CN107508324A - 一种变流器并联控制方法和系统 - Google Patents

一种变流器并联控制方法和系统 Download PDF

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Abstract

一种变流器并联控制方法和系统，其中，该方法包括如下步骤：中央控制单元实时监测各变流器的工作状态；基于预设系统条件以及所监测到的变流器工作状态，确定所述系统条件和变流器工作状态下的系统分配策略，所述系统分配策略包含系统处于最优工况下各变流器所具有的工作参数；向各变流器发送包含所述工作参数的控制指令，以使系统在最优工况下运行。本发明基于既定系统需求，控制并联系统内变流器以最优方式运行。

Description

一种变流器并联控制方法和系统
技术领域
本发明涉及变流器技术领域，尤其是一种变流器并联控制方法和系统。
背景技术
变流器是使电源系统的电压、频率、相数和其他电量或特性发生变化的电器设备，包括整流器、逆变器等等。不同的变流器一旦设计出来，其容量就固定了，如何进行扩容，使多个变流器进行相互连接是目前工业界和学术界研究的热点。
目前关于变流器的并联系统主要是有线连接和无线下垂连接两种方式，其中有线连接依赖于通讯，可靠性相对比较低、控制比较复杂；逆变器无线并联技术不依赖于通讯，有一定的优点，但是技术实现难度较大，如果控制不合适有可能引起系统的不稳定。
现有的变流器并联系统中，没有对变流器实施策略控制，变流器往往没有工作在最优状况下。例如，每台变流器的最大功率为250kW，8台变流器组成最大2MW的系统。当这个系统运行在负载只有1MW的情况下，8台变流器一起工作自然浪费了系统资源，降低了运行效率。因此，现有技术急需一种针对变流器并联系统的控制方式。
发明内容
本发明提供一种变流器并联控制方法和系统，基于既定系统需求，控制并联系统内变流器以最优方式运行。
根据本发明的第一方面，本发明提供一种变流器并联控制方法，包括如下步骤：中央控制单元实时监测各变流器的工作状态；基于预设系统条件以及所监测到的变流器工作状态，确定所述系统条件和变流器工作状态下的系统分配策略，所述系统分配策略包含系统处于最优工况下各变流器所具有的工作参数；向各变流器发送包含所述工作参数的控制指令，以使系统在最优工况下运行。
优选的，所述基于预设系统条件以及所监测到的变流器工作状态，确定所述系统条件和变流器工作状态下的系统分配策略，具体包括：依据系统条件以及变流器工作状态同系统分配策略的映射关系，确定所述系统条件和变流器工作状态所映射的系统分配策略。
优选的，中央控制单元实时监测各变流器的工作时间；基于系统负载的功率需求以及所监测到的变流器工作状态，确定所述系统负载的功率需求和变流器工作状态下的系统分配策略，所述系统分配策略包含系统处于最优工况下各变流器的运行开始时间和运行停止时间；向各变流器发送包含所述运行开始时间和运行停止时间的控制指令，以使系统在最优工况下运行。
根据本发明的第二方面，本发明提供一种变流器并联控制系统，包括多台变流器以及与变流器相连的中央控制单元，所述中央控制单元用于实时监测各变流器的工作状态，基于预设系统条件以及所监测到的变流器工作状态，确定所述系统条件和变流器工作状态下的系统分配策略，所述系统分配策略包含系统处于最优工况下各变流器所具有的工作参数，向各变流器发送包含所述工作参数的控制指令，以使系统在最优工况下运行。
优选的，所述中央控制单元用于依据系统条件以及变流器工作状态同系统分配策略的映射关系，确定所述系统条件和变流器工作状态所映射的系统分配策略。
优选的，还包括第一滤波电路和电网；变流器的第一输出端、电感Lg1、电阻Rg1、第一滤波电路和电网顺次相连；变流器的第二输出端和电网相连；电容Cg的一端接在电阻R1和第一滤波电路之间，另一端与变流器的第二输出端相连；还包括用于采集流过电感Lg1的电流的第一电流采集器、用于采集流过电容Cg的电流的第二电流采集器以及用于采集电容Cg两端电压的电压采集器；所述变流器包括电流给定端、第一PI控制器和第二PI控制器；所述电流给定端与第一PI控制器输入端相连，第一PI控制器输出端与第二PI控制器输入端相连，第二PI控制器输出端为变流器第一输出端；第一电流采集器和第二电流采集器所采集的电流信号均输入第一PI控制器，电压采集器所采集的电压信号输入第二PI控制器；第一PI控制器用于依据流过电感Lg1的实际电流和电流给定端输入的给定电流之间的差值调整实际输出的PWM信号，第二PI控制器用于依据电容Cg两端电压信号进行前馈控制，消除实际输出的PWM信号中的谐波。
优选的，所述变流器还包括第二滤波电路，所述第二滤波电路输出端与第一PI控制器输入端相连，第一电流采集器和第二电流采集器所采集的电流信号均输入第二滤波电路的输入端。
优选的，电流给定端、电阻R2和第一PI控制器输入端顺次相连，第一PI控制器输入端、电阻R3、电容C1以及第一PI控制器输出端顺次相连；第一PI控制器输出端和第二PI控制器输入端之间串接有电阻R7；第二PI控制器输入端、电阻R8以及第二PI控制器输出端顺次相连。
优选的，所述第一滤波电路包括串接的电感Lg2和电阻Rg2。
本发明中，中央控制单元确定了系统处于最优工况下各变流器应具有的工作参数，向各变流器发出控制指令以使各变流器以所确定的工作参数进行工作，使系统处于最优工况。
附图说明
图1为本发明一种实施例的变流器并联系统的结构示意图；
图2为本发明一种实施例的变流器并联控制方法的流程图；
图3为本发明一种实施例的变流器相关电路的结构示意图；
图4为本发明一种实施例的变流器的部分结构示意图；
图5为本发明一种实施例的变流器电路的传递函数示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，为本发明一种实施例的变流器并联系统的结构示意图，图中有多台变流器并联接入到电网中，每台变流器均与中央控制单元相连。变流器基于中央控制单元的通讯控制进行工作。
本发明实施例提供一种变流器并联控制方法，如图2所示，其包括如下步骤：
S101：中央控制单元实时监测各变流器的工作状态。
变流器内可设置多个检测器，分别检测变流器的工作时间、输出电压、输出电流等工作参数，这些工作参数反应了变流器的当前工作状态。检测器实时进行检测，并将检测到的数据发送至中央控制单元。
S102：基于预设系统条件以及所监测到的变流器工作状态，确定所述系统条件和变流器工作状态下的系统分配策略，所述系统分配策略包含系统处于最优工况下各变流器所具有的工作参数。
系统条件是满足系统需求的前提下，系统中各变流器工作参数的可变范围，变流器在此参数范围内的变动才不会影响系统的正常运行。中央控制单元需要在系统条件和变流器工作状态下确定系统分配策略，该分配策略用于改变部分或全部变流器的工作状态，以使系统工作在最优工况下，则该分配策略包含了系统处于最优工况下各变流器所具有的工作参数。
例如，系统负载需求6kW的功率，变流器的最大功率为2kW，共有8台变流器，中空控制单元可以控制6台变流器分别以1kW的输出功率运行，也可以控制4台变流器以1.5kW运行，或者3台变流器以2kW运行。中央控制单元会考虑此状态下，功率损耗的大小，由此选择功率损耗最小的分配策略。跟进一步的，中央控制单元会考虑每台变流器的工作时间，切换不同变流器进行工作可以延长变流器的使用寿命。由此，可以给出控制其中4台变流器和另外4台变流器交替以1.5kW运行的分配策略。
S103：向各变流器发送包含所述工作参数的控制指令，以使系统在最优工况下运行。
在确定了分配策略后，中央控制单元将向各变流器发送控制指令，该控制指令包含了系统处于最优工况下各变流器所具有的工作参数，使得各变流器以该工作参数进行运行，从而改变部分或全部变流器的工作状态，使系统工作在最优工况下。
在一种实施例中，步骤S102中，基于预设系统条件以及所监测到的变流器工作状态，确定所述系统条件和变流器工作状态下的系统分配策略的步骤，具体包括：依据系统条件以及变流器工作状态同系统分配策略的映射关系，确定所述系统条件和变流器工作状态所映射的系统分配策略。
中空控制单元内存储有系统条件以及变流器工作状态同系统分配策略的映射关系列表，一旦系统条件以及变流器工作状态确定，查找该映射关系列表，即可确定相应的分配策略。
在一种实施例中，中央控制单元将实时监测各变流器的工作时间，基于系统负载的功率需求以及所监测到的变流器工作状态，确定所述系统负载的功率需求和变流器工作状态下的系统分配策略。例如，每台变流器的最大功率为250kW，8台变流器组成最大2MW功率的系统。如果系统运行在负载只有1MW的情况下，可以设置其中4台运行，而减少运行过程中的功率损耗。
本发明实施例还提供一种变流器并联控制系统，如图1所示，包括多台变流器以及与变流器相连的中央控制单元，所述中央控制单元用于实时监测各变流器的工作状态，基于预设系统条件以及所监测到的变流器工作状态，确定所述系统条件和变流器工作状态下的系统分配策略，所述系统分配策略包含系统处于最优工况下各变流器所具有的工作参数，向各变流器发送包含所述工作参数的控制指令，以使系统在最优工况下运行。
在一种实施例中，所述中央控制单元用于依据系统条件以及变流器工作状态同系统分配策略的映射关系，确定所述系统条件和变流器工作状态所映射的系统分配策略。中空控制单元内存储有系统条件以及变流器工作状态同系统分配策略的映射关系列表，一旦系统条件以及变流器工作状态确定，查找该映射关系列表，即可确定相应的分配策略。
在一种实施例中，如图3所示，该变流器并联系统还包括第一滤波电路和电网2。变流器1具有第一输出端和第二输出端这两个输出端，两个输出端均将接入到电网2中。变流器1的第一输出端、电感Lg1、电阻Rg1、第一滤波电路和电网2顺次相连，变流器1产生的PWM信号依次经过电感Lg1、电阻Rg1、第一滤波电路，最终加载到电网2中。变流器1的第二输出端则直接与电网2相连，该第二输出端并非实际输出信号，而是与第一输出端形成输出回路，第二输出端具体可以是接地端。电容Cg的一端接在电阻R1和第一滤波电路之间，另一端与变流器的第二输出端相连。其中，第一滤波电路使变流器1产生的PWM信号通过，而滤除电路中携带的谐波，谐波将加载到电容Cg上，因此电容Cg上的电压和电流信号实际与谐波信号相关。
在电感Lg1和电阻Rg1之间还接入有第一电流采集器31，用来采集流经电感Lg1的电流，电容Cg的一侧接入有第二电流采集器32，用来采集流过电容Cg的电流，电容Cg的两端还接入有电压采集器4，用于采集电容Cg的两端电压。
如图4所示，所述变流器1包括电流给定端、第一PI控制器51和第二PI控制器52。电流给定端用于输入给定的电流Iref，所述电流给定端与第一PI控制器51的输入端相连，第一PI控制器51的输出端与第二PI控制器52的输入端相连，第二PI控制器52的输出端即为变流器1的第一输出端。第一电流采集器31和第二电流采集器32所采集的电流信号均输入第一PI控制器51，电压采集器所采集的电压信号输入第二PI控制器52。如图5所示，在给定电流参考值Iref后，第一PI控制器51将给定电流Iref和实际的电流IL做减法，输出误差信号到Kp比例模块，最终输出PWM信号。由于Cg的电压、电流信号是谐波信号的体现，第二PI控制器52用于依据电容Cg两端的电压信号进行前馈控制，消除实际输出的PWM信号中的谐波。
在一种实施例中，所述变流器1还包括第二滤波电路6，所述第二滤波电路6的输出端与第一PI控制器51输入端相连，第一电流采集器31和第二电流采集器32所采集的电流信号均输入第二滤波电路6的输入端，经过第二滤波电路6滤波后，再输入到第一PI控制器51。
在一种实施例中，如图4所示，电流给定端、电阻R2和第一PI控制器51的输入端顺次相连，第一PI控制器51的输入端、电阻R3、电容C1以及第一PI控制器51的输出端顺次相连；第一PI控制器51的输出端和第二PI控制器52的输入端之间串接有电阻R7；第二PI控制器52的输入端、电阻R8以及第二PI控制器51的输出端顺次相连。
在一种实施例中，所述第一滤波电路包括串接的电感Lg2和电阻Rg2。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (9)

1.一种变流器并联控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
中央控制单元实时监测各变流器的工作状态；
基于预设系统条件以及所监测到的变流器工作状态，确定所述系统条件和变流器工作状态下的系统分配策略，所述系统分配策略包含系统处于最优工况下各变流器所具有的工作参数；
向各变流器发送包含所述工作参数的控制指令，以使系统在最优工况下运行。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于预设系统条件以及所监测到的变流器工作状态，确定所述系统条件和变流器工作状态下的系统分配策略，具体包括：
依据系统条件以及变流器工作状态同系统分配策略的映射关系，确定所述系统条件和变流器工作状态所映射的系统分配策略。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法具体为：
中央控制单元实时监测各变流器的工作时间；
基于系统负载的功率需求以及所监测到的变流器工作状态，确定所述系统负载的功率需求和变流器工作状态下的系统分配策略，所述系统分配策略包含系统处于最优工况下各变流器的运行开始时间和运行停止时间；
向各变流器发送包含所述运行开始时间和运行停止时间的控制指令，以使系统在最优工况下运行。
4.一种变流器并联控制系统，其特征在于：
包括多台变流器以及与变流器相连的中央控制单元，所述中央控制单元用于实时监测各变流器的工作状态，基于预设系统条件以及所监测到的变流器工作状态，确定所述系统条件和变流器工作状态下的系统分配策略，所述系统分配策略包含系统处于最优工况下各变流器所具有的工作参数，向各变流器发送包含所述工作参数的控制指令，以使系统在最优工况下运行。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：
所述中央控制单元用于依据系统条件以及变流器工作状态同系统分配策略的映射关系，确定所述系统条件和变流器工作状态所映射的系统分配策略。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：
还包括第一滤波电路和电网；变流器的第一输出端、电感Lg1、电阻Rg1、第一滤波电路和电网顺次相连；变流器的第二输出端和电网相连；电容Cg的一端接在电阻R1和第一滤波电路之间，另一端与变流器的第二输出端相连；还包括用于采集流过电感Lg1的电流的第一电流采集器、用于采集流过电容Cg的电流的第二电流采集器以及用于采集电容Cg两端电压的电压采集器；
所述变流器包括电流给定端、第一PI控制器和第二PI控制器；所述电流给定端与第一PI控制器输入端相连，第一PI控制器输出端与第二PI控制器输入端相连，第二PI控制器输出端为变流器第一输出端；第一电流采集器和第二电流采集器所采集的电流信号均输入第一PI控制器，电压采集器所采集的电压信号输入第二PI控制器；第一PI控制器用于依据流过电感Lg1的实际电流和电流给定端输入的给定电流之间的差值调整实际输出的PWM信号，第二PI控制器用于依据电容Cg两端电压信号进行前馈控制，消除实际输出的PWM信号中的谐波。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：
所述变流器还包括第二滤波电路，所述第二滤波电路输出端与第一PI控制器输入端相连，第一电流采集器和第二电流采集器所采集的电流信号均输入第二滤波电路的输入端。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：
电流给定端、电阻R2和第一PI控制器输入端顺次相连，第一PI控制器输入端、电阻R3、电容C1以及第一PI控制器输出端顺次相连；第一PI控制器输出端和第二PI控制器输入端之间串接有电阻R7；第二PI控制器输入端、电阻R8以及第二PI控制器输出端顺次相连。
9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：
所述第一滤波电路包括串接的电感Lg2和电阻Rg2。
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