CN109643897B - 电网形成模式下启动多个电力转换器的电力系统和方法 - Google Patents

电网形成模式下启动多个电力转换器的电力系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109643897B
CN109643897B CN201780049861.0A CN201780049861A CN109643897B CN 109643897 B CN109643897 B CN 109643897B CN 201780049861 A CN201780049861 A CN 201780049861A CN 109643897 B CN109643897 B CN 109643897B
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
power converter
predetermined
microgrid
frequency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201780049861.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109643897A (zh
Inventor
A.索马尼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dynapower Co LLC
Original Assignee
Dynapower Co LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dynapower Co LLC filed Critical Dynapower Co LLC
Publication of CN109643897A publication Critical patent/CN109643897A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109643897B publication Critical patent/CN109643897B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B15/00—Systems controlled by a computer
    • G05B15/02—Systems controlled by a computer electric
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/36—Means for starting or stopping converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/10—The dispersed energy generation being of fossil origin, e.g. diesel generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/388—Islanding, i.e. disconnection of local power supply from the network
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/70—Smart grids as climate change mitigation technology in the energy generation sector
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier
    • Y02P80/14—District level solutions, i.e. local energy networks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/12—Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

一种用于在微电网上执行黑启动的电力系统和方法。所述电力系统至少包括第一电力转换器(130)和第二电力转换器(140)。第一电力转换器包括具有用于执行黑启动的多个启动序列的第一控制器(230)。第二电力转换器在公共耦合点(180)电耦合到第一电力转换器。在黑启动期间，第一控制器被配置为根据第二电力转换器在黑启动期间处于第二电力转换器的启动序列内的点来选择和执行多个启动序列中的一个。第一控制器根据公共耦合点处的微电网电压选择多个启动序列中的一个。

Description

电网形成模式下启动多个电力转换器的电力系统和方法
技术领域
本发明总体上涉及一种电力系统，包括多个电力转换器；更具体地，涉及用于在电网形成模式下启动多个电力转换器的系统和方法。
发明背景
电力系统可包括分布式电源(例如分布式发电机、电池组和/或可再生资源，诸如太阳能电池板或风力涡轮机，用于向电网(例如具有本地负载的微电网和/或公用电网)提供电力供应。该电力系统可以包括用于在电源和电网之间转换电力的电力转换器，诸如电力逆变器。这种电力转换可以包括AC/DC、DC/DC、AC/AC和DC/AC。
微电网系统可以包括各种互连的分布式能源(例如，功率发电机和能量储存单元)和负载。微电网系统可以通过诸如断路器、半导体开关(诸如晶闸管和IGBT)和/或接触器之类的开关耦合到主公用电网。在微电网系统连接到主公用电网的情况下，主公用电网可以向微电网系统的本地负载供电。主公用电网本身可以为本地负载供电，或者主公用电网可以与微电网的电源结合使用来为本地负载供电。
包括硬件和软件系统的控制器可用于控制和管理微电网系统。此外，控制器可能能够控制开关的接通和断开状态，从而使得微电网系统能够相应地连接到主电网或从主电网断开。微电网系统的电网连接运行通常被称为“并网”模式，而电网断开运行通常被称为“孤岛”或“独立”模式。
发明内容
本发明的实施例包括用于在微电网上执行黑启动而不需要电力系统的电力转换器之间的通信的电力系统和方法。
在一个方面，一种用于在微电网上执行黑启动的电力系统包括：第一电力转换器，其包括具有用于执行黑启动的多个启动序列的第一控制器；以及第二电力转换器，其在公共耦合点处电耦合到第一电力转换器。在黑启动期间，第一控制器被配置为根据第二电力转换器在黑启动期间处于第二电力转换器的启动序列内的点来选择和执行多个启动序列中的一个，并且第一控制器根据公共耦合点处的微电网电压来选择多个启动序列中的一个。
第二电力转换器可以包括具有多个启动序列的第二控制器，第二控制器被配置为控制第二电力转换器执行多个启动序列中的一个，使得第一控制器能够根据微电网电压在黑启动期间与第二控制器同步。
第一控制器可以被配置为当微电网电压小于第一预定电压阈值时选择第一启动序列。在执行第一启动序列时，第一控制器被配置为执行以下一个或多个：将耦合在第一电力转换器和公共耦合点之间的第一开关闭合；启动第一电力转换器的选通；将第一电力转换器的输出电压的频率控制为第一预定频率；在第一预定时间段内将第一电力转换器的输出电压水平从基本为零斜变成第一预定电压水平；在预定停留时段将输出电压水平保持在第一预定电压水平，并将输出电压的频率保持在第一预定频率；以及在第二预定时间段内将输出电压水平从第一预定电压水平斜变成标称电压水平，并将输出电压频率从第一预定频率斜变成标称输出电压频率。
第一控制器还可被配置为当微电网电压大于第一预定电压阈值且小于第二预定电压阈值时选择第二启动序列。在执行第二序列时，第一控制器被配置为执行以下一个或多个：启动与微电网电压和微电网频率的锁相环同步；实施第一等待时间，用于等待到微电网电压已经达到第一预定电压阈值为止；启动第一电力转换器的选通以输出第一预定电压阈值；在剩余时间段内将第一电力转换器的输出电压从第一预定电压阈值斜变成第一预定电压水平，剩余时间段是第一预定时间段的一部分，在这个部分中，第二电力控制器完成将其输出电压从基本为零斜变成第一预定电压水平；实施第二等待时间，用于等待预定停留时段的一部分，预定停留时段是第二电力转换器保持其输出电压和频率的时段；闭合耦合在第一电力转换器和公共耦合点之间的第一开关；实施第三等待时间，用于等待预定停留时段的剩余部分；在第二预定时间段内将输出电压水平从第一预定电压水平斜变成标称电压水平，并将输出电压频率斜变成标称输出电压频率。
第一控制器还可以被配置为当微电网电压大于第三预定阈值时选择第三启动序列。在形成第三序列时，第一控制器被配置为执行以下一个或多个：实施等待时间，用于等待到微电网电压达到标称微电网电压的第一预定部分为止；启动与现有微电网电压的锁相环同步；确定微电网电压和频率是否在标称微电网电压和标称微电网频率的预定限度内；启动第一电力转换器的选通，并将第一电力转换器的输出电压设置为零，并将频率设置为标称微电网频率；将第一电力转换器的输出电压从零斜变成微电网电压；闭合耦合在第一电力转换器和公共耦合点之间的第一开关。
第一控制器还可以被配置为当微电网电压大于第三预定电压阈值时选择另一个第三启动序列。在形成该特定的第三序列时，第一控制器被配置为执行以下一个或多个：捕获第二电力转换器的初始上升电压和频率；将第一电力转换器与第二电力转换器的现有上升电压和频率同步；闭合耦合在第一电力转换器和公共耦合点之间的第一开关；在第二电力转换器的最终斜变的剩余时段内，将第一电力转换器的输出电压和频率从初始电压和频率斜变。
在另一方面，一种用于在微电网上执行黑启动的电力系统包括：第一电力转换器，其电耦合到微电网，并包括被配置为执行多个启动序列的第一控制器；以及第二电力转换器，其电耦合到微电网。在黑启动期间，第一控制器被配置为根据微电网电压选择并执行多个启动序列中的一个，多个启动序列包括第一启动序列、第二启动序列和第三启动序列。当微电网电压小于第一预定阈值电压时，第一控制器可以选择第一启动序列；当微电网电压大于第一预定阈值电压但小于第二预定阈值电压时，选择第二启动序列；以及当微电网电压大于第二预定电压时，选择第三启动序列。
第二电力转换器可以包括第二控制器，该第二控制器也被配置为在黑启动期间执行包括第一启动序列、第二启动序列和第三启动序列的多个启动序列中的一个，使得第一控制器能够根据微电网电压与第二控制器同步。
在一个方面，在执行启动序列时，当第一控制器控制第一电力转换器执行第一启动序列时，第二控制器还没有开始第一启动序列、第二启动序列和第三启动序列中的一个；当第一控制器控制第一电力转换器执行第二启动序列时，第二控制器已经开始第一启动序列，但是没有超过第一启动序列的预定点；并且当第一控制器控制第一电力转换器执行第三启动序列时，第二控制器已经开始第一启动序列并且已经超过预定点。
在执行第一序列时，第一控制器可以被配置为执行以下一个或多个：闭合用于将第一电力转换器耦合到微电网的第一开关；启动第一电力转换器的选通；将第一电力转换器的输出电压的频率控制为第一预定频率；在第一预定时间段内，将第一电力转换器的输出电压水平从基本为零斜变成第一预定电压水平；在预定停留时段中将输出电压水平保持在第一预定电压水平，并将输出电压的频率保持在第一预定频率；在第二预定时间段内将输出电压水平从第一预定电压水平斜变成标称电压水平，并将输出电压频率从第一预定频率斜变成标称输出电压频率。
在执行第二序列时，第一控制器可以被配置为执行以下一个或多个：启动与微电网电压和微电网频率的锁相环同步；实施第一等待时间，用于等待到微电网电压已经达到第一预定电压水平的预定部分为止；启动第一电力转换器的选通以输出预定部分；在剩余时间段内，将第一电力转换器的输出电压从预定部分斜变成第二预定电压水平，剩余时间段是第一预定时间段的一部分，在该部分期间，第二电力控制器完成将其输出电压从基本为零斜变成第二预定电压水平；实施第二等待时间，用于等待预定停留时段的一部分，预定停留时段是第二电力转换器保持其输出电压和频率的时段；闭合将第一电力转换器耦合到微电网的第一开关；实施第三等待时间，用于等待预定停留时段的剩余部分；在第二预定时间段内将输出电压水平从第二预定电压水平斜变成标称电压水平，并将输出电压频率斜变成标称输出电压频率。
在执行第三序列时，第一控制器可以被配置为执行以下一个或多个：实施等待时间，用于等待到微电网电压达到标称微电网电压的第一预定部分为止；启动与现有微电网电压的锁相环同步；确定微电网电压和频率是否在标称微电网电压和标称微电网频率的预定限度内；启动第一电力转换器的选通，并将第一电力转换器的输出电压设置为零，并将频率设置为标称微电网频率；将第一电力转换器的输出电压从零斜变成微电网电压；闭合将第一电力转换器耦合到微电网的第一开关。
在执行第三序列时，第一控制器可以改为被配置为执行以下一个或多个：捕获第二电力转换器的初始上升电压和频率；将第一电力转换器与第二电力转换器的现有上升电压和频率同步；闭合将第一电力转换器耦合到微电网的第一开关；在第二电力转换器的最终斜变的剩余时段内，将第一电力转换器的输出电压和频率从初始电压和频率斜变。
在另一方面，一种执行耦合到具有至少一个其它电力转换器的微电网的电力转换器的黑启动的方法包括：感测微电网电压；根据微电网电压选择多个启动序列中的一个，启动序列至少包括第一启动序列、第二启动序列和第三启动序列。
根据微电网电压选择多个启动序列中的一个可以包括：当微电网电压小于第一预定阈值电压时选择第一启动序列；当微电网电压大于第一预定阈值电压但小于第二预定阈值电压时，选择第二启动序列；当微电网电压大于第二预定阈值电压时，选择第三启动序列；以及控制电力转换器执行所选择的启动序列。
在一个方面，微电网电压小于第一预定电压表明另一个电力转换器还没有开始其第一序列。
当选择第一启动序列时，控制电力转换器执行第一启动序列可以包括以下一个或多个：闭合用于将电力转换器耦合到微电网的第一开关；启动电力转换器的选通；将电力转换器的输出电压的频率控制为第一预定频率；在第一预定时间段内将电力转换器的输出电压水平从基本为零斜变成第一预定电压水平；在预定停留时段中将输出电压水平保持在第一预定电压水平，并将输出电压的频率保持在第一预定频率；在第二预定时间段内将输出电压水平从第一预定电压水平斜变成标称电压水平，并将输出电压频率从第一预定频率斜变成标称输出电压频率。
当选择第二启动序列时，控制电力转换器执行第二启动序列可以包括以下一个或多个：启动与微电网电压和微电网频率的锁相环同步；实施第一等待时间，用于等待到微电网电压已经达到第一预定电压水平的预定部分为止；启动电力转换器的选通以输出预定部分；在剩余时间段内，将电力转换器的输出电压从预定部分斜变成第二预定电压水平，剩余时间段是第一预定时间段的一部分，在部分期间，另一电力控制器完成将其输出电压从基本为零斜变成第二预定电压水平；实施第二等待时间，用于等待预定停留时段的一部分，该预定停留时段是第二电力转换器保持其输出电压和频率的时段；闭合将第一电力转换器耦合到微电网的第一开关；实施第三等待时间，用于等待预定停留时段的剩余部分；在第二预定时间段内将输出电压水平从第二预定电压水平斜变成标称电压水平，并将输出电压频率斜变成标称输出电压频率。
当选择第三启动序列时，控制电力转换器执行第三启动序列可以包括以下一个或多个：实施等待时间，用于等待到微电网电压达到标称微电网电压的第一预定部分为止；启动与现有微电网电压的锁相环同步；确定微电网电压和频率是否在标称微电网电压和标称微电网频率的预定限度内；启动电力转换器的选通，并将电力转换器的输出电压设置为零，并将频率设置为标称微电网频率；将第一转换器的输出电压从零斜变成微电网电压；闭合将电力转换器耦合到微电网的第一开关。
当选择第三启动序列时，控制电力转换器执行第三启动序列可以改为包括以下一项或多项：捕获另一个电力转换器的初始上升电压和频率；将电力转换器与另一电力转换器的现有上升电压和频率同步；闭合耦合在电力转换器和微电网之间的第一开关；在另一个电力转换器的最终斜变的剩余时段内，将电力转换器的输出电压和频率从初始电压和频率斜变。
附图说明
本发明的其它优点将容易理解，因为当结合附图考虑时，通过参考以下详细描述，本发明将变得更好理解，其中：
图1示出了用于在微电网模式下启动多个电力转换器的系统的示例性实施例。
图2示出了单个电力转换器与控制器及其控制系统的连接的示例性实施例。
图3是示出根据本发明实施例的第一启动序列的流程图。
图4是示出根据本发明实施例的第二启动序列的流程图。
图5是示出根据本发明实施例的第三启动序列的流程图。
图6是示出根据本发明另一实施例的第三启动序列的流程图。
具体实施方式
现在将参考附图，这些附图形成了本发明的一部分，并且通过说明的方式示出了具体的示例性实施例。然而，这里描述的原理可以以许多不同的形式具体实施。附图中的部件不一定按比例绘制，而是强调说明本发明的原理。此外，在附图中，在不同的视图中，相同的参考数字可以用来表示相应的部件。
在本发明的以下描述中，某些术语仅用于参考的目的，而不是限制性的。例如，尽管术语第一、第二等可以在此用于描述各种元素，但是这些元素不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元素和另一个元素。当在本发明的描述和所附权利要求中使用时，单数形式“一个”和“该”意在也包括复数形式，除非上下文另有清楚地声明。还应当理解，这里使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关列出的术语的任何和所有可能的组合。还应理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”指定所述特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或它们的群组的存在或添加。
本发明的实施例包括用于使用断电电网(即，黑电网)在电网形成模式(即孤岛模式)下启动多个电力转换器(例如，电力逆变器)的系统和方法。电力转换器(例如，双向电力转换器、DC/DC转换器、AC/DC转换器等)用于微电网应用中，以在电源和电网之间转换电力。多个电力转换器可以连接到包括电力转换器和一个或多个本地负载的微电网。微电网还可以包括除了多个转换器之外的分布式能源。微电网可能能够或可能不能够电连接到公用电网。
当微电网连接到公用电网时，微电网可以在并网模式和孤岛模式下运行，在并网模式下，公用电网电连接到微电网并向微电网供电(或从微电网接收电力)，在孤岛模式下，公用电网与微电网断开。当微电网处于孤岛模式时，可以说电力转换器处于电网形成模式。在电网形成模式下，电力转换器连接到诸如太阳能、叶片等电力资源，协助发电以满足微电网的一个或多个本地负载的电力需求。电力转换器与微电网连接，控制或“形成”微电网。在并网模式下，电力转换器控制微电网的电压幅度和频率。不管微电网是否连接到公用电网，在断电电网或黑电网中，在电力转换器希望向负载供电的时间点，没有电力被供应给微电网(这一点不同于例如当电网从并网模式转变成孤岛模式时)。
当用黑电网启动多个电力转换器(即黑启动)时，会出现某些问题。一个问题是变压器和任何可能连接到微电网的电机负载的涌流。如果全电压瞬间施加到静止或黑色的微电网上，微电网将从来源中汲取大量涌流，在本情况下，来源是多个电力转换器(例如电力逆变器)。这又可能会导致电力转换器跳闸。
用黑电网启动多个电力转换器的另一个问题是同步问题。当启动多个电力转换器为微电网供电时，应该控制电力转换器在启动时同步，这样电力转换器不会在彼此之间来回推动电力而不向本地负载供电。一种使电力转换器(例如，电力逆变器)同步的方法是向电力系统提供主控制器，该主控制器试图同时启动所有电力转换器，同时在逆变器之间进行一些同步。然而，这种方法有一些缺点。例如，通过主控制器的同步需要额外的硬件，诸如高速数字线(例如光纤或铜信道)，以毫秒时间为基础使电力转换器同步。
本发明的实施例提供了一种电力系统，其中不需要电力转换器之间的通信或者电力转换器和主控制器之间的通信就可以同步多个电力转换器。在本发明的实施例中，电力系统的电力转换器在启动时实施电压和频率斜变。相同(或类似)的配置文件被编程到每个电力转换器的控制器中(或由每个电力转换器的控制器接收)。该配置文件包括启动操作的参数。这些参数可以包括特定的设置频率、特定的设置电压、斜变时间(即，电压或频率从一个水平斜变成另一个水平的预定时间)，以及用于在预定时间中将电压和/或频率保持在适当位置的保持时间。在一个实施例中，这些值在每个电力转换器内都保持相同(即，每个逆变器的控制器被编程有(或接收)用于执行黑启动的相同参数)。以这种方式设置参数允许各个电力转换器“查看”(或者换句话说，获取)另一个电力转换器电压，以查看另一个电力转换器是否已经启动。在一个实施例中，电力转换器可以通过例如检查其自身端子处的电压或者检查电力转换器彼此电耦合的公共耦合点处的电压来“查看”其它电力转换器电压。电力转换器可以基于另一个电力转换器的电压来辨别另一个电力转换器是否已经启动其黑启动序列。电力转换器然后可以基于另一个电力转换器的电压的幅度/水平来测量另一个电力转换器处于该另一个电力转换器的黑启动序列中的哪个点。
图1是用于使用断电电网(即黑电网)在以电网形成模式(即孤岛模式)运行的多个电力转换器上执行黑启动的系统的示例性实施例。在图1所示的实施例中，电力转换器130和140是双向电力转换器130和140。然而，应当理解，电力转换器130和140不限于电力逆变器，并且可以是DC/DC转换器、AC/DC转换器等的任意组合。此外，图1仅出于方便起见示出了第一电力转换器和第二电力转换器，并且应当理解，电力系统100可以包括不止两个电力转换器。
参考图1，根据本发明实施例的电力系统100可包括电力资源110和120、电力转换器130和140、外部电网/AC源150、断开/孤岛开关160、负载170、AC总线180、控制系统200以及传感器A和B。
在图1所示的实施例中，电力资源110和120包括电池(或电池组)110和光伏电池190。电力转换器130和140是双向电力逆变器130和140。双向电力转换器在DC和AC之间转换。每个电力转换器包括其自己的控制器230或240。该系统还可以包括可选的主控制器210，主控制器210可以与各个控制器130和140通信，并从传感器A和B接收读数。传感器A获取读数，诸如开关160的公用电网150侧的电压幅度、电流幅度、相位和/或频率。传感器B获取读数，诸如公共耦合点180处的电压幅度、电流幅度、相位和/或频率。公用电网、第一和第二电力转换器130和140以及负载170中的每一个在公共耦合点180处电耦合。
如果提供了外部电网150，则外部电网150可以是主公用电网、微电网的单独电网段，或者甚至是连接到微电网的另一个AC或DC源。断开装置160可以是用于将微电网与外部电网150电隔离的孤岛开关。断开装置160可以是例如静态断开开关、电动断路器、接触器、半导体AC开关等。
负载170表示实际消耗能量的负载。负载170在图1中在AC侧示出，但也可以是DC负载。
电力转换器在公共耦合点(PCC)180耦合在一起，以共享负载170。在图1A所示的实施例中，PCC是AC总线。AC总线180与微电网上的本地负载170接口连接。
在图1所示的实施例中，电力转换器130和140是耦合到DC电源110和120的电力逆变器。然而，应当理解，本发明不限于电力逆变器或DC源。例如，电源110可以是AC源，诸如风力涡轮机，并且电力转换器130或140可以包括串联耦合到风力涡轮机和AC总线180之间的AC/DC电力逆变器的AC/DC转换器。此外，微电网设备如电池储能逆变器、PV和风力系统、柴油发电机等可以直接耦合到总线180或通过隔离或自耦变压器耦合到总线180。此外，一些分布式资产如风力涡轮机可以是AC源，并且具有AC/AC转换器，其中输入AC是从涡轮机到转换器，并且输出AC连接是到电网。电源110和120可以是任何DC源或DC源和AC源的组合。可以使用的这种其它来源的例子是发电机、风、PV(光伏)、燃料电池、压缩空气储存器等。因此，电力转换器130和140可以是AC/DC、DC/DC、AC/AC或DC/AC。
控制系统200可以包括多个相互通信用于并网模式和微电网模式之间的同步和转换的控制器和传感器。控制系统可以包括多个单独的电力转换器控制器230和240，每个控制器控制电力系统100的电力转换器之一。控制系统200还可以包括可选的主控制器210，其被配置为在各个逆变器控制器230和240之间进行协调。主控制器210可以是单独的现场控制器，可以是电力转换器之一的单独控制器之一，或者可以与电力转换器的单独控制器一起容纳在电力转换器之一内。各个电力转换器中的一个或多个电力转换器230的控制器或主控制器210可以被配置为监测开关160的公用电网150侧和公共耦合点180处的电压幅度、电流幅度、相位和/或频率。可在传感器A和B处使用市售传感器，以向控制系统提供信号，用于监测电压幅度、电流幅度、相位和/或频率。
图2是单个电力转换器130的控制系统的更详细的图。应当注意，
图2没有示出第二电力转换器140的连接，并且仅被提供来进一步示出电力转换器130的控制系统的耦合连接。在图2中，控制器230可以接收来自传感器的读数P、PF、V、I、Hz，其中P是功率计算值，V是电压幅度测量值，I是电流幅度测量值，PF是功率因数计算值，Hz是频率测量值。图1的特定传感器布局仅是示例性的，并且如本领域普通技术人员将会理解的，可以提供不同的传感器取向以获得控制器140用于执行本发明所需的读数。控制器可以从耦合到电源110的转换器(DC至DC)261或耦合到AC源的转换器(AC至DC)270接收用于其操作的电力。可选的主控制器210也在图2中示出。
再次参考图1，当以并网模式操作时，孤岛开关160闭合，来自能源110和190的能量与电网150耦合。来自能源110和190的能量可用于向负载170提供电力或向公用事业/电网150提供额外的发电以支持其它负载。
在黑启动期间，电力转换器130和140与电网150断开连接，并从断电电网(即，黑电网)开始运行。在黑启动条件下，要求电力转换器130和140以同步方式启动，以在没有任何电压源存在或运行的情况下启动微电网。由于电力转换器130和140的本地控制器和主控制器之间的距离不同、缺少时间同步通信协议等，电力转换器130和140可以在不同的时间接收启动命令。
在本发明的实施例中，各个电力转换器130开始黑启动序列，而不需要单元间通信。在本发明的实施例中，由第一单个电力转换器130执行的序列取决于另一个第二单个电力转换器系统在其自身序列中的哪个点。第一电力转换器可以基于传感器B获取的读数确定第二电力转换器在第二电力转换器序列中的位置。该读数可以由第一电力转换器自身的控制器230直接获取，或者该值可以由控制器230从在传感器B处获取读数的主控制器210接收。
在一个实施例中，单个控制器230的启动序列可以是多个序列中的一个，并且控制器230基于其自身输出端的电压水平(即幅度)来确定要执行多个序列中的哪一个，在图1所示的实施例中，该电压水平是传感器B在公共耦合点180处感测到的微电网电压水平。
图3是用于说明根据本发明实施例的第一序列的流程图。当微电网上基本上为零电压时，由电力转换器130执行第一序列。在一个实施例中，当传感器B检测到的输出电压小于1％(每单位0.01)时，电网上基本上为零电压。第一序列可以包括以下步骤。
在步骤310中，AC接触器闭合。AC接触器不同于孤岛开关160。AC接触器位于公共耦合点180和电力转换器130之间，并且AC接触器将电力转换器130从公共耦合点180断开。
在步骤320中，启动电力转换器选通。电力转换器130可以包括多个开关，用于将电力从DC转换为AC、DC转换为DC、AC转换为DC等。在步骤320中，这些开关开始接收选通信号。
在步骤330中，初始频率参考保持在较低值。在一个实施例中，对于60Hz系统，初始频率参考可以是15Hz。控制器230控制电力转换器130输出频率为频率参考值的电压。通常，微电网上有旋转负载。微电网上任何电机负载的旋转频率或任何电机负载的旋转速度与微电网的频率成正比。因此，通过在步骤330中将初始频率保持在低值，以低速以软方式启动旋转负载。于是，速度可以随着频率的斜变而斜升。
在步骤340中，电力转换器230的输出电压在预定的设置时间内从基本为零斜升到低值。在一个实施例中，该低值的幅度可以是电力转换器的额定电压(即，标称电压幅度)的15％，并且设置时间可以是1秒。步骤340为其它电力转换器(例如，第二电力转换器140)提供参考以用于同步。例如，由于例如通信延时或其它原因，第一电力转换器130可以在其它电力转换器(例如，第二电力转换器140)之前接收启动命令。在步骤230中，在固定频率下，第一电力转换器130的输出电压从零斜变成低电压幅度，这给第二电力转换器140提供了参考，第二电力转换器140可以在此后不久接收启动命令。例如，考虑只有第一电力转换器130已经接收到启动命令，并且第一电力转换器130启动从零斜变成额定电压的15％的情况。如果当第一电力转换器130达到额定电压的10％时，另一个第二电力转换器140接收到启动命令，则第二电力转换器140可以使用传感器查看输出电网电压(即，公共耦合点180处的电压)，并发现微电网电压为10％。因此，第二电力转换器140的控制器240可以知道第一电力转换器130在其启动序列内的哪个点。第二电力转换器140的控制器240知道第一控制器13的启动配置文件，因为控制器240已经接收或已经在其中编程了相同的配置文件。因此，在第一电力转换器140正在斜升其电压时，第二电力转换器140可以知道第一电力转换器130在哪个点，从而允许第二电力转换器140以与第一电力转换器130同步的方式启动。
在步骤350中，输出电压幅度和频率在设置的停留时间段内保持在15％和15Hz不变。换句话说，在步骤350中，电力转换器130在停留时段期间执行保持。步骤350允许第二逆变器(或第二或第三或多个其它逆变器)(当第一逆变器从0斜变成15％时，第二逆变器感测到第一逆变器的输出电压)有足够的时间与现有的低电压和低频率同步。
在步骤360中，在停留时段之后，电压和频率在预定的设置时间内一起斜变成额定/标称值。在一个实施例中，电压从额定电压的15％斜变成额定电压的100％，频率从25％、15Hz斜变成100％、60Hz，并且预定的设置时间是4s。然而，应当理解，本发明不限于这些特定值，并且可以使用其它值来代替它们。
在第一个序列中，垂降控制(droop control)使多个逆变器同步。
以下控制逻辑说明了电力转换器130正在执行第一序列的实施例。控制逻辑由电力转换器130的控制器230实施。
Figure BDA0001969422340000151
在上述控制逻辑中，首先，控制器230确定电力转换器130准备好开始运行。“ifoutV<0.01pu”指的是关于控制器230是否将执行第一序列的判断(即，如果控制器230检测到输出电压基本为零，则执行第一序列)。“enable current_droop”和“disable power_droop”停用功率垂降并启用电流垂降，使得控制器230基于输出有功电流执行频率垂降和基于输出无功电流执行电压垂降，而不是基于有功功率和无功功率执行垂降。从功率垂降切换到电流垂降的原因是，当斜升时，输出电压相当低，因为在序列启动时，输出电压基本为零。因此，可以向微电网提供大量电流，但电压较低，这意味着输出功率较低。为了提高基于垂降的共享特性的有效性，依赖电流而不是功率。
“setfreq＝15”和“setV＝0.0”是电力转换器130在15Hz和0.0V的初始频率和输出电压幅度的预定值，“AC_PWM＝true”使得电力转换器130启动选通。“rampV(setV,0.15,1000)”将电力转换器130的输出电压在1000ms中从setV斜变成V1。在这种情况下，setV为0.0，V1为电力转换器130的额定输出电压的15％。“holdVF(0.15,15,1000)”将电压幅度和频率在1000ms中分别保持在15％和15Hz。
“rampVF(0.15,1,15,60,4000)”在4000ms中将输出电压和频率分别从15％斜变成100％，从15Hz斜变成100Hz。“state＝runningUF”意味着启动序列结束，电力转换器130处于微电网模式，以标称电压和频率给本地负载供电。“enable power_droop”和“disablecurrent_droop”停用在启动序列期间执行的current_droop(电流垂降)，并启用功率垂降。
当电力转换器130检测到微电网上存在的电压时，电力转换器130执行第二序列，并且检测到的电压低于预定的低电压水平，但基本上不为零。这种情况将意味着一个或多个其它逆变器(例如，第二电力转换器140)已经在电力转换器130接收到其启动命令之前启动了它们的启动序列。当电力转换器130在一个或多个其它逆变器之后不久接收到其启动命令时，可能存在这种情况，这些逆变器已经使用上述第一启动序列启动了它们的启动序列(例如，第二电力转换器140接收到启动信号，并且在第一电力转换器130接收到启动信号之前开始上述第一启动序列)。
图4是用于说明根据本发明实施例的第二序列的流程图。第二序列可以包括以下步骤。
在步骤410中，电力转换器130感测微电网电压(即，公共耦合点处的电压)，并且电力转换器130(即，电力转换器130的控制器230)确定该电压大于第一预定阈值电压但小于第二预定阈值电压。在一个实施例中，第一预定阈值电压可以是电力转换器230的额定(即标称)电压的1％，第二预定阈值电压可以是电力转换器130的额定电压的12％。在该实施例中，12％的第二预定阈值电压是在该第二启动序列期间电力转换器130最终斜变成的电压幅度的80％。当然，应该理解，可以选择12％和15％以外的值。此后，启动与现有微电网电压、频率和相位的内部锁相环同步。内部锁相环同步是电网上存在的低电压和低频率的内部锁相环同步。
在步骤420中，实施等待时间，用于等待直到微电网电压达到第二阈值电压值(即电力转换器130将斜变成的额定电压的15％的80％)为止。此时，电力转换器130将知道第二电力转换器240处于其启动序列中的哪个点。例如，第一逆变器130将知道第二逆变器140处于12％，因为第一逆变器130等待到第二逆变器处于第二预定阈值为止。从额定电压的0到15％的斜变所花费的总时间也是已知的，因为第一电力转换器130已经接收(或已经在其中编程)与第二电力转换器140相同的配置文件。在这种情况下，1000毫秒(或1秒)被编程为斜变的时间段，并且控制器230可以计算在达到额定电压的12％的输出电压之后剩余1000毫秒中的多少。
在步骤430中，控制器230控制电力转换器130开始选通。在该步骤中，控制器230控制电力转换器130具有额定电压的12％的输出电压。
在步骤440中，电力转换器130的输出电压从额定电压的12％(即15％的80％)斜变成额定电压的15％。在步骤440中，在由控制器230计算的剩余时间(例如，800毫秒)内，电力转换器130的输出电压从额定电压的12％斜变成15％。
在步骤450中，等待时间由第一电力转换器130的控制器230实施。第一电力转换器230的等待时间与上述步骤350中描述的第二电力转换器140(在这种情况下，其正在执行第一启动序列)的停留时段同时发生。在一个实施例中，控制器230中编程的配置文件要求等待时间为500毫秒(即，步骤350的1秒停留时段的一半)。500毫秒的等待时间能确保第一电力转换器130的电压和频率将与第二电力转换器140同步，因为它允许第一逆变器使用锁相环足够长的时间来与第二电力转换器140生成的电压和频率同步。
在步骤460中，AC接触器闭合，使得电力转换器130连接到微电网。因为第一电力转换器和第二电力转换器在这一点上是同步的，所以在步骤460中AC接触器的闭合将是软闭合。软闭合(连接)意味着AC接触器两侧的AC电压在幅度、频率和相位上相匹配。在AC接触器闭合之后，第一电力转换器130的控制器230等待停留时段的剩余时间(即500毫秒)，此时，第一电力转换器的控制器230知道它应该开始斜升。
在步骤470中，电力转换器430的输出电压和频率在预定时间内一起斜变成额定值。在一个实施例中，输出电压和频率在4s内从15％、15Hz斜变成100％、60Hz。步骤470与步骤360同时发生，因此，在步骤470中第二电力转换器与第一电力转换器同时斜变。
在整个第二序列中，垂降控制能够保持多个逆变器同步。
以下控制逻辑示出了一个实施例，其中电力转换器130正在执行第二启动序列。该控制逻辑可以与第一控制逻辑(以及随后描述的第三控制逻辑)一起实施，从而基于微电网电压(即，公共耦合点处的感测电压)选择适当的序列。控制逻辑由电力转换器130的控制器230实施。
Figure BDA0001969422340000181
在上述控制逻辑中，elseif(outV>0.01puand outV<0.12pu)检查微电网上是否存在低于预定低电压水平的电压(即，公共耦合点处的电压)。当感测到的微电网电压在第一预定阈值电压水平(即额定电压的1％)和第二预定阈值(即额定电压的12％)之间时，执行第二启动序列。enable current_droop和disable power_droop停用功率垂降并启用电流垂降，使得控制器230基于输出有功电流执行频率垂降和基于输出无功电流执行电压垂降，而不是基于功率执行垂降。start_sync启动与现有微电网电压和频率的内部锁相环同步。waittill(outV＝>0.12pu)实施等待时间，在此期间电力转换器130保持到微电网电压已经达到第二阈值电压值的预定部分(即额定电压的12％)为止。setV＝outV和setfreq＝15将电力转换器130的输出电压设置为微电网电压，频率设置为15Hz，AC_PWM＝true使得电力转换器130开始选通。trem＝1000*outV/0.15计算当第二电力转换器140从0斜变成额定电压的15％时(见上面的步骤340)，第二电力转换器140(正在执行第一启动序列)的斜变中剩余的时间量。rampV(setV,0.15,trem)在计算的剩余时间trem内，将电力转换器的输出电压从微电网电压斜变成额定电压的15％。wait(500ms)实施等待时间，这确保了第一逆变器可以使用锁相环足够长的时间来与第二电力转换器140的锁相环同步。闭合KAC会指示AC接触器闭合。wait(500ms)等待剩余的停留时段(即500毫秒)。rampVF(0.15,1,15,60,4000)将电力转换器130的输出电压和频率分别从15％斜变成100％和从15Hz斜变成100Hz。state＝runningUF表示电力转换器130处于微电网模式。enable power_droop和disablecurrent_droop停用在启动序列期间执行的current_droop，并且启用功率垂降。
当一个或多个其它逆变器(例如，第二电力转换器140)在第一逆变器接收到启动命令之前已经启动它们的启动序列并且已经基本上沿着启动序列移动时，电力转换器130执行第三序列。当一个或多个其它逆变器已经在序列1或序列2下启动其启动序列之后，第一逆变器接收到其启动命令时，可能存在这种情况。在利用第三序列的一个示例中，第二电力转换器140正在执行第一启动序列，并且在第二电力转换器140已经进入停留时段并开始保持之后，电力转换器130接收到其启动信号(步骤350)。在停留时段期间，第二电力转换器140的输出电压和频率保持在恒定水平，因此微电网电压处于恒定水平。因此，第一电力转换器130的控制器230不能仅通过感测微电网电压来获得第二电力转换器130在驻留时段内的位置，因为微电网电压处于恒定水平，而不斜变。以下示例性第三序列将被称为第一示例性第三序列，并且可以在另一个电力转换器已经开始第一序列并且在其保持时段内或者超过其保持时段并且执行其最终斜变时使用。
图5是用于说明根据本发明实施例的第三序列的流程图。第三序列可以包括以下步骤。
在步骤510中，实施等待时间，直到微电网电压达到额定电压的预定部分为止。在一个实施例中，预定部分可以是额定电压的85％。此时，微电网电压相当接近60Hz额定电压的100％的标称运行。
在步骤520中，电力转换器130的控制器230启动与现有微电网电压的内部锁相环同步。
在步骤530中，检查微电网的电压水平和频率，以确定它们是否在预定限度内。在一个实施例中，预定限度为额定电压的85％至110％，电网频率为60+/-5Hz。
在步骤540中，启动同步选通以模拟第一电力转换器130的控制器230内的微电网电压。在步骤540中，最初将电力转换器130的输出电压设置为0V，并且将频率设置为标称频率60Hz。
将输出电压设置为零并使其斜变的原因是让电力转换器130本身限制其内部瞬变。此时，AC接触器仍然断开，因此电力转换器130正在执行的任何通电都是内部通电。电力转换器130可以例如是逆变器，其包括变压器和电容器作为其中的输出滤波器。如果向电力转换器施加大电压，则逆变器中可能会有较大水平的涌流。因此，电力转换器130通过将电压从0斜变成微电网电压来防止其自身涌流的供应。
在步骤550中，第一电力转换器130和公共耦合点180之间的AC接触器闭合，使得电力转换器130电耦合到微电网。此时，第一和第二电力转换器130和140并联运行。
在步骤560中，电力转换器130的控制器130启用垂降模式以便于电力共享。
以下控制逻辑说明了一个实施例，其中电力转换器130正在执行第一示例性第三启动序列。该控制逻辑与第一和第二序列控制逻辑一起实施，以便基于微电网电压(即，公共耦合点处的感测电压)选择适当的序列。控制逻辑由电力转换器130的控制器230实施。
Figure BDA0001969422340000211
在上述控制逻辑中，else指的是微电网电压(即，公共耦合点处的电压)在第一预定阈值电压水平和第二预定阈值电压水平之间时以外的情况。换句话说，这是感测到的微电网电压大于额定电压的12％的情况。waittill(outV＝>0.85pu)控制电力转换器130等待到微电网电压达到额定电压的预定部分(在这种情况下，为额定电压的85％)为止。start_sync启动与现有电网电压的内部锁相环同步。waitill(outFreq<65和outFreq>55)控制电力转换器130等待到微电网频率在标称频率范围内(在这种情况下为60+/-5Hz)为止。setfreq＝outFreq是将电力转换器130的频率设置为微电网频率。setV＝0是将电力转换器130的输出电压设置为0V。AC_PWM＝true启动同步选通以模拟第一电力转换器130内的微电网电压。rampV(setV,outV,1000)在1000毫秒内将输出电压从0斜变成微电网电压。closeKAC闭合第一电力转换器130和公共耦合点180之间的AC接触器。enable power_droop启用垂降模式以便于电力转换器130、140之间的电力共享。state＝runningUF表示电力转换器130的状态是微电网模式。
在第三序列的另一个第二示例中，当另一个第二电力转换器正在执行第一序列并且超过保持时段时，第一电力转换器130及其控制器230可以感测微电网电压和频率。因此，例如，第二电力转换器正从额定电压的15％和15Hz斜变成额定电压的100％和60Hz。
图6是用于说明根据本发明另一实施例的第三序列的流程图。第三序列可以包括以下步骤。
在步骤610中，第一电力转换器130的控制器230“跟上”微电网的现有上升电压和频率。当第二电力转换器在执行其最终斜变时，微电网电压和频率正在上升。因此，第一电力转换器的控制器230可以通过感测微电网电压和频率来确定第二电力转换器在其最终斜变中的位置。该步骤与第一示例性第三序列中的步骤610的不同之处在于，控制器230不是等待微电网电压达到额定电压的预定部分(例如，额定电压的85％)，而是“跟上”现有的上升电压并逼近。
在步骤620中，控制器230使电力转换器130与微电网电压同步。
在步骤630中，启动同步选通以模拟第一电力转换器130内的微电网电压。
在步骤640中，第一电力转换器130和公共耦合点180之间的AC接触器闭合，使得电力转换器130电耦合到微电网。此时，第一和第二电力转换器130和140并联运行。
在步骤650中，启用电流垂降并且停用电压垂降，使得控制器230基于输出有功电流执行频率垂降并且基于输出无功电流执行电压垂降，而不是基于功率执行垂降。一旦电流垂降被启用，控制器230就在第二电力转换器的最终斜变的剩余时段内，将电力转换器130的输出电压和频率从在步骤610中感测到的初始微电网电压和频率斜变。
第一和第二电力转换器各自具有编程到其控制器中(或由其控制器接收)的相同(或类似)配置文件。因此，第一控制器230知道第二电力转换器在第一序列期间执行的最终斜变的斜率(上面的步骤360)、第二电力转换器开始和结束最终斜变时的电压(例如，开始于额定电压的15％，结束于额定电压的100％)，以及第二电力转换器执行最终斜变所花费的时间量(4s)。第一控制器还知道第二电力转换器的输出电压，因为由第一控制器感测的微电网电压是第二电力转换器的输出电压。因此，第一控制器230可以使用第二电力转换器的输出电压以及其对最终斜变的配置文件的了解来计算最终斜变中剩余的时间(例如，4s中剩余了多长时间)。然后，第一控制器230控制电力逆变器130在该剩余时间段内执行其斜变，使得第一电力转换器在第二电力转换器执行其最终斜变的同时执行其斜变。
在步骤660中，一旦电压和频率斜变结束，就禁用电流垂降，并且启用功率垂降。
以下控制逻辑说明了一个实施例，其中电力转换器130正在执行第二示例性第三启动序列。该控制逻辑与第一和第二序列控制逻辑一起实施，以便基于微电网电压(即，公共耦合点处的感测电压)选择适当的序列。控制逻辑由电力转换器130的控制器230实施。
Figure BDA0001969422340000231
在上述控制逻辑中，else指的是微电网电压(即，公共耦合点处的电压)在第一预定阈值电压水平和第二预定阈值电压水平之间时以外的情况。换句话说，这是感测到的微电网电压大于额定电压的12％的情况。在该实施例中，如果感测到的微电网电压和频率与第二电力转换器的保持时段期间的微电网电压和频率相同，则第一控制器和电力转换器等待到微电网电压启动其随后的斜变(即，第二电力转换器的最终斜变，在此期间，微电网电压斜变成标称水平)为止。start_sync启动与现有电网电压的内部锁相环同步。setfreq＝outFreq和setV＝outV捕获第二电力转换器的输出电压和频率，这与感测到的微电网电压和频率相同。AC_PWM＝true启动同步选通以模拟第一电力转换器130内的微电网电压。closeKAC闭合第一电力转换器130和公共耦合点180之间的AC接触器。enable current_droop和disable power_droop停用功率垂降并启用电流垂降，使得控制器230基于输出有功电流执行频率垂降和基于输出无功电流执行电压垂降，而不是基于功率执行垂降。rampVF(Vout,1,Fout,60,4000*(1-Vout))在第二电力转换器的4000ms斜变时间的剩余时间内，将第一电力转换器130的输出电压从微电网电压和频率斜变成标称电压和频率(即60Hz，额定电压)。这里，Vout表示第二电力转换器的输出电压outV的额定电压的百分比。enable power_droop和disable current_droop停用在启动序列期间执行的电流垂降，并且启用功率垂降。state＝runningUF意味着电力转换器130处于微电网模式。
对于上面讨论的第一至第三序列的控制逻辑，电流垂降可以由以下等式定义：
Fout＝Fnon-Kpf＊VnomNout＊(Vgrid＊ld)；
Vout＝Vnom-Kqv＊Vnom/Vout＊(Vgrid*lq).
功率垂降可以由以下等式定义：
Fout-Fnom-Kpf＊(Vgrid＊ld)；
Vout＝Vnom-Kqv＊(Vgrid＊lq)；
在上述等式中，Vout被施加电压；Vnom是标称电压。启用电流垂降时，按照Vnom/Vgrid按比例缩放垂降斜率，在黑启动期间，该斜率高于1(Vout＜Vnom)。当启用功率垂降时，不按比例缩放垂降斜率。Vout*Id是输出有功功率的量度。Vout*Iq是输出无功功率的量度。
上述实施例被描述为连接到公用电网作为外部电网的微电网。然而，应当理解，外部电网不限于公用电网。例如，微电网可以进一步分成多个微电网。每个微电网都有能源(可再生能源、发电机、储存)和负载。然后，微电网可以根据需要彼此重新连接和断开。
对于本领域技术人员来说，很明显，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对所公开的电力系统进行各种修改和变化。通过考虑本公开的说明书和实践，本公开的其它实施例对于本领域技术人员来说将是显而易见的。说明书和示例仅被认为是示例性的，本公开的真实范围由所附权利要求及其等同物表示。

Claims (18)

1.一种用于在微电网上执行黑启动的电力系统，所述电力系统包括：
第一电力转换器，其包括具有用于执行黑启动的多个启动序列的第一控制器；
第二电力转换器，其在公共耦合点处电耦合到所述第一电力转换器；
其中，在所述黑启动期间，所述第一控制器被配置为根据所述第二电力转换器在所述黑启动期间处于所述第二电力转换器的启动序列内的点来选择和执行所述多个启动序列中的一个，并且所述第一控制器根据所述公共耦合点处的微电网电压来选择所述多个启动序列中的一个；
其中，所述第一控制器被配置为当所述微电网电压小于第一预定电压阈值时选择第一启动序列，并且在执行所述第一启动序列时，所述第一控制器被配置为：
闭合耦合在所述第一电力转换器和所述公共耦合点之间的第一开关；
启动所述第一电力转换器的选通；
将所述第一电力转换器的输出电压的频率控制为第一预定频率；
在第一预定时间段内，将所述第一电力转换器的输出电压水平从基本为零斜变成第一预定电压水平；
在预定停留时段中，将所述输出电压水平保持在所述第一预定电压水平，并且将所述输出电压的频率保持在所述第一预定频率；
在第二预定时间段内，将所述输出电压水平从所述第一预定电压水平斜变成标称电压水平，并且将所述输出电压的频率从所述第一预定频率斜变成标称输出电压频率。
2.根据权利要求1所述的电力系统，其中，所述第二电力转换器包括具有所述多个启动序列的第二控制器，所述第二控制器被配置为控制所述第二电力转换器执行所述多个启动序列中的一个，使得所述第一控制器能够根据所述微电网电压在所述黑启动期间与所述第二控制器同步。
3.根据权利要求2所述的电力系统，其中，所述第一控制器被配置为当所述微电网电压大于第一预定电压阈值且小于第二预定电压阈值时选择第二启动序列，并且在执行所述第二启动序列时，所述第一控制器被配置为：
启动与所述微电网电压和微电网频率的锁相环同步；
实施第一等待时间，用于等待到所述微电网电压已经达到所述第一预定电压阈值为止；
启动所述第一电力转换器的选通以输出所述第一预定电压阈值；
在剩余时间段内将所述第一电力转换器的输出电压从所述第一预定电压阈值斜变成第一预定电压水平，所述剩余时间段是第一预定时间段的一部分，在该部分内，所述第二电力转换器完成将其输出电压从基本为零斜变成所述第一预定电压水平；
实施第二等待时间，用于等待预定停留时段的一部分，所述预定停留时段是所述第二电力转换器保持其输出电压和频率的时段；
将耦合在所述第一电力转换器和所述公共耦合点之间的第一开关闭合；
实施第三等待时间，用于等待所述预定停留时段的剩余部分；
在第二预定时间段内，将所述输出电压水平从所述第一预定电压水平斜变成标称电压水平，并且将所述输出电压的频率斜变成标称输出电压频率。
4.根据权利要求2所述的电力系统，其中，所述第一控制器被配置为当所述微电网电压大于第三预定电压阈值时选择第三启动序列，并且在执行所述第三启动序列时，所述第一控制器被配置为：
实施等待时间，用于等待到所述微电网电压达到标称微电网电压的第一预定部分；
启动与现有微电网电压的锁相环同步；
确定所述微电网电压和频率是否在所述标称微电网电压和标称微电网频率的预定限度内；
启动所述第一电力转换器的选通，并且将所述第一电力转换器的输出电压设置为零，并将频率设置为标称微电网频率；
将所述第一电力转换器的输出电压从零斜变成所述微电网电压；
将耦合在所述第一电力转换器和所述公共耦合点之间的第一开关闭合。
5.根据权利要求2所述的电力系统，其中，所述第一控制器被配置为当所述微电网电压大于第三预定电压阈值时选择第三启动序列，并且在执行所述第三启动序列时，所述第一控制器被配置为：
捕获所述第二电力转换器的初始上升电压和频率；
将所述第一电力转换器与所述第二电力转换器的现有上升电压和频率同步；
将耦合在所述第一电力转换器和所述公共耦合点之间的第一开关闭合；
在所述第二电力转换器的最终斜变的剩余时段内，将所述第一电力转换器的输出电压和频率从初始上升电压和频率斜变。
6.一种用于在微电网上执行黑启动的电力系统，所述电力系统包括：
第一电力转换器，其电耦合到所述微电网，并且包括被配置为执行多个启动序列的第一控制器；
第二电力转换器，其电耦合到所述微电网，
其中，在黑启动期间，所述第一控制器被配置为根据微电网电压选择并执行所述多个启动序列中的一个，所述多个启动序列包括第一启动序列、第二启动序列和第三启动序列，其中，所述第一控制器被配置为：
当所述微电网电压小于第一预定阈值电压时，选择所述第一启动序列；
当所述微电网电压大于所述第一预定阈值电压但小于第二预定阈值电压时，选择所述第二启动序列；并且
当所述微电网电压大于所述第二预定阈值电压时，选择所述第三启动序列。
7.根据权利要求6所述的电力系统，其中，所述第二电力转换器包括第二控制器，所述第二控制器还被配置为在所述黑启动期间执行包括所述第一启动序列、所述第二启动序列和所述第三启动序列的所述多个启动序列中的一个启动序列，使得所述第一控制器能够根据所述微电网电压与所述第二控制器同步。
8.根据权利要求7所述的电力系统，其中：
当所述第一控制器控制所述第一电力转换器执行所述第一启动序列时，所述第二控制器还没有开始所述第一启动序列、所述第二启动序列和所述第三启动序列中的一个；
当所述第一控制器控制所述第一电力转换器执行所述第二启动序列时，所述第二控制器已经开始所述第一启动序列，但是没有超过所述第一启动序列的预定点；并且
当所述第一控制器控制所述第一电力转换器执行所述第三启动序列时，所述第二控制器已经开始所述第一启动序列并且已经超过所述预定点。
9.根据权利要求8所述的电力系统，其中，在执行所述第一启动序列时，所述第一控制器被配置为：
闭合用于将所述第一电力转换器耦合到所述微电网的第一开关；
启动所述第一电力转换器的选通；
将所述第一电力转换器的输出电压的频率控制为第一预定频率；
在第一预定时间段内，将所述第一电力转换器的输出电压水平从基本为零斜变成第一预定电压水平；
在预定停留时段中，将所述输出电压水平保持在所述第一预定电压水平，并且将所述输出电压的频率保持在所述第一预定频率；
在第二预定时间段中，将所述输出电压水平从所述第一预定电压水平斜变成标称电压水平，并且将所述输出电压的频率从所述第一预定频率斜变成标称输出电压频率。
10.根据权利要求8所述的电力系统，其中，在执行所述第二启动序列时，所述第一控制器被配置为：
启动与所述微电网电压和微电网频率的锁相环同步；
实施第一等待时间，用于等待到所述微电网电压已经达到第一预定电压水平的预定部分为止；
启动所述第一电力转换器的选通以输出所述预定部分；
在剩余时间段内，将所述第一电力转换器的输出电压从所述预定部分斜变成第二预定电压水平，所述剩余时间段是第一预定时间段的一部分，在该部分期间，所述第二电力转换器完成将其输出电压从基本为零斜变成所述第二预定电压水平；
实施第二等待时间，用于等待预定停留时段的一部分，所述预定停留时段是所述第二电力转换器保持其输出电压和频率的时段；
闭合将所述第一电力转换器耦合到所述微电网的第一开关；
实施第三等待时间，用于等待所述预定停留时段的剩余部分；
在第二预定时间段中，将所述输出电压水平从所述第二预定电压水平斜变成标称电压水平，并且将所述输出电压的频率斜变成标称输出电压频率。
11.根据权利要求8所述的电力系统，其中，在执行所述第三启动序列时，所述第一控制器被配置为：
实施等待时间，用于等待到所述微电网电压达到标称微电网电压的第一预定部分为止；
启动与现有微电网电压的锁相环同步；
确定所述微电网电压和频率是否在所述标称微电网电压和标称微电网频率的预定限度内；
启动所述第一电力转换器的选通，并将所述第一电力转换器的输出电压设置为零，并将频率设置为标称微电网频率；
将所述第一电力转换器的输出电压从零斜变成所述微电网电压；
闭合将所述第一电力转换器耦合到所述微电网的第一开关。
12.根据权利要求8所述的电力系统，其中，在执行所述第三启动序列时，所述第一控制器被配置为：
捕获所述第二电力转换器的初始上升电压和频率；
将所述第一电力转换器与所述第二电力转换器的现有上升电压和频率同步；
闭合将所述第一电力转换器耦合到所述微电网的第一开关；
在所述第二电力转换器的最终斜变的剩余时段内，将所述第一电力转换器的输出电压和频率从所述初始上升电压和频率斜变。
13.一种执行耦合到具有至少一个其它电力转换器的微电网的电力转换器的黑启动的方法，所述方法包括：
感测微电网电压；
根据所述微电网电压选择多个启动序列中的一个，所述启动序列至少包括第一启动序列、第二启动序列和第三启动序列；
其中，选择多个启动序列中的一个包括：
当所述微电网电压小于第一预定阈值电压时，选择所述第一启动序列；
当所述微电网电压大于所述第一预定阈值电压但小于第二预定阈值电压时，选择所述第二启动序列；以及
当所述微电网电压大于所述第二预定阈值电压时，选择所述第三启动序列；以及
控制所述电力转换器以执行所选择的启动序列。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述微电网电压小于所述第一预定电压表明另一电力转换器还没有开始它的第一序列。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，当选择所述第一启动序列时，控制所述电力转换器执行所述第一启动序列包括：
闭合用于将所述电力转换器耦合到所述微电网的第一开关；
启动所述电力转换器的选通；
将所述电力转换器的输出电压的频率控制为第一预定频率；
在第一预定时间段中，将所述电力转换器的输出电压水平从基本为零斜变成第一预定电压水平；
在预定停留时段中，将所述输出电压水平保持在所述第一预定电压水平，并且将所述输出电压的频率保持在所述第一预定频率；
在第二预定时间段中，将所述输出电压水平从所述第一预定电压水平斜变成标称电压水平，并且将所述输出电压的频率从所述第一预定频率斜变成标称输出电压频率。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，当选择所述第二启动序列时，控制所述电力转换器执行所述第二启动序列包括：
启动与所述微电网电压和微电网频率的锁相环同步；
实施第一等待时间，用于等待到所述微电网电压已经达到第一预定电压水平的预定部分为止；
启动所述电力转换器的选通以输出所述预定部分；
在剩余时间段内，将所述电力转换器的输出电压从所述预定部分斜变成第二预定电压水平，所述剩余时间段是第一预定时间段的一部分，在该部分内，另一电力控制器完成将其输出电压从基本为零斜变成所述第二预定电压水平；
实施第二等待时间，用于等待预定停留时段的一部分，所述预定停留时段是所述另一电力转换器保持其输出电压和频率的时段；
闭合将所述电力转换器耦合到所述微电网的第一开关；
实施第三等待时间，用于等待所述预定停留时段的剩余部分；
在第二预定时间段中，将所述输出电压水平从所述第二预定电压水平斜变成标称电压水平，并且将所述输出电压的频率斜变成标称输出电压频率。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，当选择所述第三启动序列时，控制所述电力转换器执行所述第三启动序列包括：
实施等待时间，用于等待到所述微电网电压达到标称微电网电压的第一预定部分为止；
启动与现有微电网电压的锁相环同步；
确定所述微电网电压和频率是否在所述标称微电网电压和标称微电网频率的预定限度内；
启动所述电力转换器的选通，并且将所述电力转换器的输出电压设置为零，并将频率设置为标称微电网频率；
将所述电力转换器的输出电压从零斜变成所述微电网电压；
闭合将所述电力转换器耦合到所述微电网的第一开关。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，当选择所述第三启动序列时，控制所述电力转换器执行所述第三启动序列包括：
捕获所述另一电力转换器的初始上升电压和频率；
使所述电力转换器与所述另一电力转换器的现有上升电压和频率同步；
将耦合在所述电力转换器和所述微电网之间的第一开关闭合；
在所述另一电力转换器的最终斜变的剩余时段中，将所述电力转换器的输出电压和频率从所述初始上升电压和频率斜变。
CN201780049861.0A 2016-10-19 2017-10-19 电网形成模式下启动多个电力转换器的电力系统和方法 Active CN109643897B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662410129P 2016-10-19 2016-10-19
US62/410,129 2016-10-19
PCT/US2017/057289 WO2018075710A1 (en) 2016-10-19 2017-10-19 Power system and method of starting multiple power converters in grid forming mode

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109643897A CN109643897A (zh) 2019-04-16
CN109643897B true CN109643897B (zh) 2022-10-04

Family

ID=60263025

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780049861.0A Active CN109643897B (zh) 2016-10-19 2017-10-19 电网形成模式下启动多个电力转换器的电力系统和方法

Country Status (10)

Country Link
US (2) US20180131268A1 (zh)
EP (1) EP3529873B1 (zh)
JP (1) JP6983821B2 (zh)
KR (1) KR102281862B1 (zh)
CN (1) CN109643897B (zh)
AU (1) AU2017345406B2 (zh)
CA (1) CA3027225C (zh)
NZ (1) NZ749262A (zh)
WO (1) WO2018075710A1 (zh)
ZA (1) ZA201808401B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3469678A1 (en) * 2016-06-08 2019-04-17 ABB Schweiz AG Distributed network control of a microgrid
CN106953349B (zh) * 2017-04-27 2019-06-21 南京南瑞继保电气有限公司 一种用于柔性直流输电系统孤岛启动的方法
CN111030173B (zh) * 2019-12-16 2021-08-10 北京金风科创风电设备有限公司 新能源电厂并网逆变器的控制方法及装置、逆变器
US11133675B2 (en) * 2020-01-21 2021-09-28 Enphase Energy, Inc. Method and apparatus for synchronizing start-up of grid-forming inverters
CN111208375B (zh) * 2020-03-04 2022-03-18 威胜集团有限公司 定频电器启动的实时监测方法、装置和存储介质
CN111969623B (zh) * 2020-08-17 2022-03-29 中国科学院电工研究所 一种电网主导型电压源换流器幅相控制方法
KR20220170626A (ko) * 2021-06-23 2022-12-30 주식회사 엘지에너지솔루션 드룹 제어를 이용한 전력 분배 장치 및 방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103840487A (zh) * 2014-04-01 2014-06-04 阳光电源股份有限公司 黑启动方法、能量管理系统和共交流母线离网型光储微网
CN103986186A (zh) * 2014-05-13 2014-08-13 清华大学 一种风光水互补型微电网黑启动控制方法
WO2015090375A1 (en) * 2013-12-18 2015-06-25 Abb Technology Ltd Microgrid black-start
CN105098774A (zh) * 2015-08-21 2015-11-25 国家电网公司 一种含直流换流站的停电电网电源启动次序的生成方法
CN105846463A (zh) * 2016-05-09 2016-08-10 东南大学 一种多源协调的黑启动方法及系统

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7458028B2 (en) * 2003-07-18 2008-11-25 Avinash Chidambaram Graphical interface for configuring a power supply controller
US8913406B2 (en) * 2011-06-24 2014-12-16 General Electric Company Paralleled power converters with auto-stagger start-up
US20130049478A1 (en) * 2011-08-25 2013-02-28 General Electric Company Power system, method of operation thereof, and controller for operating
US9401663B2 (en) * 2012-12-21 2016-07-26 Infineon Technologies Austria Ag Power converter circuit with AC output
US9611836B2 (en) * 2014-11-26 2017-04-04 Siemens Aktiengesellschaft Wind turbine power conversion system
US9871379B2 (en) * 2015-02-18 2018-01-16 Cyboenergy, Inc. Smart microgrids and dual-output off-grid power inverters with DC source flexibility

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015090375A1 (en) * 2013-12-18 2015-06-25 Abb Technology Ltd Microgrid black-start
CN103840487A (zh) * 2014-04-01 2014-06-04 阳光电源股份有限公司 黑启动方法、能量管理系统和共交流母线离网型光储微网
CN103986186A (zh) * 2014-05-13 2014-08-13 清华大学 一种风光水互补型微电网黑启动控制方法
CN105098774A (zh) * 2015-08-21 2015-11-25 国家电网公司 一种含直流换流站的停电电网电源启动次序的生成方法
CN105846463A (zh) * 2016-05-09 2016-08-10 东南大学 一种多源协调的黑启动方法及系统

Also Published As

Publication number Publication date
AU2017345406B2 (en) 2021-09-09
NZ749262A (en) 2020-08-28
EP3529873B1 (en) 2020-07-29
WO2018075710A1 (en) 2018-04-26
US20180109111A1 (en) 2018-04-19
JP6983821B2 (ja) 2021-12-17
ZA201808401B (en) 2020-05-27
JP2019531677A (ja) 2019-10-31
CN109643897A (zh) 2019-04-16
CA3027225A1 (en) 2018-04-26
CA3027225C (en) 2021-02-16
AU2017345406A1 (en) 2019-01-03
EP3529873A1 (en) 2019-08-28
KR102281862B1 (ko) 2021-07-26
US20180131268A1 (en) 2018-05-10
US10153688B2 (en) 2018-12-11
KR20190026785A (ko) 2019-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109643897B (zh) 电网形成模式下启动多个电力转换器的电力系统和方法
JP6398016B2 (ja) 複数のグリッド・タイ電力変換器の単独運転
EP3257129B1 (en) Power converter system having active standby mode and method of controlling the same
US8310104B2 (en) Substantially bumpless transfer grid synchronization
US11073807B2 (en) Method and apparatus for activation and de-activation of power conditioners in distributed resource island systems using low voltage AC
Che et al. Construction, operation and control of a laboratory-scale microgrid
EP3042429A1 (en) Redundant point of common coupling (pcc) to reduce risk of microgrid&#39;s islanding
Frack et al. Control-strategy design for frequency control in autonomous smart microgrids
JP3415429B2 (ja) インバータ装置
NZ734661B2 (en) Islanding a plurality of grid tied power converters

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant