CN113659622A - 一种实现两台并联运行逆变器主从机无缝切换控制方法 - Google Patents
一种实现两台并联运行逆变器主从机无缝切换控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113659622A CN113659622A CN202110940386.4A CN202110940386A CN113659622A CN 113659622 A CN113659622 A CN 113659622A CN 202110940386 A CN202110940386 A CN 202110940386A CN 113659622 A CN113659622 A CN 113659622A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- controller
- switching
- slave
- state
- voltage
- 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.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 78
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 18
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims description 17
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 10
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 10
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 9
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 6
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000010354 integration Effects 0.000 claims description 3
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 5
- 238000004088 simulation Methods 0.000 abstract description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 4
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 240000006829 Ficus sundaica Species 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
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
-
- 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
- H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
- H02M1/088—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the simultaneous control of series or parallel connected semiconductor devices
- H02M1/092—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the simultaneous control of series or parallel connected semiconductor devices the control signals being transmitted optically
-
- 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
- H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
-
- 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
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
-
- 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
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A30/00—Adapting or protecting infrastructure or their operation
- Y02A30/60—Planning or developing urban green infrastructure
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了属于电力电子技术领域的一种实现两台并联运行逆变器主从机无缝切换控制方法,具体说是基于占空比同步的电力电子变压器主从切换控制方法。所述两台并联运行的逆变器系统,其中一台逆变器称为主机,另一台称为从机,其中主机采取三相独立的电压PR控制方法,从机采取两相旋转坐标系下的PI控制方法,主从切换时,两台并联逆变器同时改变控制器模式,通过占空比跟随和初始值给定方法实现主从机;的无缝切换;保证两台逆变器切换时序按照设计的“主机先切换,从机再切换”的时序进行;实验和仿真结果表明,该方法在不影响稳态性能的前提下,提升了系统主从切换瞬间的稳定性,为电力电子变压器集群运行提供了技术支撑。
Description
技术领域
本发明属于电力电子技术领域。特别涉及一种实现两台并联运行逆变器主从机无缝切换控制方法,具体说是基于占空比同步的电力电子变压器主从切换控制方法。
背景技术
受到温室效应、环境污染和化石能源危机的影响,新能源正在逐渐成为主要的电力来源。相较于传统的集中式的火力发电,光伏、风能等新能源发电在地理上具有分散性,在时间上具有间歇性,在发电出力上具有随机性,容易对电网产生冲击。由电力电子变换器构成的微网,由于具有灵活性和多种辅助功能,正在成为主要的新能源接入公共电网的方式。
在构成交流微网的结构中,主从式结构和对等式结构为最主要的两种结构。以图1所示的两台并联运行的逆变器系统为例,如果其中一台逆变器的控制对象为输出电压,通常称为主机,另一台或多台逆变器的控制目标为输出功率,通常称为从机,那么这样的微网结构就是主从式结构。如果图中逆变器的控制选取相同的控制策略,那么每台逆变器的地位是相同的,无主从之分,也就是对等式的微网结构。主从式和对等式的微网结构目前都有广泛的应用。由于主从式的结构中,只有一台主机负责维持公共连接点的电压稳定,如果主机出现故障或者需要检修,那么就需要有其他逆变器切换工作模式,由从机变为主机,也就是本文所提到的主从切换。
主从切换不对逆变器的电路结构和控制器进行更换,只是对控制器内部的控制算法进行更改,因此理论上可以做到不停机情况下主机和从机身份的无缝转换。针对主从机切换控制方法,现有的研究思路主要是通过对主机和从机控制器的控制结构进行精细的设计,使得两种控制方法具有相似的控制结构,在进行切换时部分控制环节保持不变,利用控制器的惯性来实现两种控制结构的无缝切换。但是由于这种方法对两种模式下的控制结构有较高一致性要求,因此限制了其他控制策略的使用。
从控制器和主电路的角度来看,主电路在切换瞬间的状态一定是连续的,而控制器是数字化的离散系统,在切换后可以通过设置控制器内部积分器初值的方式,使得切换前后控制器的输出也能保持连续,由于主电路状态量在切换瞬间不发生突变,所以可以保证切换瞬间控制器的误差输入基本为零,输入和输出与切换前匹配,因此可以认为立刻进入稳态,从而避免了切换瞬间的电压电流波动。
针对主从式微网逆变器,主机选取三相独立的电压PR控制方法、从机选取旋转坐标系下的电流PI控制方法,设计了一套基于输出占空比同步的主从机平滑切换控制方法。该方法的核心是通过在切换前让主机的电压控制器的输出跟随从机的功率控制器输出,实现切换瞬间主机的电压控制器输出状态连续;切换瞬间给从机的功率控制器赋初始值的方式,实现切换瞬间从机控制器输出状态连续。该方法可以提升主从切换瞬间的电压电流稳定性,并且不依赖于两种控制结构之间的一致性,以适用于一台2MW的电能路由器低压交流端口的主从切换。
发明内容
本发明的目的是提出一种实现两台并联运行逆变器主从机无缝切换控制方法,其特征在于,所述两台并联运行的逆变器系统,其中一台逆变器设为主机或主机模式,并连接1#控制器,1#控制器分别连接1#有限状态机和一台电流电压传感器;1#控制器控制对象为输出电压,则称为电压控制器;另一台逆变器设为从机或从机模式,并连接2#控制器,2#控制器分别连接2#有限状态机和另一台电流电压传感器;2#控制器的控制目标为输出功率,则称为功率控制器;1#有限状态机和2#有限状态机双向互连;并共同连接集群控制器;集群控制器分别向1#有限状态机、2#有限状态机发送切换指令,在发生主从模式切换时要保证负载侧电压电流不发生大的波动;即主从机无缝切换;其核心是通过在切换前让主机的电压控制器输出跟随从机的功率控制器输出,实现切换瞬间从机控制器输出状态连续;并联端口的两台逆变器之间的主从切换协调进行,以保证两台逆变器切换时序按照设计的“主机先切换,从机再切换”的时序进行;具体步骤如下:
(1)每个有限状态机负责接收切换指令、协调两台逆变器之间的切换时序、为每一台控制器的主从模式切换下发指令;
(2)为主模式的电压控制器采取三相静止坐标系下的电压PR谐振控制方法,为从模式的功率控制器采取两相旋转坐标系下的功率PI控制方法,通过占空比跟随和初始值给定方法实现主从机;的无缝切换;电压控制器在从机状态下运行跟随算法,只让电压控制器跟随功率控制器的输出,但不输出到驱动;电压控制器在主机状态下正常运行和输出;从模式切换为主模式时,通过同步算法给电压控制器初始化,保证切换前后从机的控制器输出状态连续;
(3)功率控制器在主机状态下只运行锁相环模块,不输出到驱动;在从机模式下正常运行和输出。
所述步骤(2)中从模式切换为主模式时通过同步算法给电压控制器初始化,具体是从模式切换为主模式时通过PI控制器赋初值方式给功率控制器初始化,保证切换前后从机控制器输出状态连续;其作用是根据当前控制器工作模式、切换状态和切换指令的信息判断控制器状态流向,具体方法为:
2-1有限状态机根据当前控制器工作模式、切换状态和切换指令等信息判断控制器状态流向;其中工作模式分为主工作模式和从工作模式,切换状态分为切换准备状态、切换进行状态、切换完成等待状态和切换失败状态;
2-2控制器接收到切换指令之后开始切换流程,主机先从切换准备状态进入到切换进行状态,同时给从机发出状态标志,从机检测到主机的状态标志为切换进行状态后也从切换准备状态进入到切换进行状态;
2-3)切换流程继续进行,主机检测到从机进入切换进行状态后进入到切换完成等待状态,给下层的控制器发出模式切换指令,同时给从机发出状态标志,从机检测到主机的状态标志也从切换进行状态进入到切换完成等待状态;
2-4主机在切换完成等待状态维持一段时间后恢复到切换准备状态,从机在一个控制周内也从切换完成等待状态恢复到切换准备状态。
所述步骤2-2控制器接收到切换指令之后开始切换流程,电压控制器和功率控制器的形态转换步骤为:
221,.电压控制器在从机状态下只进行运算,不进行输出,电压控制器的结构、参数和数据存储在两种工作模式下不变;主机状态下输入为电压参考、采样电压以及采样电流,从机状态下分别用功率控制器的输出和电压控制器的输出替换参考电压和反馈电压输入;
222,从机向主机切换时,电压控制器从跟随状态变为输出状态,此时控制器内置积分器的值保留,控制器的输入变为参考电压和反馈电压,输出从闲置转为输出到驱动板;
223,功率控制器在主机状态下只进行运算,不进行输出;
224,主机向从机转换时,功率控制器从闲置状态转为输出状态,此时对控制器内置积分器置初值,初值的给定通过期望的逆变器输出电压计算得到;该计算方法适用于单电感和LC型滤波器的逆变器电路结构。
所述电压控制器采取和功率控制器完全不同的控制结构,且PR控制器在离散系统中至少为二阶系统,因此至少需要两个初始值才能给定控制器的初始状态。为保证功率控制器切换为电压控制器时控制器对外输出保持不变,需要给出PR控制器的两个初始值,使得控制器在切换后第一个控制周期的输出和切换前基本一致;具体方法为:
(1)对同一台逆变器的两种工作模式在同一块控制板中进行计算和下发,从而保证两种工作模式之间信息的交互可以在一个控制周期内完成;
(2)控制器运行于主机模式时,电压控制器输入为参考电压和采样电压的差值;控制器运行于从机模式时,电压控制器的输入为功率控制器的输出和电压控制器的输出之差;由于功率控制器的输出为工频交流量,因此电压控制器的谐振特性可确保电压控制器的输出跟随功率控制器输出变化;
(3)在逆变器由从机模式切换为主机模式之后,保持电压控制器的PR控制器内积分值不变,此时控制器对外输出和上个周期基本相同,确保了切换前后的平滑过渡。
所述功率控制器只包含单个积分环节,因此可以通过初始值给定的方法实现电压控制器切换为功率控制器时控制器对外输出保持不变;初始值给定方法可通过对逆变器系统的dq旋转坐标系下的模型得到。
所述通过有限状态机和高速光纤通信确保主从机切换时序正确,同时避免因为意外主机模式切换为从机时失败时,双主模式出现导致设备过流损坏的情况。
本发明具有以下优点:
1、对切换前后控制器结构没有一致性要求,可以满足不同坐标系或者结构的控制器主从切换,从而扩展了控制器的设计灵活性。
2、从控制器层面基本消除了切换过程对逆变器和负载的暂态冲击,减小了切换过程的电压电流尖峰,提高了变换器的可靠性。
3、通过有限状态机和端口间光纤通讯保证了低切换延时和高可靠性,避免了双主机模式出现导致逆变器间环流过大,影响设备安全。
附图说明
图1.为两台三相逆变器并联供电系统主从运行示意图;
图2.为三相逆变电路主机模式分相独立电压PR控制方法;
图3.为三相逆变电路从机模式旋转坐标系下的电流PI控制方法;
图4.为切换瞬间控制器初始化方法;
图5.为主从机切换逻辑流程图;
图6.为用于实现切换逻辑控制的有限状态机;
图7.为无切换平滑算法时的主从切换过程中a.运行状态下主从机电压波形、b.从机电流波形、c.主机电流波形、d.负载功率波形;
图8.为无切换平滑算法时的主从切换过程详细电压和控制器输出占空比波形;
图9.为含切换平滑算法时的主从切换过程中a.运行状态下主从机电压波形、b.从机电流波形、c.主机电流波形、d.负载功率波形;
图10.为含切换平滑算法时的主从切换过程详细电压和控制器输出占空比波形。
具体实施方式
本发明提出一种实现两台并联运行逆变器主从机无缝切换控制方法,所述两台并联运行的逆变器系统,其中一台逆变器设为主机或主机模式,并连接1#控制器,1#控制器分别连接1#有限状态机和一台电流电压传感器;1#控制器控制对象为输出电压,则称为电压控制器;另一台逆变器设为从机或从机模式,并连接2#控制器,2#控制器分别连接2#有限状态机和另一台电流电压传感器;2#控制器的控制目标为输出功率,则称为功率控制器;1#有限状态机和2#有限状态机双向互连;并共同连接集群控制器;集群控制器分别向1#有限状态机、2#有限状态机发送切换指令,在发生主从模式切换时要保证负载侧电压电流不发生大的波动;即主从机无缝切换;其核心是通过在切换前让主机的电压控制器输出跟随从机的功率控制器输出,实现切换瞬间从机控制器输出状态连续;并联端口的两台逆变器之间的主从切换协调进行,以保证两台逆变器切换时序按照设计的“主机先切换,从机再切换”的时序进行;具体步骤如下:
(1)有限状态机负责接收切换指令、协调两台逆变器之间的切换时序、为每一台控制器的主从模式切换下发指令;
(2)为主模式的电压控制器采取三相静止坐标系下的电压PR谐振控制方法,为从模式的功率控制器采取两相旋转坐标系下的功率PI控制方法,通过占空比跟随和初始值给定方法实现主从机;的无缝切换;电压控制器在从机状态下运行跟随算法,只让电压控制器跟随功率控制器的输出,但不输出到驱动;电压控制器在主机状态下正常运行和输出;从模式切换为主模式时,通过同步算法给电压控制器初始化,保证切换前后从机的控制器输出状态连续;
(3)功率控制器在主机状态下只运行锁相环模块,不输出到驱动;在从机模式下正常运行和输出。
下面结合附图和实施例对本发明予以进一步说明。
如图1所示的两台三相逆变器和集中式负载构成的供电系统,其中左边一台逆变器的初始工作模式为电压模式,控制框图如图2所示,右边一台逆变器的初始工作模式为电流模式,控制框图如图3所示。首先对两种模式的控制器系统特性进行分析,即对所选取的三相逆变器电压和功率控制方法进行分析和参数设计;
主机的电压控制器为三相四线独立的PR控制方法,该控制方法包括以下几点:
(1)每一相电压单独控制,因此当负载有三相不对称负载存在时,主机仍能确保三相电压基本对称。
(2)相比于传统的旋转坐标系下的控制方法,省去了电压电流的park变换和控制器输出时的park反变换,极大减少了控制器计算量。
(3)谐振控制器对非工频的信号分量增益低,抑制了控制器内部谐波含量,同时避免了复杂的正负零序控制,具有简单的控制结构。
三相独立的PR控制方法的核心是电压外环的PR控制器,该控制器在连续系统中的传递函数为:
其中Kp为系统的比例增益,主要影响系统对直流分量的抗干扰能力;Kr为系统的谐振环节增益,主要影响系统在谐振频率附近的控制增益;ωc为系统的带宽角频率,主要影响控制器在谐振频率附近控制带宽;ω0为系统的谐振角频率,该角频率和工频对应,使得控制系统在工频处有最大的幅值增益。
谐振控制算法中,电压参考值为三个独立相差120度的正弦波,由于谐振控制器对工频信号的幅值增益近似无穷大,因此输出电压会逐渐向参考值靠拢直到参考电压和输出电压的误差接近于0。电流环在电压环之后,将滤波电容的电流采样值进行前馈。电流环在稳态时对于控制系统可以视为一个扰动量,在负载改变等原因导致电容电压出现变化时,电容电流前馈可以提升逆变器的动态性能,使得电压更快速地恢复到额定值附近。利用电压控制器的谐振特性,电压环的反馈信号会跟随工频参考信号变化,而从机模式下功率控制器的输出占空比和母线电压接近,也是工频交流信号,因此电压控制器可以跟随功率控制器的输出。
功率控制为经典的基于旋转坐标系的电流PI控制方法,其理论基础是三相逆变器在旋转坐标系下的电路模型。首先根据基尔霍夫电压定律列写三相电压方程:
其中N代表直流侧低电位,O代表交流测中性点点位。对以上方程进行park变换得到旋转坐标系下电路模型,其中变换矩阵为:
对变换之后的电路方程进行化简之后得到:
由公式4给出的电路模型可以得到电流环前馈解耦的控制策略:
由于坐标变换选取的是等幅值变换,因此在计算功率时需要乘以1.5的比例系数,同时考虑到锁相环一般为d轴电压定向,所以功率计算可以简化为: 根据此表达式可以计算出dq轴电流参考,从而得到如图3所示控制框架。由于dq坐标系下的控制对象均为直流量,因此电流PI控制器可以实现零静差。同时根据公式(5)可以看出功率控制器在稳态下的输出实际上等于负载电压和滤波电感压降之和,也就是逆变器端口的输出电压。
2、给出控制器在切换流程和平滑处理方法
在切换前瞬间,假设图1左边逆变器为1#逆变器工作于主机模式,图1右边逆变器为2#逆变器工作于从机模式。在发生切换前后以下几个过程顺序发生:
(1)1#机控制器内的电压控制器保持运算,电压控制器输入为电压参考、采样电压和采样电流(输出模式),功率控制器的锁相环函数部分继续运行,得到三相对称电压矢量的幅值和相位;此时控制器工作模式对应图4中K=1的情况。
(2)2#机控制器内的功率控制器和电压控制器均保持运算,电压控制器的输入为功率控制器的输出、电压控制器的输出和电流采样值(跟随模式)。此时2号机控制器的工作模式对应图4中K=0的情况。
(3)切换指令通过串口通信或上位机下发的方式到达控制器后,图6所示有限状态机开始进行切换状态的转换,在通信正确,操作无误的情况下1号机和2号机先后完成状态切换,给到控制算法子函数具体执行。
(4)发生模式切换后,1#机控制器内电压控制器转为跟随模式,功率控制器开始运行,为了保证功率控制器的PI环节接近稳态,模式切换后不发生大的波动,需要对PI控制器的积分器进行初始化。在DSP程序中,积分环节一般通过累加实现,因此初始化只需要设定切换后第一个时钟的积分器输出值。按照公式(4)和图3控制框图,功率控制器的期望输出应该为:
由于电阻值通常很小,可以忽略不计,所以PI输出为零时上式成立,也就是只需要将PI控制器输出置零即可满足功率控制器的期望输出。而开关周期内电压电流变化很小可以忽略不计,控制器比例环节输出近似为0,所以只需要将积分器置零即可。
(5)2号机发生模式切换后,控制器内电压控制器转为输出模式,从模式只运行锁相环部分。根据前文的分析,电压控制器在跟随模式下可以和功率控制器输出保持同步,切换后保留控制器内部积分器值不变,在一个控制周期内电压电流和参考值不发生大的偏移,因此输出基本和切换前保持一致,实际上让控制器达到了近稳态。
3、并联逆变器中一台逆变器的切换流程如图5所示,原则为,将切换的执行状态划分为三种,每个状态顺序执行;两台控制器相互通信,当有限状态机判断本地逆变器和并联远端逆变器状态匹配,可以切换,则进入下一状态,并执行相应操作。逆变器按该流程操作,可以确保切换过程中主机切换为从机先于从机切换为主机,从而避免可能出现的过流。
按照如图6所示的方法对有限状态机中的切换状态标志进行更新,更新完成后向对端口发送本端口的切换执行状态标志信息,完成一次通信接收-处理更新-通信发送的闭环。
接下来对切换状态标志以及进入到相应标志内进行的操作进行说明:
状态1:初始状态,在这个状态下每次运行状态机时都对切换指令进行判断,如果本端口为主机,则接收到切换指令直接进入到下一个状态,如果为从机,则进入下个状态的驱动信号为对端口切换状态从初始状态变为切换进行状态。
状态2:切换进行状态,在进入到切换进行状态后会从对端口发送的通信协议中接收功率指令信息,用于准备对本端口功率指令进行修改,同时检测对端口状态是否满足要求,如果满足则可以进行切换完成等待状态,否则进行计时,计时超过时限则认为发生通信故障,不能保证切换时序,执行两台逆变器停机闭锁。端口切换状态的要求是,主机端口的切换状态要超前从机端口一个步骤,从而确保先切换主机后切换从机的时序要求。
状态3:切换完成等待状态,对于单台电能路由器来说执行到这一步可以认为切换完成,因此在这一步改变工作模式,也就是改变图4中开关K的值,需要在此状态停留一定时间,确保并联端口可以接收到状态标志。在进入该状态时除了修改控制器工作模式,还需要对1号机(切换后从机)的控制器进行初始化操作。
主要仿真结果:
表1
按照如表1所示参数搭建的电路,从0s开始1号机电压斜坡启动,在0.2s2号机解锁接入,0.25s时2号机功率调整为300kW,0.4s时发生主从切换。在图7.所示的无切换平滑算法时的主从切换过程中a..运行状态下主从机电压波形、b.从机电流波形、c,主机电流波形、d.负载功率波形显示和图8分别给出了无电压跟随算法时的切换电压电流波形和切换过程中控制器输出占空比,图9.所示为含切换平滑算法时的主从切换过程中a..运行状态下主从机电压波形、b.从机电流波形、c,主机电流波形、d.负载功率波形和图10所示,分别给出了含有电压跟随算法时的切换电压电流波形和切换过程中控制器输出占空比。结果显示本方法能大大改善切换动态性能,降低了切换过程对负载产生的电压电流冲击。
Claims (6)
1.一种实现两台并联运行逆变器主从机无缝切换控制方法,其特征在于,所述两台并联运行的逆变器系统,其中一台逆变器设为主机或主机模式,并连接1#控制器,1#控制器分别连接1#有限状态机和一台电流电压传感器;1#控制器控制对象为输出电压,则称为电压控制器;另一台逆变器设为从机或从机模式,并连接2#控制器,2#控制器分别连接2#有限状态机和另一台电流电压传感器;2#控制器的控制目标为输出功率,则称为功率控制器;1#有限状态机和2#有限状态机双向互连;并共同连接集群控制器;集群控制器分别向1#有限状态机、2#有限状态机发送切换指令,在发生主从模式切换时要保证负载侧电压电流不发生大的波动;即主从机无缝切换;其核心是通过在切换前让主机的电压控制器输出跟随从机的功率控制器输出,实现切换瞬间从机控制器输出状态连续;并联端口的两台逆变器之间的主从切换协调进行,保证两台逆变器切换时序按照设计的“主机先切换,从机再切换”的时序进行;具体步骤如下:
(1)每个有限状态机负责接收切换指令、协调两台逆变器之间的切换时序、为每一台控制器的主从模式切换下发指令;
(2)为主模式的电压控制器采取三相静止坐标系下的电压PR谐振控制方法,为从模式的功率控制器采取两相旋转坐标系下的功率PI控制方法,通过占空比跟随和初始值给定方法实现主从机;的无缝切换;电压控制器在从机状态下运行跟随算法,只让电压控制器跟随功率控制器的输出,但不输出到驱动;电压控制器在主机状态下正常运行和输出;从模式切换为主模式时,通过同步算法给电压控制器初始化,保证切换前后从机的控制器输出状态连续;
(3)功率控制器在主机状态下只运行锁相环模块,不输出到驱动;在从机模式下正常运行和输出。
2.根据权利要求1所述的实现两台并联运行逆变器主从机无缝切换控制方法,其特征在于,所述步骤(2)中从模式切换为主模式时通过同步算法给电压控制器初始化,具体是从模式切换为主模式时通过PI控制器赋初值方式给功率控制器初始化,保证切换前后功率控制器输出状态连续;其作用是根据当前电压或功率控制器的工作模式、切换状态和切换指令的信息判断控制器状态流向,具体方法为:
2-1每个有限状态机根据当前控制器工作模式、切换状态和切换指令等信息判断控制器状态流向;其中工作模式分为主工作模式和从工作模式,切换状态分为切换准备状态、切换进行状态、切换完成等待状态和切换失败状态;
2-2每个控制器接收到切换指令之后开始切换流程,主机先从切换准备状态进入到切换进行状态,同时给从机发出状态标志,从机检测到主机的状态标志为切换进行状态后也从切换准备状态进入到切换进行状态;
2-3)切换流程继续进行,主机检测到从机进入切换进行状态后进入到切换完成等待状态,给下层的控制器发出模式切换指令,同时给从机发出状态标志,从机检测到主机的状态标志也从切换进行状态进入到切换完成等待状态;
2-4主机在切换完成等待状态维持一段时间后恢复到切换准备状态,从机在一个控制周内也从切换完成等待状态恢复到切换准备状态。
3.根据权利要求2所述的实现两台并联运行逆变器主从机无缝切换控制方法,其特征在于,所述步骤2-2控制器接收到切换指令之后开始切换流程,电压控制器和功率控制器的形态转换步骤为:
221,.电压控制器在从机状态下只进行运算,不进行输出,电压控制器的结构、参数和数据存储在两种工作模式下不变;主机状态下输入为电压参考、采样电压以及采样电流,从机状态下分别用功率控制器的输出和电压控制器的输出替换参考电压和反馈电压输入;
222,从机向主机切换时,电压控制器从跟随状态变为输出状态,此时控制器内置积分器的值保留,控制器的输入变为参考电压和反馈电压,输出从闲置转为输出到驱动板;
223,功率控制器在主机状态下只进行运算,不进行输出;
224,主机向从机转换时,功率控制器从闲置状态转为输出状态,此时对控制器内置积分器置初值,初值的给定通过期望的逆变器输出电压计算得到;该计算方法适用于单电感和LC型滤波器的逆变器电路结构。
4.根据权利要求1所述的实现两台并联运行逆变器主从机无缝切换控制方法,其特征在于,所述电压控制器采取和功率控制器完全不同的控制结构,且电压控制器在离散系统中至少为二阶系统,因此至少需要两个初始值才能给定控制器的初始状态。为保证功率控制器切换为电压控制器时控制器对外输出保持不变,需要给出电压控制器的两个初始值,使得控制器在切换后第一个控制周期的输出和切换前基本一致;具体方法为:
(1)对同一台逆变器的两种工作模式在同一块控制板中进行计算和下发,从而保证两种工作模式之间信息的交互可以在一个控制周期内完成;
(2)控制器运行于主机模式时,电压控制器输入为参考电压和采样电压的差值;控制器运行于从机模式时,电压控制器的输入为功率控制器的输出和电压控制器的输出之差;由于功率控制器的输出为工频交流量,因此电压控制器的谐振特性可确保电压控制器的输出跟随功率控制器输出变化;
(3)在逆变器由从机模式切换为主机模式之后,保持电压控制器的PR控制内积分值不变,此时控制器对外输出和上个周期基本相同,确保了切换前后的平滑过渡。
5.根据权利要求1所述的实现两台并联运行逆变器主从机无缝切换控制方法,其特征在于,所述功率控制器只包含单个积分环节,因此可以通过初始值给定的方法实现电压控制器切换为功率控制器时控制器对外输出保持不变;初始值给定方法可通过对逆变器系统的dq旋转坐标系下的模型得到。
6.根据权利要求1所述的实现两台并联运行逆变器主从机无缝切换控制方法,其特征在于,所述通过有限状态机和高速光纤通信确保主从机切换时序正确,同时避免因为意外主机模式切换为从机时失败时,双主模式出现导致设备过流损坏的情况。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110940386.4A CN113659622B (zh) | 2021-08-17 | 2021-08-17 | 一种实现两台并联运行逆变器主从机无缝切换控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110940386.4A CN113659622B (zh) | 2021-08-17 | 2021-08-17 | 一种实现两台并联运行逆变器主从机无缝切换控制方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113659622A true CN113659622A (zh) | 2021-11-16 |
CN113659622B CN113659622B (zh) | 2024-08-02 |
Family
ID=78479353
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202110940386.4A Active CN113659622B (zh) | 2021-08-17 | 2021-08-17 | 一种实现两台并联运行逆变器主从机无缝切换控制方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113659622B (zh) |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008182836A (ja) * | 2007-01-25 | 2008-08-07 | Daihen Corp | 系統連系インバータ装置及びこの系統連系インバータ装置の電力制御方法 |
CN102201780A (zh) * | 2010-03-24 | 2011-09-28 | 发那科株式会社 | 易于进行异常时的原因分析的电动机驱动装置 |
CN102496955A (zh) * | 2011-11-24 | 2012-06-13 | 浙江昱能光伏科技集成有限公司 | 智能光伏系统及其数据检测和传输的方法 |
US20120217746A1 (en) * | 2011-02-25 | 2012-08-30 | Erik Groendahl | Wind turbine |
CN103280999A (zh) * | 2013-04-24 | 2013-09-04 | 浙江大学 | 一种多模块逆变器有线并联数字控制方法 |
CN104009446A (zh) * | 2014-02-27 | 2014-08-27 | 南京南瑞继保电气有限公司 | 一种直流输电保护装置、换流器及保护方法 |
JP2015195682A (ja) * | 2014-03-31 | 2015-11-05 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | インバータ装置 |
US20180026447A1 (en) * | 2015-02-04 | 2018-01-25 | Weidong Gu | Efficient and energy-saving power grid operation method |
CN112165244A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-01-01 | 合肥同智机电控制技术有限公司 | 一种主从式并联逆变器输出均流控制方法 |
CN112165243A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-01-01 | 合肥同智机电控制技术有限公司 | 一种多逆变器并联系统的主从机自动均流方法 |
CN112928940A (zh) * | 2021-02-01 | 2021-06-08 | 合肥同智机电控制技术有限公司 | 一种主从式逆变器并联系统切换控制方法及装置 |
-
2021
- 2021-08-17 CN CN202110940386.4A patent/CN113659622B/zh active Active
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008182836A (ja) * | 2007-01-25 | 2008-08-07 | Daihen Corp | 系統連系インバータ装置及びこの系統連系インバータ装置の電力制御方法 |
CN102201780A (zh) * | 2010-03-24 | 2011-09-28 | 发那科株式会社 | 易于进行异常时的原因分析的电动机驱动装置 |
US20120217746A1 (en) * | 2011-02-25 | 2012-08-30 | Erik Groendahl | Wind turbine |
CN102496955A (zh) * | 2011-11-24 | 2012-06-13 | 浙江昱能光伏科技集成有限公司 | 智能光伏系统及其数据检测和传输的方法 |
CN103280999A (zh) * | 2013-04-24 | 2013-09-04 | 浙江大学 | 一种多模块逆变器有线并联数字控制方法 |
CN104009446A (zh) * | 2014-02-27 | 2014-08-27 | 南京南瑞继保电气有限公司 | 一种直流输电保护装置、换流器及保护方法 |
JP2015195682A (ja) * | 2014-03-31 | 2015-11-05 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | インバータ装置 |
US20180026447A1 (en) * | 2015-02-04 | 2018-01-25 | Weidong Gu | Efficient and energy-saving power grid operation method |
CN112165244A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-01-01 | 合肥同智机电控制技术有限公司 | 一种主从式并联逆变器输出均流控制方法 |
CN112165243A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-01-01 | 合肥同智机电控制技术有限公司 | 一种多逆变器并联系统的主从机自动均流方法 |
CN112928940A (zh) * | 2021-02-01 | 2021-06-08 | 合肥同智机电控制技术有限公司 | 一种主从式逆变器并联系统切换控制方法及装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN113659622B (zh) | 2024-08-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109586269B (zh) | 考虑参数自寻优的直流微电网虚拟惯性控制方法及系统 | |
CN110021963B (zh) | 一种并离网双模式合并的微电网平滑切换控制的方法 | |
CN102185341A (zh) | 基于主从控制策略微网的主电源双模式运行控制方法 | |
CN110912208B (zh) | 一种基于改进下垂控制器的柔性直流输电变流器控制方法 | |
CN110707742A (zh) | 一种多变流器并联离网启动控制系统及启动方法 | |
CN112436545B (zh) | 孤岛/并网双模式下提升微电网运行稳定性的控制方法 | |
CN110460102B (zh) | 一种基于电流跟踪算法的微电网平滑切换控制的方法 | |
CN111668867A (zh) | 一种风电场经vsc-hvdc系统并网的无源滑模控制方法 | |
CN115864520A (zh) | 一种基于高比例光伏能源接入混合电网的控制方法及系统 | |
CN112448407A (zh) | 一种提高双向功率流动下恒功率控制的并网系统稳定性的阻抗优化控制策略 | |
CN117410963A (zh) | 一种光储微电网系统平滑切换控制方法 | |
CN116995731A (zh) | 基于改进恒定电压法的无储能型构网光伏机组控制方法 | |
CN109830995B (zh) | 一种基于能源路由器的孤岛控制策略 | |
Liu et al. | Review and applications of virtual synchronous machines technologies | |
CN113659622B (zh) | 一种实现两台并联运行逆变器主从机无缝切换控制方法 | |
CN113572381B (zh) | 一种微电网的能源变换装置 | |
Zhang et al. | An improved SoC balancing strategy for battery energy storage system in all-electric propulsion ships current sharing effect | |
Li et al. | Active disturbance rejection control of three-phase grid-connected photovoltaic systems | |
CN114069727B (zh) | 一种用于柔性互联配电网的换流器控制切换方法及系统 | |
CN115833241A (zh) | 考虑有功备用容量的构网型光伏发电系统控制方法及系统 | |
CN109698512A (zh) | 一种光伏集中并网系统失步振荡中心迁移特性分析方法 | |
CN114268116A (zh) | 一种考虑通信时延的主从交流微电网的状态空间建模方法 | |
CN112421664A (zh) | 一种提高mmc互联变换器电流内环鲁棒性的方法 | |
Chen et al. | Research On Parallel Connection Of Energy Storage Inverters Based On CAN Bus With Democratic Master-Slave Control | |
CN113644699B (zh) | 一种多变流器离网启动运行方法及装置 |
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 |