模式和并网充电模式中的任意两个。
所述各种运行模式为谐波治理模式、无功补偿模式和并网充电模式，在谐波治理模式下，给定量为该谐波治理模式的给定值，反馈量为所述谐波治理模式、无功补偿模式和并网充电模式的控制叠加量之和，以所述给定量与反馈量之差为控制量进行控制；所述控制叠加量为所述谐波治理模式、无功补偿模式和并网充电模式的反馈值。
所述电力电子转换装置包括一个三相全桥电路，每相包括上桥臂和下桥臂，每相中的每个桥臂上均串联有两个开关管；A相中的上桥臂中的两个开关管之间的连接点与A相中的下桥臂中的两个开关管之间的连接点之间连接有第一二极管支路，B相中的上桥臂中的两个开关管之间的连接点与B相中的下桥臂中的两个开关管之间的连接点之间连接有第二二极管支路，C相中的上桥臂中的两个开关管之间的连接点与C相中的下桥臂中的两个开关管之间的连接点之间连接有第三二极管支路，所述第一二极管支路、第二二极管支路和第三二极管支路上均串接有两个二极管；所述三相全桥电路的直流母线之间连接有一个由两个电容串接构成的电容支路，所述第一二极管支路中的两个二极管之间的连接点、所述第二二极管支路中的两个二极管之间的连接点和所述第三二极管支路中的两个二极管之间的连接点均与所述两个电容之间的连接点连接。
所述开关管均为IGBT。
本发明提供的电力电子转换装置运行模式超高速切换方法中，不管电力电子转换装置运行在哪种模式，在该运行模式下，给定量为该控制模式的给定值，反馈量为各种运行模式的控制叠加量之和，以给定量与反馈量之差为控制量进行控制，这里各种运行模式的控制叠加量为对应的各种运行模式的反馈值；而各种运行模式为不与该运行模式相悖的各种运行模式。这样，各种运行模式都处于热备状态，当电力电子转换装置由一种运行模式切换到另一种运行模式下时，撤销之前运行模式对应的给定值，投入另一种运行模式对应的给定值。这种方法无需重新进行模式的平衡调整，可直接运行于目标模式，使电力电子转换装置能够根据系统需求快速切换各种工作模式，有效缩短模式切换时间，根据当前工况进行快速反应，真正实现电力电子转换装置的即插即用。
而且，缩短各个模式之间的切换时间，能够减少模式切换带来的冲击，保证了电力电子转换装置的良好运行，增加了其使用寿命，同时，保证了电网的正常运行。
附图说明
图1为电力电子转换装置应用场景示意图；
图2为一种电力电子转换装置的拓扑图；
图3为电力电子转换装置运行模式超高速切换方法控制原理图；
图4-1为现有技术中的由并网发电模式切换为谐波治理模式时，系统电流变化波形图；
图4-2为现有技术中的由并网发电模式切换为谐波治理模式时，电力电子转换装置电流波形图；
图5-1为热备状态下由并网发电模式切换为谐波治理模式时，系统电流变化波形图；
图5-2为热备状态下由并网发电模式切换为谐波治理模式时，电力电子转换装置电流波形图。
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。
如图1所示，电力电子转换装置包括采样电路、控制电路、驱动电路和功率单元拓扑，采样电路采集电网线路上的参数信息，并将采集到的参数信息传输给控制电路，控制电路进行相应地控制，并输出相应的控制信号，驱动电路根据接收到的控制信号生成相应的控制PWM波，功率单元拓扑根据PWM波进行开关动作，以实现相应的模式的控制或者转换。当系统中存在无功缺额或者谐波含量时，电力电子转换装置可以不同运行模式对系统电能质量进行治理，或者仅对系统输送功率。电力电子转换装置的拓扑种类繁多，本实施例中，给出一种典型的拓扑结构，即三电平拓扑，如图2所示，该电力电子转换装置包括一个三相全桥电路，每相包括上桥臂和下桥臂，每相中的每个桥臂上均串联两个开关管(本实施例以IGBT为例)；A相中的上桥臂中的两个开关管Sa1、Sa2之间的连接点与A相中的下桥臂中的两个开关管Sa3、Sa4之间的连接点之间连接有第一二极管支路，B相中的上桥臂中的两个开关管Sb1、Sb2之间的连接点与B相中的下桥臂中的两个开关管Sb3、Sb4之间的连接点之间连接有第二二极管支路，C相中的上桥臂中的两个开关管Sc1、Sc2之间的连接点与C相中的下桥臂中的两个开关管Sc3、Sc4之间的连接点之间连接有第三二极管支路，第一二极管支路、第二二极管支路和第三二极管支路上均串接有两个二极管。该三相全桥电路的直流母线之间连接有一个由两个电容串接构成的电容支路，第一二极管支路中的两个二极管之间的连接点、第二二极管支路中的两个二极管之间的连接点和第三二极管支路中的两个二极管之间的连接点均与两个电容之间的连接点连接。
该电力电子转换装置总共能够实现四种运行模式，谐波治理模式、无功补偿模式、并网发电模式与并网充电模式，如图3所示。其中，并网发电模式和并网充电模式是两个相悖的模式，对应的控制叠加量不能进行相加，所以，能够实现本发明提供的电力电子转换装置运行模式超高速切换方法的各种运行模式中，不能同时包括相悖的运行模式，所以，其可以为：至少包括谐波治理模式、无功补偿模式和并网发电模式中的任意两个，或者至少包括谐波治理模式、无功补偿模式和并网充电模式中的任意两个。本实施例中，能够实现快速切换方法的各种运行模式为：谐波治理模式、无功补偿模式和并网充电模式。
在电力电子转换装置运行在谐波治理模式下时，给定量为该谐波治理模式的给定值，反馈量为谐波治理模式、无功补偿模式和并网充电模式的控制叠加量之和，然后，给定量与反馈量之差为控制量，控制驱动电路生成相应的控制PWM波；谐波治理模式、无功补偿模式和并网充电模式的控制叠加量为这三种模式的反馈值。其中，反馈值是从电网线路以及负载线路中采集到的相应的采集值。以最大工作状态为目标，对电力电子转换装置的各控制参数进行最大化选取，每一部分控制量的撤销与投入不影响其他部分的正常运行。这样虽然电力电子转换装置工作在谐波治理模式，但是电力电子转换装置时刻处于无功补偿模式和并网充电模式切换的热备状态，一旦接收到模式切换命令，比如说切换到无功补偿模式，则立即撤销谐波治理模式对应的给定值，此时谐波治理模式对应的控制量中只剩下反馈值，同时投入无功补偿模式对应的给定值，所以，此时系统的给定量由谐波治理模式的给定值变为无功补偿模式的给定值。在整个运行过程中或者切换过程或者切换后的运行过程中，控制电路均能够根据上述控制量进行相应的控制，控制驱动电路生成相应的控制PWM波。由于控制参数采用最大化处理，因此不需要重新进行模式的平衡调整，可直接运行于目标模式，有效缩短模式切换时间，真正实现电力电子转换装置的即插即用。
常规电力电子转换装置在接入谐波较大的系统，比如，由并网发电模式切换为谐波治理模式时，系统电流变化波形如图4-1所示，电力电子转换装置电流波形如图4-2所示。由图4-1和图4-2可知，当电力电子转换装置进行模式切换时由于首先闭锁并网发电模式，然后启动谐波治理模式，中间需要一个使系统重新平衡稳定的过渡过程，且会产生电流冲击。
基于本发明提供的方法的电力电子转换装置在接入同样系统，进行同样模式切换时，即由并网发电模式切换为谐波治理模式时，系统电流变化波形如图5-1所示，电力电子转换装置电流波形如图5-2所示。由图5-1和图5-2可知，由于电力电子转换装置在模式切换前已经处于运行模式热备状态，此时的系统控制参数已经适用于谐波治理模式，因此当进行模式切换时无需再进行平衡稳定的调整过程，且过渡平滑，切换迅速。
说明书中未详细说明的部分属于现有技术或者本领域的公知常识。
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，也即本发明并不局限于上述实施例中的电力电子转换装置的运行模式的种类和个数。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 (6)
1.一种电力电子转换装置运行模式超高速切换方法，电力电子转换装置具有N个运行模式，其特征在于，在其中一个运行模式下，给定量为该运行模式的给定值，反馈量为各种运行模式的控制叠加量之和，以所述给定量与反馈量之差为控制量进行控制；所述各种运行模式的控制叠加量为对应的各种运行模式的反馈值；所述各种运行模式为所述N个运行模式中，不与该运行模式相悖的各种运行模式。
2.根据权利要求1所述的电力电子转换装置运行模式超高速切换方法，其特征在于，所述各种运行模式至少包括谐波治理模式、无功补偿模式和并网发电模式中的任意两个。
3.根据权利要求1所述的电力电子转换装置运行模式超高速切换方法，其特征在于，所述各种运行模式至少包括谐波治理模式、无功补偿模式和并网充电模式中的任意两个。
4.根据权利要求3所述的电力电子转换装置运行模式超高速切换方法，其特征在于，所述各种运行模式为谐波治理模式、无功补偿模式和并网充电模式，在谐波治理模式下，给定量为该谐波治理模式的给定值，反馈量为所述谐波治理模式、无功补偿模式和并网充电模式的控制叠加量之和，以所述给定量与反馈量之差为控制量进行控制；所述控制叠加量为所述谐波治理模式、无功补偿模式和并网充电模式的反馈值。
5.根据权利要求1所述的电力电子转换装置运行模式超高速切换方法，其特征在于，所述电力电子转换装置包括一个三相全桥电路，每相包括上桥臂和下桥臂，每相中的每个桥臂上均串联有两个开关管；A相中的上桥臂中的两个开关管之间的连接点与A相中的下桥臂中的两个开关管之间的连接点之间连接有第一二极管支路，B相中的上桥臂中的两个开关管之间的连接点与B相中的下桥臂中的两个开关管之间的连接点之间连接有第二二极管支路，C相中的上桥臂中的两个开关管之间的连接点与C相中的下桥臂中的两个开关管之间的连接点之间连接有第三二极管支路，所述第一二极管支路、第二二极管支路和第三二极管支路上均串接有两个二极管；所述三相全桥电路的直流母线之间连接有一个由两个电容串接构成的电容支路，所述第一二极管支路中的两个二极管之间的连接点、所述第二二极管支路中的两个二极管之间的连接点和所述第三二极管支路中的两个二极管之间的连接点均与所述两个电容之间的连接点连接。
6.根据权利要求5所述的电力电子转换装置运行模式超高速切换方法，其特征在于，所述开关管均为IGBT。
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