CN110138196A - 一种多支路储能变流器直流软启动控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种多支路储能变流器直流软启动控制方法及系统，其通过只使用一组直流软启电路即可达到给多电池支路PCS进行直流软起的目的，单台PCS通过V/F控制模式控制交流/侧电压缓慢升高达到给前端变压器励磁的目的。本申请与现有技术相比，首先，去除了现有技术针对每个支路的其中一个接触器以及软启电阻，从而大大简化了对多组电池的软启动控制电路的电路结构；其次，现有技术只判断压差在一定阈值内就闭合，而本申请是先判断电池电压的高低，根据电压大小判断需要闭合的接触器，然后判断是否闭合，具有非常好的实用性。

Description

一种多支路储能变流器直流软启动控制方法及系统

技术领域

本发明涉及电子电路领域，具体是一种储能变流器的直流软启方法、多电池支路的储能变流器直流接触器闭合方法、以及多直流支路储能变流器离网启动控制方法。

背景技术

在离网应用时，储能变流器(PCS)只能通过直流侧电池给母线电容进行软起。现有的储能变流器直流软启控制方法有：

1)储能变流器通常是直流侧只有一组电池，如图1所示。软启控制时先闭合K2接触器(直流接触器)，当检测到的母线电压与电池电压的差值小于某定值后，断开K2接触器、闭合K3接触器。

2)对于多直流支路的储能变流器，如图2所示，通常是在每一个电池支路都增加一个软启接触器(由K2接触器和K3接触器构成)、一个软启电阻，这样每一组电池都可以单独进行直流软启。

由上可知，现有针对多组电池的软起控制电路复杂，而复杂的电路容易出现故障，导致整个电路的寿命缩短。本申请正是针对多组电池接入系统提供一种简洁的电路结构实现软启控制。

发明内容

在下文中给出了关于本发明实施例的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，以下概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

根据本申请的一个方面，提供一种多支路储能变流器直流软启动控制方法，所述储能变流器中的功率模块的直流侧经由直流母线和软启开关连接至多组电池，所述直流母线上连接有逆变器母线电容，功率模块的交流测串接有第零接触器和交流侧电容，多组电池分别记为第一电池、第二电池，…….，第N(N为自然数，N≥2)电池，所述软启开关包括：连接于第一电池第一侧的第一接触器、第二接触器、第一电阻、第一断路器，串接于第一电池第二侧的第二断路器，串接于第二电池第一侧的第三接触器和第三断路器，串接于第二电池第二侧的第四断路器，串接于第N电池第一侧的第(N+1)接触器和第(2N-1)断路器，串接于第N电池第二侧的第2N断路器；其中，第一接触器和第一电阻串联后与第二接触器并联连接，再与第一断路器串接；

软启动控制方法包括：

过程1：启动时，闭合第一接触器，电池通过第一接触器和第一电阻为逆变器母线电容充电；

过程2：充电过程中检测逆变器母线电容的母线电压以及各支路的电池电压，当检测到的电池电压最高的支路M(也即第M个电池，1≤M≤N)的电池电压与母线电压的差值小于某一定值m后，断开第一接触器，闭合第M个电池支路所在的接触器(即第(M+1)接触器)。此时，软启结束。

其中，本申请的软启开关可以是共正母线连接，也可以是共负线连接。共正母线连接时，所述第一侧为电池的正极，第二侧为电池的负极。共负线连接时，所述第一侧为电池的负极，第二侧为电池的正极。

作为一种进一步的方案，所述储能变流器串接有变压器时，储能变流器带变压器的软启动控制方法还包括：

在执行在过程1之前，首先检测电网侧有没有电压，如果没有电压再执行过程1和过程2；

在执行过程2之后，还执行如下过程：

过程3：闭合交流侧的第零接触器，储能变流器在V/F控制模式下控制交流侧电容电压从零开始缓慢提高电压的幅值；

过程4：检测交流侧电容电压的幅值和频率，当检测值与目标值非常相近(例如幅值的检测值与目标值小于等于5V，频率的检测值与目标值小于等于0.01HZ认为非常接近)时则带变压器软启动成功。

更进一步的，所述储能变流器串接有负载时，该软启动控制方法还包括：过程5：离网带负载过程中持续检测所有支路的电池电压，令最高电池电压所在支路的直流接触器为Kmax 1、电池电压第二高的电池所在支路接触器为Kmax 2，接下来依次是Kmax 3、Kmax4……Kmax n(n≤N+1))。离网放电过程中最先带负载的电池电压会持续下降，当Kmax 1所在支路的电压下降到幅值与Kmax 2支路的电压差值小于预设值时闭合Kmax 2，此时最高的两组电池同时给负载供电；接下来已切入的电池电压还会持续下降，直到所有的电池支路都依次切入。

根据本申请的另一方面，提供一种多支路储能变流器直流软启动控制系统，所述储能变流器中的功率模块的直流侧经由直流母线和软启开关连接至多组电池，所述直流母线上连接有逆变器母线电容，功率模块的交流测串接有第零接触器和交流侧电容，多组电池分别记为第一电池、第二电池，……，第N(N为自然数，N≥2)电池，所述软启开关包括：连接于第一电池第一侧的第一接触器、第二接触器、第一电阻、第一断路器，串接于第一电池第二侧的第二断路器，串接于第二电池第一侧的第三接触器和第三断路器，串接于第二电池第二侧的第四断路器，串接于第N电池第一侧的第(N+1)接触器和第(2N-1)断路器，串接于第N电池第二侧的第2N断路器；其中，第一接触器和第一电阻串联后与第二接触器并联连接，再与第一断路器串接；该软启动控制系统包括：

电池电压检测模块：用以检测多组电池的电池电压；

直流接触器控制模块：用以检测和控制各直流接触器的开和关；

频率模块：用以获取并输出储能变流器交流侧电压的频率信号及相位信号；

幅值模块：用以获取并输出储能变流器交流侧电压有效值的幅值信号；

电网软启动模块：分别与上述各模块连接，用以在电网软启动过程中控制储能变流器母线电容缓慢充电完成直流软启动；频率和幅值模块用以控制变流器给前端变压器励磁启动。

本申请是通过只使用一组直流软启电路达到给多电池支路PCS进行直流软起的目的，单台PCS通过V/F控制模式控制交流/侧电压缓慢升高达到给前端变压器励磁的目的。本申请与现有技术相比，首先，去除了现有技术针对每个支路的其中一个接触器以及软启电阻(参见图2，每个支路都有一个K2接触器和K3接触器以及一个软启电阻)，从而大大简化了对多组电池的软启动控制电路的电路结构；其次，现有技术只判断压差在一定阈值内就闭合，而本申请是先判断电池电压的高低，根据电压大小判断需要闭合的接触器，然后判断是否闭合，具有非常好的实用性。

附图说明

本发明可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分，而且用来进一步举例说明本发明的优选实施例和解释本发明的原理和优点。在附图中：

图1为现有单一支路的PCS的直流软启拓扑电路图；

图2为现有多支路的PCS的直流软启拓扑电路图；

图3为本专利实施例1中共正母线多直流支路的储能变流器拓扑图；

图4为本专利实施例2中共负线的多直流支路的储能变流器拓扑图；

图5为本专利实施例3中多直流支路储能变流器离网拓扑图。

具体实施方式

下面将参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语″第一″、″第二″、″第三″仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语″相连″、″连接″应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

具体的，参见图3，作为一个具体的实施例，本实施例以4组电池为例来阐述。

储能变流器中的功率模块的直流侧经由直流母线和软启开关连接至4组电池，直流母线上连接有逆变器母线电容，功率模块的交流测串接有K1接触器和交流侧电容，4组电池分别记为第一电池、第二电池，第三电池和第四电池，共正母线连接的软启开关包括：连接于第一电池的正极的K2接触器、K3接触器、电阻R1、第一断路器，串接于第一电池负极的第二断路器，串接于第二电池正极的K4接触器和第三断路器，串接于第二电池负极的第四断路器，串接于第三电池正极的K5接触器和第五断路器，串接于第三电池负极的第六断路器，串接于第四电池正极的K6接触器和第七断路器，串接于第四电池负极的第八断路器，K2接触器和电阻R1串联后与K3接触器并联连接，再与第一断路器串接。

其软启动控制方法如下：

过程1：启动时，闭合第一接触器，电池通过第一接触器和第一电阻为逆变器母线电容充电；

过程2：充电过程中检测逆变器母线电容的母线电压以及各支路的电池电压，当检测到的电池电压最高的支路M(也即第M个电池，1≤M≤4)的电池电压与母线电压的差值小于某一预设值m后，断开第一接触器，闭合第M个电池支路所在的接触器(即第(M+1)接触器)。此时，软启结束。

实施例2

本实施例中，参见图4，该软启开关为共负线连接，其他控制方法同实施例1。

实施例3

本实施例中，储能变流器串接有变压器和负载，储能变流器带变压器的软启动控制方法还包括：

执行在过程1之前，在确保机器无故障情况下，首先检测电网侧有没有电压，如果没有电压再执行过程1和过程2；

在执行过程2之后，还执行如下过程：

过程3：闭合交流侧的第零接触器，储能变流器在V/F控制模式下控制交流侧电容电压从零开始缓慢提高电压的幅值；

过程4：检测交流侧电容电压的幅值和频率，当检测值与目标值非常相近时则带变压器软启动成功。

过程5：离网带负载过程中持续检测所有支路的电池电压，令最高电池电压所在支路的直流接触器为Kmax 1、电池电压第二高的电池所在支路接触器为Kmax 2，接下来依次是Kmax 3、Kmax 4……Kmax n。离网放电过程中最先带负载的电池电压会持续下降，当Kmax1所在支路的电压下降到幅值与Kmax 2支路的电压差值小于预设值时闭合Kmax 2，此时最高的两组电池同时给负载供电；接下来已切入的电池电压还会持续下降，直到所有的电池支路都依次切入。

其中，V/F控制就是保证输出电压跟频率成正比的控制这样可以使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生，多用于风机、泵类节能型变频器用压控振荡器实现；V/F控制的原理是产生一个震荡频率的电路叫做压控震荡器，是一个压敏电容，当受到一个变化的电压时候它的容量会变化，变化的电容引起震荡频率的变化，产生变频。把这个受控的频率用于控制输出电压的频率，使得受控的电机的转速变化。

本实施例中，参见图5，本发明的多支路储能变流器直流软启动控制系统包括：

电池电压检测模块：用以检测多个电池组的电池电压；

直流接触器控制模块：用以检测和控制多个直流接触器的开和关；

频率模块：用以获取并输出储能变流器交流侧电压的频率信号及相位信号；

幅值模块：用以获取并输出储能变流器交流侧电压有效值的幅值信号；

电网软启动模块：分别与上述各模块连接，用以在电网软启动过程中控制储能变流器母线电容缓慢充电完成直流软启动；频率和幅值模块用以控制变流器给前端变压器励磁启动。

本申请是通过只使用一组直流软启电路达到给多电池支路PCS进行直流软起的目的，单台PCS通过V/F控制模式控制交流/侧电压缓慢升高达到给前端变压器励磁的目的。

应该强调，术语″包括/包含″在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

在上述实施例和示例中，采用了数字组成的附图标记来表示各个步骤和/或单元。本领域的普通技术人员应理解，这些附图标记只是为了便于叙述和绘图，而并非表示其顺序或任何其他限定。

此外，本发明的方法不限于按照说明书中描述的时间顺序来执行，也可以按照其他的时间顺序地、并行地或独立地执行。因此，本说明书中描述的方法的执行顺序不对本发明的技术范围构成限制。

尽管上面已经通过对本发明的具体实施例的描述对本发明进行了披露，但是，应该理解，上述的所有实施例和示例均是示例性的，而非限制性的。本领域的技术人员可在所附权利要求的精神和范围内设计对本发明的各种修改、改进或者等同物。这些修改、改进或者等同物也应当被认为包括在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种多支路储能变流器直流软启动控制方法，其特征在于：所述储能变流器中的功率模块的直流侧经由直流母线和软启开关连接至多组电池，所述直流母线上连接有逆变器母线电容，功率模块的交流测串接有第零接触器和交流侧电容，多组电池分别记为第一电池、第二电池，......，第N电池，所述软启开关包括：连接于第一电池第一侧的第一接触器、第二接触器、第一电阻、第一断路器，串接于第一电池第二侧的第二断路器，串接于第二电池第一侧的第三接触器和第三断路器，串接于第二电池第二侧的第四断路器，串接于第N电池第一侧的第(N+1)接触器和第(2N-1)断路器，串接于第N电池第二侧的第2N断路器；其中，第一接触器和第一电阻串联后与第二接触器并联连接，再与第一断路器串接；

软启动控制方法包括：

过程1：启动时，闭合第一接触器，电池通过第一接触器和第一电阻为逆变器母线电容充电；

过程2：充电过程中检测逆变器母线电容的母线电压以及各支路的电池电压，当检测到的电池电压最高的支路M的电池电压与母线电压的差值小于某一预设值后，断开第一接触器，闭合支路M所在的接触器。

2.根据权利要求1所述的多支路储能变流器直流软启动控制方法，其特征在于：所述软启开关为共正母线连接，即：所述第一侧为电池的正极，第二侧为电池的负极。

3.根据权利要求1所述的多支路储能变流器直流软启动控制方法，其特征在于：所述软启开关为共负线连接，即：所述第一侧为电池的负极，第二侧为电池的正极。

4.根据权利要求1-3任一所述的多支路储能变流器直流软启动控制方法，其特征在于：所述储能变流器串接有变压器时，储能变流器带变压器的软启动控制方法还包括：

在执行在过程1之前，首先检测电网侧有没有电压，如果没有电压再执行过程1和过程2；

在执行过程2之后，还执行如下过程：

过程3：闭合交流侧的第零接触器，储能变流器在V/F控制模式下控制交流侧电容电压从零开始缓慢提高电压的幅值；

过程4：检测交流侧电容电压的幅值和频率，当检测值与目标值非常相近时则带变压器软启动成功。

5.根据权利要求4所述的多支路储能变流器直流软启动控制方法，其特征在于：所述储能变流器串接有负载时，该软启动控制方法还包括：

过程5：离网带负载过程中持续检测所有支路的电池电压，令最高电池电压所在支路的直流接触器为Kmax1、电池电压第二高的电池所在支路接触器为Kmax2，接下来依次是Kmax3、Kmax4......Kmax n(n≤N+1))；

离网放电过程中最先带负载的电池电压会持续下降，当Kmax1所在支路的电压下降到幅值与Kmax2支路的电压差值小于预设值时闭合Kmax2，此时最高的两组电池同时给负载供电；接下来已切入的电池电压持续下降，直到所有的电池支路依次切入。

6.一种多支路储能变流器直流软启动控制系统，其特征在于：所述储能变流器中的功率模块的直流侧经由直流母线和软启开关连接至多组电池，所述直流母线上连接有逆变器母线电容，功率模块的交流测串接有第零接触器和交流侧电容，多组电池分别记为第一电池、第二电池，......，第N(电池，所述软启开关包括：连接于第一电池第一侧的第一接触器、第二接触器、第一电阻、第一断路器，串接于第一电池第二侧的第二断路器，串接于第二电池第一侧的第三接触器和第三断路器，串接于第二电池第二侧的第四断路器，串接于第N电池第一侧的第(N+1)接触器和第(2N-1)断路器；其中，串接于第N电池第二侧的第2N断路器，第一接触器和第一电阻串联后与第二接触器并联连接，再与第一断路器串接；该软启动控制系统包括：

电池电压检测模块：用以检测多组电池的电池电压；

直流接触器控制模块：用以检测和控制各直流接触器的开和关；

频率模块：用以获取并输出储能变流器交流侧电压的频率信号及相位信号；

幅值模块：用以获取并输出储能变流器交流侧电压有效值的幅值信号；

电网软启动模块：分别与上述各模块连接，用以在电网软启动过程中控制储能变流器母线电容缓慢充电完成直流软启动；频率和幅值模块用以控制变流器给前端变压器励磁启动。