CN112994219A - 用于双路交流源无缝切换系统的同期并网控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力电子控制技术领域，公开一种用于双路交流源无缝切换系统的同期并网控制方法，以实现双路电源切换过程中对负荷无冲击，保证了用户负荷供电的连续性，从而满足用户负荷安全、可靠、稳定、连续的供电需求。本发明方法包括：通过与两个切换的电源支路及用户负载关联的具功率器件的电力电子智能模块支路的模式切换，并依托电力电子智能模块的在相应的控制中断根据步长调整相位和幅值，使得双电源切换过程中对负荷电压电流无冲击，实现了柔性无缝切换，也实现了负荷供电的连续性，保证了负荷连续、稳定、可靠的供电。

Description

用于双路交流源无缝切换系统的同期并网控制方法

技术领域

本发明涉及电力电子控制技术领域，尤其涉及一种用于双路交流源无缝切换系统的同期并网控制方法。

背景技术

智能化是电网安全、可靠、高效运行的重要保障。数字经济下，国家大力推动配电网的智能化升级改造，智能电网的发展和能源互联网的兴起给电力系统的供电提出了更多的要求，能够实现不间断供电，更高的安全性，支持与用户的互动，实现电网及其设备的可视化管理；

配电网开关柜是用户和配电系统的网络枢纽，其智能化和可靠运行不仅关系到电网安全，还会影响用户对电力企业的直接印象，用户与电力企业的共同需求，成为传统开关柜智能升级的重要驱动力。传统配电网开关柜存在寿命短和机械开关的分合时间长，都在100ms以上，在双路电源切换过程中不能保证敏感负荷供电的连续性等问题，如何利用现代电力电子技术来克服传统开关柜的缺点并使其满足配电网智能化的需求，是一个非常有价值的理论课题和实践课题，也是广大研究工作者们所面临的一个新的挑战。

针对传统配电网开关柜存在的不足和缺点，可自主研发了一套双路交流源无缝切换系统，在双路电源通过切换系统给负荷供电的系统中，当其中一路电源发生故障时，负荷的供电从故障电源快速切换到另一路电源，实现了用户负荷供电的连续性。但由于双路电源是相互独立的，会存在电压幅值和相位不同步的问题，直接切换会产生电压和电流冲击，影响用户负荷供电稳定性，针对此问题，本发明提出一种用于双路交流源无缝切换系统的同期并网控制方法，采用该方法使装置输出电压幅值和相位向另一路电源平滑调整，直至同步，实现双路电源切换过程中对负荷无冲击，保证了用户负荷供电的连续性，从而满足用户负荷安全、可靠、稳定、连续的供电需求。

发明内容

本发明目的在于公开一种用于双路交流源无缝切换系统的同期并网控制方法，以实现双路电源切换过程中对负荷无冲击，保证了用户负荷供电的连续性，从而满足用户负荷安全、可靠、稳定、连续的供电需求。

为达上述目的，本发明方法包括：

a)、通过电压传感器检测电源B的三相电压，把所述三相电压通过数字锁相环得到电源B电压角度并记为θ_B；

b)、以所述三相电压的瞬时值通过方均根值计算出电源B三相电压有效值，把三相电压有效值取平均值并记为U_B；

c)、把双电源切换过程中电力电子智能模块支路输出电压幅值和相位分别记为U_ref和θ_ref；

d)、把双电源切换过程中判断出故障电源A支路晶闸管已关断的时刻记为t₁，并将电力电子智能模块支路切换至电压源型电压闭环控制模式；把t₁时刻电源B的电压平均值和锁相角度分别记为U_B1和θ_B1；把t₁时刻电力电子智能模块支路输出电压的幅值和相位分别记为U_ref1和θ_ref1；

e)、把电源B和电力电子智能模块支路在t₁时刻的电压幅值差记为ΔU_BR，其中，ΔU_BR＝U_B1-U_ref1；把电源B和电力电子智能模块支路在t₁时刻的电压相位差记为Δθ_BR，其中，Δθ_BR＝θ_B1-θ_ref1；把同期并网控制过程电子智能模块支路输出电压幅值和相位的调整时长记为T₁，把幅值调整步长记为U_step，其中，U_step＝ΔU_BR/T₁；把相位调整步长记为θ_step，其中，θ_step＝Δθ_BR/T₁；

f)、依据所述相位差Δθ_BR，在所述电力电子智能模块的每个控制中断根据相位调整步长θ_step控制支路输出电压的相位θ_ref，直至电力电子智能模块支路输出电压的相位和电源B同步；

g)、依据所述幅值差ΔU_BR，在所述电力电子智能模块的每个控制中断根据幅值调整步长U_step控制支路输出电压的相位U_ref，直至电力电子智能模块支路输出电压的幅值和电源B同步；

h)、在电力电子智能模块支路输出电压和电源B的幅值及相位调整至一致以实现同期的时刻t₂后，控制电源B支路的晶闸管导通，同时把电力电子智能模块支路的控制方式由电压源电压闭环控制切换为电流源并网有源整流方式，有源整流方式的工作时长记为T₂；

i)、在t₃时刻，当电力电子智能模块支路的有源整流工作方式定时结束，停止电力电子智能模块支路功率器件的驱动信号使得功率器件封波停止输出，本次双电源切换过程完成；然后将电力电子智能模块支路切换至备用状态，等待下一个双路电源切换发生。

本发明具有以下有益效果：

采用同期并网的控制方法，通过与两个切换的电源支路及用户负载关联的具功率器件的电力电子智能模块支路的模式切换，并依托电力电子智能模块的在相应的控制中断根据步长调整相位和幅值，使得双电源切换过程中对负荷电压电流无冲击，实现了柔性无缝切换，也实现了负荷供电的连续性，保证了负荷连续、稳定、可靠的供电。

下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是双路交流源无缝切换系统拓扑结构。

图2是双路电源切换过程中同期并网的波形示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1

本实施例公开一种用于双路交流源无缝切换系统的同期并网控制方法。

如图1所示，双路交流源无缝切换系统拓扑结构主要由电源A支路、电源B支路，电力电子智能模块支路组成。对应的同期并网控制方法包括以下步骤：

a)、通过电压传感器检测电源B的三相电压，把所述三相电压通过数字锁相环得到电源B电压角度并记为θ_B。

b)、以所述三相电压的瞬时值通过方均根值计算出电源B三相电压有效值，把三相电压有效值取平均值并记为U_B。

c)、把双电源切换过程中电力电子智能模块支路输出电压幅值和相位分别记为U_ref和θ_ref。

d)、把双电源切换过程中判断出故障电源A支路晶闸管已关断的时刻记为t₁，并将电力电子智能模块支路切换至电压源型电压闭环控制模式；把t₁时刻电源B的电压平均值和锁相角度分别记为U_B1和θ_B1；把t₁时刻电力电子智能模块支路输出电压的幅值和相位分别记为U_ref1和θ_ref1。

e)、把电源B和电力电子智能模块支路在t₁时刻的电压幅值差记为ΔU_BR，其中，ΔU_BR＝U_B1-U_ref1；把电源B和电力电子智能模块支路在t₁时刻的电压相位差记为Δθ_BR，其中，Δθ_BR＝θ_B1-θ_ref1；把同期并网控制过程电子智能模块支路输出电压幅值和相位的调整时长记为T₁，把幅值调整步长记为U_step，其中，U_step＝ΔU_BR/T₁；把相位调整步长记为θ_step，其中，θ_step＝Δθ_BR/T₁。

f)、依据所述相位差Δθ_BR，在所述电力电子智能模块的每个控制中断根据相位调整步长θ_step控制支路输出电压的相位θ_ref，直至电力电子智能模块支路输出电压的相位和电源B同步。

g)、依据所述幅值差ΔU_BR，在所述电力电子智能模块的每个控制中断根据幅值调整步长U_step控制支路输出电压的相位U_ref，直至电力电子智能模块支路输出电压的幅值和电源B同步。

h)、在电力电子智能模块支路输出电压和电源B的幅值及相位调整至一致以实现同期的时刻t₂后，控制电源B支路的晶闸管导通，同时把电力电子智能模块支路的控制方式由电压源电压闭环控制切换为电流源并网有源整流方式，有源整流方式的工作时长记为T₂。

i)、在t₃时刻，当电力电子智能模块支路的有源整流工作方式定时结束，停止电力电子智能模块支路功率器件的驱动信号使得功率器件封波停止输出，本次双电源切换过程完成；然后将电力电子智能模块支路切换至备用状态，等待下一个双路电源切换发生。其中，在相位同步后，直至电力电子智能模块支路的有源整流工作方式定时结束的过程中，功率器件一直处于并网热备用过程，等待切换。

综上，双电源切换系统在切换过程中，存在由功率器件供电到B路支路供电的过程，功率器件首先工作在电压源电压闭环控制模式，这个时候由功率器件向负荷供电，当检测到B路电压正常时，功率器件开始同步B路电压相位，当相位同步时，功率器件由电压闭环控制模式切换为电流源并网工作模式，此时由B路电压为负荷供电，功率器件处于并网热备用模式。图2是双路电源切换过程中同期并网的波形，从图中可以看出，在双电源切换过程中，双路电源无冲击，负载电压电流连续、平滑稳定、无波动。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种用于双路交流源无缝切换系统的同期并网控制方法，其特征在于，包括：

a)、通过电压传感器检测电源B的三相电压，把所述三相电压通过数字锁相环得到电源B电压角度并记为θ_B；

b)、以所述三相电压的瞬时值通过方均根值计算出电源B三相电压有效值，把三相电压有效值取平均值并记为U_B；

c)、把双电源切换过程中电力电子智能模块支路输出电压幅值和相位分别记为U_ref和θ_ref；

d)、把双电源切换过程中判断出故障电源A支路晶闸管已关断的时刻记为t₁，并将电力电子智能模块支路切换至电压源型电压闭环控制模式；把t₁时刻电源B的电压平均值和锁相角度分别记为U_B1和θ_B1；把t₁时刻电力电子智能模块支路输出电压的幅值和相位分别记为U_ref1和θ_ref1；

e)、把电源B和电力电子智能模块支路在t₁时刻的电压幅值差记为ΔU_BR，其中，ΔU_BR＝U_B1-U_ref1；把电源B和电力电子智能模块支路在t₁时刻的电压相位差记为Δθ_BR，其中，Δθ_BR＝θ_B1-θ_ref1；把同期并网控制过程电子智能模块支路输出电压幅值和相位的调整时长记为T₁，把幅值调整步长记为U_step，其中，U_step＝ΔU_BR/T₁；把相位调整步长记为θ_step，其中，θ_step＝Δθ_BR/T₁；

f)、依据所述相位差Δθ_BR，在所述电力电子智能模块的每个控制中断根据相位调整步长θ_step控制支路输出电压的相位θ_ref，直至电力电子智能模块支路输出电压的相位和电源B同步；

g)、依据所述幅值差ΔU_BR，在所述电力电子智能模块的每个控制中断根据幅值调整步长U_step控制支路输出电压的相位U_ref，直至电力电子智能模块支路输出电压的幅值和电源B同步；

h)、在电力电子智能模块支路输出电压和电源B的幅值及相位调整至一致以实现同期的时刻t₂后，控制电源B支路的晶闸管导通，同时把电力电子智能模块支路的控制方式由电压源电压闭环控制切换为电流源并网有源整流方式，有源整流方式的工作时长记为T₂；

i)、在t₃时刻，当电力电子智能模块支路的有源整流工作方式定时结束，停止电力电子智能模块支路功率器件的驱动信号使得功率器件封波停止输出，本次双电源切换过程完成；然后将电力电子智能模块支路切换至备用状态，等待下一个双路电源切换发生。

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