CN105932661A - 一种无需优化计算的直流配电网电压纹波消除系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无需优化计算的直流配电网电压纹波消除系统及方法，包括：中央控制器、通讯通道以及电压检测装置；直流配电网各周期性负荷分别通过变换器从直流配电网取电；中央控制器通过通信通道分别与连接各周期性负荷的变换器通信；所述电压检测装置设置在中央控制器内部，用于检测直流电压。本发明有益效果：能够降低直流微电网系统中的电压波动，增加直流微电网系统的稳定性、安全性。

Description

一种无需优化计算的直流配电网电压纹波消除系统及方法

技术领域

本发明涉及直流配电网电压纹波消除技术领域，尤其涉及一种无需优化计算的直流配电网电压纹波消除系统及方法。

背景技术

近年来，随着环境的不断恶化，新能源发电技术引起了越来越多的关注。常见的新能源发电技术有光伏发电、风力发电、燃料电池发电等。新能源发电通常具有功率小、地点分散的特点，分布式发电概念的提出促进了新能源发电技术的发展。分布式发电通常利用电力电子装置接入电网，且分布式发电单元多接入低压交流电网中，对低压交流电网的安全、稳定运行提出了挑战。直流配电网被认为是解决分布式电源接入的有效结构，与交流配电网相比，直流配电网无需考虑频率稳定、无功功率等问题，直流电压质量是衡量直流配电网的主要标准。且常见的分布式电源多可以通过简单的变换转化直流电。直流配电网示意图如图1所示。

直流配电网中可能存在的周期性负荷，例如三相交流负荷、单相交流负荷等。其中部分周期性负荷所吸收的功率具有周期性变化的特点，如单相交流负荷会带来功率具有二倍频波动的特点。周期性变化的功率，会造成直流配电网电压的波动，即电压纹波；这种波动无法通过改进并网变换器的控制参数来抑制。增加直流配电网直流侧的电容值可以有效抑制直流电压的波动，但通常所需电容值较大增加直流配电网的设备投资，且电容寿命受工作环境影响大，容易损坏，严重影响直流配电网的可靠性。

考虑到直流配电网主要应用在低压配电场合，因此直流配电网中存在大量的功率周期性变化特点相同的负荷。研究如何合理的利用周期性负荷的特点，来消除直流配电网中存在的电压纹波具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述技术问题，提供了一种无需优化计算的直流配电网电压纹波消除系统及方法，该方法并不改变变换器的工作周期和功率，且该方法无需优化算法，无需考虑周期性负荷的电压电流波形，有较强的适应性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种无需优化计算的直流配电网电压纹波消除系统，直流配电网各周期性负荷分别通过变换器从直流配电网取电；包括：中央控制器、通讯通道以及电压检测装置；所述中央控制器通过通信通道分别与连接各周期性负荷的变换器通信；所述电压检测装置设置在中央控制器内部，用于检测直流电压；

中央控制器通过通讯通道接收直流配电网各周期性负荷的变换器上传的该周期性负荷的工作频率，根据电压检测装置测量的直流电压，在直流电压波动最小的时刻通过通讯通道向各周期性负荷的变换器发出指令，调整其控制系统中的参考信号相位，使得直流配电网电压波动最小。

进一步地，所述各周期性负荷的变换器将包含自己额定工作频率的频率信号发送给中央控制器。

进一步地，所述直流配电网周期性负荷包括：三相交流负荷和单相交流负荷。

进一步地，所述中央控制器记录设定时间段内的配电网直流电压波动值，如果所述波动值小于设定的最大电压波动范围，则向各周期性负荷的变换器发送调整信号。

进一步地，各周期性负荷的变换器第一次接收到中央控制器的调整信号时，记录变换器内部此时的参考信号相位；各周期性负荷的变换器再次接收到中央控制器的调整信号时，调整参考信号相位至第一次记录的参考信号相位。

进一步地，所述中央控制器根据接收到的各周期性负荷的变换器的频率信号判断是否有周期性负荷加入运行或退出运行。

进一步地，当检测到周期性负荷数目变化时，中央控制器向各周期性负荷的变换器发送置位信号，使得各周期性负荷变换器的参考相位恢复至接收中央控制器调整之前的参考相位。

一种无需优化计算的直流配电网电压纹波消除系统的控制方法，包括以下步骤：

(1)中央控制器接收直流配电网各周期性负荷的变换器的参考信号频率；

(2)根据接收到的频率信号将X个周期性负荷分成M组，每组个数为N_m，且每组周期性负荷的工作频率相同；

(3)记录时间T内的直流电压最大值和最小值；其中，记录时间T为所有周期性负荷的工作周期最大公倍数；

(4)根据直流电压最大值和最小值计算时间T内的电压波动值；

(5)判断步骤(4)中的电压波动值是否小于设定的最大电压波动范围；如果是，进入下一步，否则，返回步骤(3)，计算下一个时间段T内的电压波动值；

(6)中央控制器向各周期性负荷的变换器发送周期为T调整信号，对变换器控制系统中的参考信号相位进行调整，使得直流配电网电压波动最小。

进一步地，各周期性负荷的变换器第一次接收到中央控制器的调整信号时，记录变换器内部此时的参考信号相位；各周期性负荷的变换器再次接收到中央控制器的调整信号时，调整参考信号相位至第一次记录的参考信号相位。

进一步地，所述中央控制器根据接收到的各周期性负荷的变换器的频率信号判断是否有周期性负荷加入运行或退出运行；当检测到周期性负荷数目变化时，中央控制器向各周期性负荷的变换器发送置位信号，使得各周期性负荷变换器的参考相位恢复至接收中央控制器调整之前的参考相位。

本发明有益效果：

(1)本发明能够降低直流微电网系统中的电压波动，增加直流微电网系统的稳定性、安全性。

(2)本发明无需优化计算过程，降低了对中央控制器的要求。

(3)本发明只需获取每个周期性负荷的工作频率，无需获取有功无功等信息，在周期性负荷的电压电流波形为非正弦信号时依然能够正常工作。

附图说明

图1为直流微电网示意图；

图2为本发明无需优化计算的直流微电网电压纹波消除系统结构示意图；

图3为参考信号含义示意图；

图4为每个变换器接受调整信号时的工作原理示意图；

图5为无需优化计算的直流微电网电压纹波消除方法流程图。

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。

一种无需优化计算的直流配电网电压纹波消除系统，如图2所示，直流配电网各周期性负荷分别通过DC-AC变换器从直流配电网取电；各周期性负荷由其控制器独立控制。

本发明直流配电网电压纹波消除系统包括：中央控制器、通讯通道以及电压检测装置；中央控制器通过通信通道分别与连接各周期性负荷的变换器通信；电压检测装置设置在中央控制器内部，用于检测直流电压；

通讯通道可以为：光纤通讯，电力线载波通讯等。

中央处理器为具有通讯功能的数字控制器，数字控制器的具体结构参数视直流微电网规模而定。

DC-AC变换器只将包含自己额定工作频率的“频率信号”发送给中央控制器，中央控制器通过通讯通道接收直流配电网各周期性负荷的变换器上传的该周期性负荷的工作频率，根据电压检测装置测量的直流电压，在直流电压波动最小的时刻通过通讯通道向各周期性负荷的变换器发出指令，调整其控制系统中的参考信号相位，使得直流配电网电压波动最小。

中央控制接收每个变换器的工作频率信息，假设变换器总数为X，变换器编号记为x(x＝1,…X)将额定频率相同的变换器归为一组，假设一共分为M组，每一组的变换器个数定义为N_m(m＝1,…,M)。

中央控制器将记录一定时间段T内的电压值，并能够判断一定时间段内的电压最大值V_dcmax和最小值V_dcmin。根据电压最大值和最小值计算时间段T内的电压波动值；判断出电压波动满足要求的时间段并在此时间段内执行以下操作：如图4所示，中央控制器仅发送一定周期的“调整信号”，各变换器在第一次接受到“调整信号”后，记录此时的参考信号相位。在第一次及以后接收到“调整信号”后，调整参考信号相位为第一次记录的参考信号相位。

参考信号相位视DC-AC变换器的控制目标而定，可为电压参考信号、电流参考信号等，可为正弦参考信号、也可为其他形式的周期性参考信号等。图3简要表示出了参考信号与DC-AC变换器、负荷间的关系。

中央处理器能根据收到的“频率信号”判断出是否有周期性负荷加入运行或退出运行。在周期性负荷数目改变时，不再发送“调整信号”而发送“置位信号”，周期性负荷的变换器判断出为“置位信号”时清除原来保存的参考信号相位，且不再执行调整参考相位的操作。中央控制器经过一定时间重新判断出电压波动最小的时刻并再次发送一定频率的“调整信号”。

一种无需优化计算的直流配电网电压纹波消除方法，如图5所示，包括以下步骤：

(1)周期性负荷的变换器获取其参考信号的频率f_x，并将f_x以“频率信号”的形式发送给中央控制器。

(2)中央控制器根据收到的X个“频率信号”将X个周期性负荷分成M组，每组个数为N_m，且每组周期性负荷的工作频率相同。

(3)中央控制器记录时间T内的电压最大值为V_dcmax，最小值为V_dcmin，记录时间T为所有周期性负荷的工作周期最大公倍数。记为：

$T=\[\frac{1}{f_1},\frac{1}{f_2},...,\frac{1}{f_X}\]$

计算出时间T内得电压波动值为：

ΔV＝|V_dcmax-V_dcmin|

(4)判断ΔV是否小于所设定的最大电压波动范围ΔV_max，如果满足则执行步骤(5)，否则重复执行步骤(3)区就算下一个时间段T内的电压波动值。

(5)中央控制器立刻发送“调整信号”，发送调整信号的周期为T，调整信号为脉冲形式，如果各变换器是第一次收到“调整信号”(c＝1)，则记录此时的参考信号相位为变换器第二次收到“调整信号”后(c>1)，立刻将此时的参考信号相位矫正为此过程如图4所示。

另外，中央控制器根据是否收到变换器x发送的“频率信号”判断变换器是否工作正常。如果能正常收到“频率信号”，则说明变换器正在正常工作。如果无法收到某些变换器的“频率信号”，则说明该变换器出现故障或其所使用的通讯系统出现故障，执行以下操作：

中央控制器不再发送“调整信号”，而是发送“置位信号”。各变换器收到“置位信号”后将恢复到接受“调整信号”之前的状态。直到中央控制器再次执行步骤(2)-(5)。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种无需优化计算的直流配电网电压纹波消除系统，直流配电网各周期性负荷分别通过变换器从直流配电网取电；其特征是，包括：中央控制器、通讯通道以及电压检测装置；所述中央控制器通过通信通道分别与连接各周期性负荷的变换器通信；所述电压检测装置设置在中央控制器内部，用于检测直流电压；

中央控制器通过通讯通道接收直流配电网各周期性负荷的变换器上传的该周期性负荷的工作频率，根据电压检测装置测量的直流电压，在直流电压波动最小的时刻通过通讯通道向各周期性负荷的变换器发出指令，调整其控制系统中的参考信号相位，使得直流配电网电压波动最小。

2.如权利要求1所述的一种无需优化计算的直流配电网电压纹波消除系统，其特征是，所述各周期性负荷的变换器将包含自己额定工作频率的频率信号发送给中央控制器。

3.如权利要求1所述的一种无需优化计算的直流配电网电压纹波消除系统，其特征是，所述直流配电网周期性负荷包括：三相交流负荷和单相交流负荷。

4.如权利要求1所述的一种无需优化计算的直流配电网电压纹波消除系统，其特征是，所述中央控制器记录设定时间段内的配电网直流电压波动值，如果所述波动值小于设定的最大电压波动范围，则向各周期性负荷的变换器发送调整信号。

5.如权利要求4所述的一种无需优化计算的直流配电网电压纹波消除系统，其特征是，各周期性负荷的变换器第一次接收到中央控制器的调整信号时，记录变换器内部此时的参考信号相位；各周期性负荷的变换器再次接收到中央控制器的调整信号时，调整参考信号相位至第一次记录的参考信号相位。

6.如权利要求1所述的一种无需优化计算的直流配电网电压纹波消除系统，其特征是，所述中央控制器根据接收到的各周期性负荷的变换器的频率信号判断是否有周期性负荷加入运行或退出运行。

7.如权利要求6所述的一种无需优化计算的直流配电网电压纹波消除系统，其特征是，当检测到周期性负荷数目变化时，中央控制器向各周期性负荷的变换器发送置位信号，使得各周期性负荷变换器的参考相位恢复至接收中央控制器调整之前的参考相位。

8.一种如权利要求1所述的无需优化计算的直流配电网电压纹波消除系统的控制方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)中央控制器接收直流配电网各周期性负荷的变换器的参考信号频率；

(2)根据接收到的频率信号将X个周期性负荷分成M组，每组个数为N_m，且每组周期性负荷的工作频率相同；

(3)记录时间T内的直流电压最大值和最小值；其中，记录时间T为所有周期性负荷的工作周期最大公倍数；

(4)根据直流电压最大值和最小值计算时间T内的电压波动值；

(5)判断步骤(4)中的电压波动值是否小于设定的最大电压波动范围；如果是，进入下一步，否则，返回步骤(3)，计算下一个时间段T内的电压波动值；

(6)中央控制器向各周期性负荷的变换器发送周期为T调整信号，对变换器控制系统中的参考信号相位进行调整，使得直流配电网电压波动最小。

9.如权利要求1所述的一种无需优化计算的直流配电网电压纹波消除系统的控制方法，其特征是，各周期性负荷的变换器第一次接收到中央控制器的调整信号时，记录变换器内部此时的参考信号相位；各周期性负荷的变换器再次接收到中央控制器的调整信号时，调整参考信号相位至第一次记录的参考信号相位。

10.如权利要求1所述的一种无需优化计算的直流配电网电压纹波消除系统的控制方法，其特征是，所述中央控制器根据接收到的各周期性负荷的变换器的频率信号判断是否有周期性负荷加入运行或退出运行；当检测到周期性负荷数目变化时，中央控制器向各周期性负荷的变换器发送置位信号，使得各周期性负荷变换器的参考相位恢复至接收中央控制器调整之前的参考相位。