CN110707742B - 一种多变流器并联离网启动控制系统及启动方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多变流器并联离网启动控制系统及启动方法，包括：主机启动后采用VF下垂控制，在主机相位过零点处生成相位同步信号，并将相位同步信号发送给各从机；各从机在启动时均采用电流下垂控制，根据接收到的相位同步信号计算有功电流指令，根据机端电压幅值计算无功电流指令，根据计算出的有功电流指令和无功电流指令控制运行；电压建立后，各从机转换为VF下垂控制。本发明有效解决了由于站内线路无功负荷超过单机容量以及多个变流器技术参数不一致，导致多机并联离网无法可靠启动的问题。

Description

一种多变流器并联离网启动控制系统及启动方法

技术领域

本发明涉及一种多变流器并联离网启动控制系统及启动方法，属于分布式电源并联运行控制技术领域。

背景技术

储能是提升传统电力系统灵活性、经济性和安全性的重要手段，是推动主体能源由化石能源向可再生能源更替的关键技术，是构建能源互联网、推动电力体制改革和促进能源新业态发展的核心基础。储能系统参与电网调压调频、降低峰谷差、平抑波动以及提高新型可再生能源本地消纳等方面的应用，目前己经得到广泛研究，并取得了大量的技术成果。

受电池成组技术条件限制，储能系统通常采用多机分散接入、集群运行的方式参与电网调节，但是随着储能装机容量的增大，储能集群运行仍面临着诸多难题。例如，常规多机并联离网启动时，通常由一台机组建立电压后，其他机组同期并入，但随着电站规模增大，站内线路无功负荷超过单机容量以及多个变流器技术参数不一致，导致常规方法往往无法满足启动要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种多变流器并联离网启动控制系统及启动方法，用于解决现有方法无法满足多机并联离网启动要求的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种多变流器并联离网启动方法，步骤如下：

主机启动后采用VF下垂控制，在主机相位过零点处生成相位同步信号，并将相位同步信号发送给各从机；

各从机在启动时均采用电流下垂控制，根据接收到的相位同步信号计算有功电流指令，根据机端电压幅值计算无功电流指令，根据所述有功电流指令和无功电流指令控制运行；

电压建立后，各从机转换为VF下垂控制。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种多变流器并联离网启动控制系统，包括处理器和存储器，所述处理器用于处理存储在所述存储器中的指令以实现如下方法：

主机启动后采用VF下垂控制，在主机相位过零点处生成相位同步信号，并将相位同步信号发送给各从机；

各从机在启动时均采用电流下垂控制，根据接收到的相位同步信号计算有功电流指令，根据机端电压幅值计算无功电流指令，根据所述有功电流指令和无功电流指令控制运行；

电压建立后，各从机转换为VF下垂控制。

本发明的有益效果是：通过使主机采用VF下垂控制，并根据主机相位生成同步信号，各从机采用电流下垂控制，并根据同步信号以及机端电压来确定电流下垂控制中的有功电流指令和无功电流指令，这样在启动过程中，网内负荷电流由并联机组根据各自下垂系数自动分配，另一方面，各机组采用相位同步控制，避免了因相位检测环节的技术参数差异，导致的各机组基准相位偏差和振荡问题，使得多机并联离网可靠启动，有效解决了站内线路无功负荷超过单机容量，以及多个变流器技术参数不一致，导致多机并联离网无法启动的问题。

作为方法和装置的进一步改进，为了实现从机的可靠控制，电流下垂控制包括倒下垂环和第一电流环，倒下垂环的输出作为第一电流环的电流指令，计算公式为：

其中，I_{d_ref}为从机的d轴电流指令，I_{q_ref}为从机的q轴电流指令，k_d为从机有功电流下垂系数，k_q为从机无功电流下垂系数，ω₀为从机输出额定角频率，U₀为从机额定输出电压幅值，u为从机机端电压幅值，ω_avg为主机输出电压的平均角频率，ω_avg＝2π/T，T为相位同步信号的周期。

作为方法和装置的进一步改进，为了实现主机的可靠控制，VF下垂控制包括下垂环、电压环和第二电流环，电压环的输出作为第二电流环的指令，下垂环的控制方程为：

其中，u_dref为电压环中的d轴电压指令，U₀为主机的额定功率，Q为无功功率，P为有功功率，m为P-f下垂系数，n为Q-u下垂系数，f₀为主机额定频率，f为主机频率，ωt为主机相位。

作为方法和装置的进一步改进，为了实现从机的可靠控制，生成相位同步信号的过程为：在主机相位的每个过零点处，生成一个脉冲信号，所述脉冲信号的脉冲宽度小于主机相位周期。

作为方法和装置的进一步改进，为了防止VF下垂控制中的第二电流环中的电流指令过大，对VF下垂控制中的第二电流环中的电流指令进行限幅，限幅公式为：

其中，I_max为主机最大输出电流，I_dref为主机的d轴电流指令，I_qref为主机的q轴电流指令。

附图说明

图1是本发明的VF下垂控制的控制框图；

图2是本发明的在主机相位过零点处生成的相位同步信号的时序图；

图3是本发明的电流下垂控制的控制框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

多变流器并联离网启动方法实施例：

本实施例提供了一种多变流器并联离网启动方法，解决了网络负荷远大于单个变流器容量以及技术参数不一致的多变流器并联零压启动时的负荷分配问题，该方法具体包括以下步骤：

(1)主机启动后采用VF下垂控制，在主机相位过零点处生成相位同步信号，并将相位同步信号发送给各从机。

其中，具体的，这里的主机是指多变流器并联离网启动时具有自启动功能的一台变流器，其他的变流器统称为从变流器。主机采用VF下垂控制的控制框图如图1所示，该VF下垂控制包括下垂环、电压环和电流环，下垂环的控制方程为：

其中，u_dref为电压环中的d轴电压指令，U₀为主机的额定功率，Q为无功功率，P为有功功率，m为P-f下垂系数，设为0.01(pu)，n为Q-u下垂系数，设为0.1(pu)，f₀为主机额定频率，f为主机频率，ωt为主机相位。

如图1所示，在电压环中，令q轴电压指令u_qref为0，将电压环的输出作为电流环的指令，如图1所示，此时有：电压环中的d轴电压指令u_dref与主机机端电压d轴分量u_d的差值经过PI控制得到电流环中的主机的d轴电流指令I_dref；0与主机机端电压q轴分量u_q的差值经过PI控制得到电流环中的主机的q轴电流指令I_qref。

如图1所示，在电流环中，将主机的d轴电流指令I_dref与主机交流电流d轴分量i_d的差值经过PI控制后输入到SVPWM模块中；将主机的q轴电流指令I_qref与主机交流电流q轴分量i_q的差值经过PI控制后输入到SVPWM模块中；将下垂环中获取的主机相位ωt也输入到SVPWM模块中，生成PWM波对主机进行控制。

另外，为了保证可靠启动，VF下垂控制中的电流环中的电流指令进行限幅，即对电压环的输出进行动态限幅后作为电流环的指令，动态限幅值如下：

其中，I_max为主机(变流器)最大输出电流，在本实施例中，I_max设置为1.1pu。

在主机相位过零点处生成的相位同步信号的时序如图2所示，其中，在主机的相位过零点处，对应同步信号上升沿，同步信号脉宽为D，有D＜T，T为同步信号周期，也就是主机相位周期。本实施例中，采用光纤通讯手拉手方式，将主机生成的同步信号传递给各个从机。

(2)各从机在启动时均采用电流下垂控制，根据接收到的相位同步信号计算有功电流指令，根据机端电压幅值计算无功电流指令，并根据有功电流指令和无功电流指令控制运行。

其中，各从机接收到主机下发的相位同步信号后，检测相邻两个上升沿的相隔时间T，T为相位同步信号的周期，在一个周期T内，从机计算主机输出电压的平均角频率ω_avg＝2π/T，则从机相位为ω_avg·t。

根据主机输出电压的平均角频率ω_avg，从机在启动时采用电流下垂控制，其对应的控制框图如图3所示。该电流下垂控制包括倒下垂环、电流环两层结构，从机的d轴电流指令I_{d_ref}和从机的q轴电流指令I_{q_ref}由倒下垂控制得到：

其中，U₀为从机额定输出电压幅值，u为从机机端电压幅值，k_d和k_q为分别为从机有功电流下垂系数和无功电流下垂系数，分别设为100(pu)、10(pu)，ω₀为从机输出额定角频率。

如图3所示，在电流环中，将从机的d轴电流指令I_{d_ref}与从机交流电流d轴分量i_d的差值经过PI控制后输入到SVPWM模块中；将从机的q轴电流指令I_{q_ref}与从机交流电流q轴分量i_q的差值经过PI控制后输入到SVPWM模块中；将从机相位ω_avg·t也输入到SVPWM模块中，生成PWM波对从机进行控制。

(3)黑启动电压建立后，各从机采用VF下垂控制。

其中，在黑启动电压建立后，即系统电压达到额定附近并稳定后，各从机均转为VF下垂控制，此时所有主从机均工作于图1所示VF下垂控制。当然，作为其他的实施方式，主机采用的VF下垂控制以及从机采用的电流下垂控制并不局限于图1和图3中给出的控制逻辑，也可以采用现有技术中的已有的其他控制逻辑。

多变流器并联离网启动控制系统实施例：

本实施例提供了一种多变流器并联离网启动控制系统，该控制系统用于对多变流器并联离网启动中的各个变流器进行控制，以实现可靠启动。具体的，该多变流器并联离网启动控制系统包括处理器和存储器，该处理器用于处理存储在存储器中的指令，以实现上述的多变流器并联离网启动方法。由于该多变流器并联离网启动方法已经在上述的多变流器并联离网启动方法实施例中进行了详细介绍，此处不再赘述。

最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多变流器并联离网启动方法，其特征在于，步骤如下：

主机启动后采用VF下垂控制，在主机相位过零点处生成相位同步信号，并将相位同步信号发送给各从机；

各从机在启动时均采用电流下垂控制，电流下垂控制包括倒下垂环和第一电流环，倒下垂环的输出作为第一电流环的电流指令，计算公式为：

其中，I_{d_ref}为从机的d轴电流指令，I_{q_ref}为从机的q轴电流指令，k_d为从机有功电流下垂系数，k_q为从机无功电流下垂系数，ω₀为从机输出额定角频率，U₀为从机额定输出电压幅值，u为从机机端电压幅值，ω_avg为主机输出电压的平均角频率，ω_avg＝2π/T，T为相位同步信号的周期；根据接收到的相位同步信号计算有功电流指令，根据机端电压幅值计算无功电流指令，根据所述有功电流指令和无功电流指令控制运行；

电压建立后，各从机转换为VF下垂控制。

2.根据权利要求1所述的多变流器并联离网启动方法，其特征在于，VF下垂控制包括下垂环、电压环和第二电流环，电压环的输出作为第二电流环的指令，下垂环的控制方程为：

其中，u_dref为电压环中的d轴电压指令，U₀为主机的额定功率，Q为无功功率，P为有功功率，m为P-f下垂系数，n为Q-u下垂系数，f₀为主机额定频率，f为主机频率，ωt为主机相位。

3.根据权利要求1所述的多变流器并联离网启动方法，其特征在于，生成相位同步信号的过程为：在主机相位的每个过零点处，生成一个脉冲信号，所述脉冲信号的脉冲宽度小于主机相位周期。

4.根据权利要求2所述的多变流器并联离网启动方法，其特征在于，对VF下垂控制中的第二电流环中的电流指令进行限幅，限幅公式为：

其中，I_max为主机最大输出电流，I_dref为主机的d轴电流指令，I_qref为主机的q轴电流指令。

5.一种多变流器并联离网启动控制系统，其特征在于，包括处理器和存储器，所述处理器用于处理存储在所述存储器中的指令以实现如下方法：

主机启动后采用VF下垂控制，在主机相位过零点处生成相位同步信号，并将相位同步信号发送给各从机；

各从机在启动时均采用电流下垂控制，电流下垂控制包括倒下垂环和第一电流环，倒下垂环的输出作为第一电流环的电流指令，计算公式为：

其中，I_{d_ref}为从机的d轴电流指令，I_{q_ref}为从机的q轴电流指令，k_d为从机有功电流下垂系数，k_q为从机无功电流下垂系数，ω₀为从机输出额定角频率，U₀为从机额定输出电压幅值，u为从机机端电压幅值，ω_avg为主机输出电压的平均角频率，ω_avg＝2π/T，T为相位同步信号的周期；

根据接收到的相位同步信号计算有功电流指令，根据机端电压幅值计算无功电流指令，根据所述有功电流指令和无功电流指令控制运行；

电压建立后，各从机转换为VF下垂控制。

6.根据权利要求5所述的多变流器并联离网启动控制系统，其特征在于，VF下垂控制包括下垂环、电压环和第二电流环，电压环的输出作为第二电流环的指令，下垂环的控制方程为：

其中，u_dref为电压环中的d轴电压指令，U₀为主机的额定功率，Q为无功功率，P为有功功率，m为P-f下垂系数，n为Q-u下垂系数，f₀为主机额定频率，f为主机频率，ωt为主机相位。

7.根据权利要求5所述的多变流器并联离网启动控制系统，其特征在于，生成相位同步信号的过程为：在主机相位的每个过零点处，生成一个脉冲信号，所述脉冲信号的脉冲宽度小于主机相位周期。

8.根据权利要求6所述的多变流器并联离网启动控制系统，其特征在于，对VF下垂控制中的第二电流环中的电流指令进行限幅，限幅公式为：

其中，I_max为主机最大输出电流，I_dref为主机的d轴电流指令，I_qref为主机的q轴电流指令。