CN114123330A - 可并机离并网储能逆变器的关键负载并网启动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了可并机离并网储能逆变器的关键负载并网启动方法，当未知大容量的关键负载从逆变器并入电网前，先使开机的逆变器进入并机离网模式，通过逆变器输出设定的检测脉冲；根据获取的信息计算BACKUP端口处的平均视在功率，然后判断关键负载是否稳定，根据关键负载稳定时的电流有效值及电压有效值，得到关键负载容量的预估值，进而计算需要参与并机的逆变器台数。预估完毕后通过直流电源对关键负载进行供电，启动所需并机的逆变器，使关键负载稳定启动。确保未知大容量的关键负载并入电网前，有足够数量的逆变器能够开机并网，避免因逆变器不足，导致逆变器输出电流过大造成元器件或相应线路损坏的情况，保证关键负载供电的安全、可靠。
Description
技术领域
本发明涉及离并网储能逆变器负载并网技术领域，属于光伏逆变器领域，具体涉及可并机离并网储能逆变器的关键负载并网启动方法。
背景技术
太阳能光伏发电需要使用到光伏逆变器，光伏逆变器的作用是将光伏板产生的直流电经过升压、逆变之后接入电网，是光伏发电过程中最重要的组件之一。对于部分厂家而言，电网取电线路和逆变器逆变电路在机器内部进行连接，关键负载通过逆变器上对应的BACKUP端口接入逆变器，在电网、逆变电路及关键负载之间分别通过设置开关，控制是否将负载或者逆变器进行并网。
为保证用户侧功率需求，会将各储能逆变器进行并联从电网取电，共同给关键负载提供电能，为保证储能逆变器使用寿命及出于安全考虑，在逆变器维修或其他原因需要关机时，通常会选择将并网处的开关关断。而由于部分逆变器关机，导致与电网连接的BACKUP端口数目减少，进而BACKUP侧输出容量相应减少。当用户在BACKUP端口接入过大容量的关键负载，而从电网取电路数过少时，极易导致开机的逆变器上连接电网与关键负载的开关及BACKUP输出侧元器件和线路发生过流，造成过流损坏的危险。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明提出的可并机离并网储能逆变器的关键负载并网启动方法以解决现有技术的不足。
本发明主要通过以下技术方案来实现：
本发明提供的可并机离并网储能逆变器的关键负载并网启动方法，包括如下步骤：
使开机的逆变器进入并机离网模式，采用直流电源供电；
各逆变器输出设定的检测脉冲，在设定的检测周期T内，实时获取n次所有开机的逆变器BACKUP端口处的电流值I和电压值U；
根据获取的多个电流值I和电压值U，计算关键负载在检测周期T内BACKUP端口处的平均视在功率P、相邻两次平均视在功率的变化率、电流有效值I有及电压有效值U有；
将平均视在功率的变化率与设定的变化率阈值进行比较，判断关键负载是否稳定；
如关键负载稳定，根据关键负载稳定时的电流有效值I有及电压有效值U有，计算关键负载的等效阻抗Z，进而得到当前关键负载容量的预估值A1；
根据关键负载容量的预估值A1，计算所需参与并机的逆变器台数N1；
通过直流电源对关键负载进行供电，闭合N1台并机的逆变器上对应的开关组，并使N1台逆变器依次按照逆变器的最大输出电流进行输出，以尝试启动关键负载，当关键负载稳定启动后，将逆变器接入电网，使关键负载并入电网。
根据预估的关键负载的容量值A1及每台逆变器的BACKUP端口的输出功率，对需要并机的逆变器的数量进行调节，可以防止未知大容量负载接入逆变器，由于并机的逆变器的数量不足，导致BACKUP端口至电网端口之间的线路及对应元件出现过流损坏的问题，可以减小不必要的并机逆变器台数，减小待机逆变器台数及降低工作损耗。
进一步地，还包括如下步骤：
在尝试启动关键负载时，根据获取BACKUP端口的电流值I、电压值U及实时检测逆变器是否正常输出，以确认关键负载是否稳定启动。
进一步地，还包括如下步骤：
若关键负载能稳定启动，实时获取关键负载稳定时的电流值I稳及电压值U稳并更新保存，更新保存此时计算的平均视在功率值P稳，即为关键负载的容量A2，此时参与输出的逆变器的台数为N2并保存该台数信息；
在离网状态下N2台逆变器正常启动后，闭合对应的开关组，使逆变器并入电网，重新获取并网后BACKUP端口处的电流值I并、电压值U并，计算此时的平均视在功率值P并，即为关键负载的容量A3，根据BACKUP端口的实际输出功率，计算所需参与并网取电的逆变器台数N3，并断开相应的开关组，使多余并机的逆变器离网。
进一步地，还包括如下步骤：
如关键负载无法正常启动，将N1台并机的逆变器的输出功率清零，并在N1台并机逆变器的基础上，逐步增加参与并机逆变器的台数，将初始的N1台逆变器及对应增加的逆变器重启后，再尝试启动关键负载，重复该操作直到关键负载成功启动；
如增加并机逆变器的台数后，关键负载能稳定启动，则重复上述操作，根据BACKUP端口的实际输出功率调整并网逆变器的台数。
进一步地，还包括如下步骤：
如在增加并机逆变器的台数至最大后，关键负载始终无法正常启动，则逆变器发出负载过重告警，同时，各并机逆变器的输出功率减小到0。
进一步地，还包括如下步骤：
如计算的所需参与并机的逆变器台数N1大于实际并联的逆变器台数时，则逆变器发出负载过重告警，同时，各并机逆变器的输出功率减小到0。
进一步地，还包括如下步骤：
逆变器将关键负载的并网情况通过通讯接口反馈给用户。
进一步地，所述检测周期T内BACKUP端口处的平均视在功率值P的计算步骤如下：
其中，In为BACKUP端口处第n次的采样电流，In+1为BACKUP端口处第n+1次的采样电流，Un为BACKUP端口处第n次的采样电压、Un+1为BACKUP端口处第n+1次的采样电压，n为一个检测周期T内的采样次数编号，N为总采样次数。
进一步地，所述检测脉冲的脉冲峰值为10～380V，频率为电网工频，检测周期T为0.04～4s，采样频率为500HZ。
进一步地，所述直流电源为储能电池或PV电池。
与现有技术比较本发明技术方案的有益效果为：
1、本发明提供的可并机离并网储能逆变器的关键负载并网启动方法，当未知大容量的关键负载接入逆变器的BACKUP端口时，在逆变器并入电网前，先使开机的逆变器进入并联离网模式，采用直流电源对逆变器进行供电，保证后续逆变器与关键负载之间开关接通时，为关键负载的启动提供能量支持。逆变器输出检测脉冲，通过获取端口的电流值和电压值，对关键负载的容量进行估算，计算出最优的参与并机的逆变器台数；通过直流电源为关键负载提供合理的功率输出值，打开需要并机的逆变器，使直流电源经逆变器为关键负载供电，确定关键负载能稳定启动后，将逆变器并入电网，使关键负载并网。能实现对不可变负载的容量估算，避免逆变器输出电流过大造成元件或相应线路损坏的情况，保证储能逆变器并机供电下关键负载供电的安全、可靠，同时又能对并机的逆变器进行合理利用。
2、通过在逆变器并入电网前，对BACKUP端口的电流值、电压值及逆变器的输出状态进行实时检测，当BACKUP端口的电压稳定到电网电压，端口电流达到恒定状态，逆变器正常输出，判断关键负载正常启动，确保关键负载稳定启动后方可接入电网；如关键负载无法正常启动，在离网状态下，通过逐步增加参与并机逆变器的台数的方式，重启逆变器后尝试启动关键负载，直到负载成功启动。利用低压逐步抬升的方法完成对关键负载的启动，可实现对带降压保护或有大冲击电流的负载等可变负载的容量预估，并调度合适数量的逆变器并网，以满足关键负载的实际容量需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的可并机离并网储能逆变器的电路示意图；
图2本发明实施例提供的可并机离并网储能逆变器的关键负载并网启动方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明，从而对本发明要求保护的范围作出更清楚地限定，下面就本发明的某些具体实施例对本发明进行详细描述。需要说明的是，以下仅是本发明构思的某些具体实施方式仅是本发明的一部分实施例，其中对于相关结构的具体的直接的描述仅是为方便理解本发明，各具体特征并不当然、直接地限定本发明的实施范围。本领域技术人员在本发明构思的指导下所作的常规选择和替换，均应视为在本发明要求保护的范围内。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
图1示出了一种可并机离并网储能逆变器，包括多个并联设置的逆变器，以其中一个逆变器为例，逆变器内设有逆变电路，逆变器上设有分别与逆变电路电连接的电网端口、BACKUP端口及直流电源接入端口，电网端口的一端与电网电连接，电网端口的另一端设有第一开关K1-1，逆变电路的一端分别与PV电池、储能电池电连接，逆变电路的另一端与第一开关K1-1之间设有第二开关K2-1，BACKUP端口的一端并联接入关键负载，BACKUP端口的另一端与第二开关K2-1之间设有第三开关K3-1。逆变器通过以上开关决定是否将关键负载或者逆变器进行并网，并通过控制第一开关K1-1、第二开关K2-1、第三开关K3-1的不同闭合或断开状态，满足不同模式下的取电、发电、充电需求。在实际使用中，为保证功率需求会使用多机并机工作的方式，并机模式下，各逆变器依靠自身的通讯接口与通讯网络以及联机控制软件完成信息与控制指令交互，并机工作下的逆变器从电网取电使用了多路并联。
对于BACKUP端口负载过大的情况，本质上是并网的逆变器台数过少，使得逆变器的BACKUP输出总容量小于负载要求。例如10台最大BACKUP输出容量为10KW的逆变器并联，用户BACKUP端负载功率80KW时。当由于维修或者其他原因仅有4台逆变器开机，此时逆变器的BACKUP输出侧的输出功率不足，需要从电网取电。此时用户BACKUP的输出电流为最大输出电流的两倍，第三开关K3-1、BACKUP输出端子、以及第三开关K3-1至交流输出母线上的电路有可能发生过流。则第一开关K1-1及其至电网端线路亦面临过流风险，极有可能导致其过流损坏。
图1所示的可并机离并网储能逆变器着重凸出交流部分的线路连接，并未对逆变器的具体结构进行详细说明，例如PV电池、储能电池与电网、负载之间的能量流动需要进行电压大小变换及电压性质变换，因此逆变器还至少应包括直流变换器、直流交流变换器及与外部进行数据通信的通讯接口等，以上结构可采用现有的常规连接方式接入逆变器中，逆变器的具体结构不是本发明的创新点，本发明着重在于应用于该电路结构上的控制方法，在此不再详述逆变器的其他必要结构。
为解决未知大容量关键负载接入逆变器的BACKUP端口时，并机的逆变器台数过少，个别逆变器输出电流过大导致元器件及相应线路损坏的情况，就需要在关键负载并网前对关键负载的容量进行判定，确保有足够数量的逆变器能够开机并网，避免机器出现过BACKUP输出端电流的情况。
由此如图2所示，本发明提供了可并机离并网储能逆变器的关键负载并网启动方法，包括如下步骤：
使开机的逆变器进入并联离网模式，采用直流电源供电；
各逆变器输出设定的检测脉冲，在设定的检测周期T内，实时获取n次所有开机的逆变器BACKUP端口处的电流值I和电压值U；
根据获取的多个电流值I和电压值U，计算关键负载在检测周期T内BACKUP端口处的平均视在功率P、相邻两次平均视在功率的变化率、电流有效值I有及电压有效值U有；
将平均视在功率的变化率与设定的变化率阈值进行比较，判断关键负载是否稳定；
如关键负载稳定，根据关键负载稳定时的电流有效值I有及电压有效值U有，计算关键负载的等效阻抗Z，进而得到当前关键负载容量的预估值A1；
根据关键负载容量的预估值A1，计算所需参与并机的逆变器台数N1；
通过直流电源对关键负载进行供电，闭合N1台并机的逆变器上对应的开关组，并使N1台逆变器依次按照逆变器的最大输出电流进行输出，以尝试启动关键负载，当关键负载正常启动后，将逆变器接入电网，使关键负载并入电网。
确保未知大容量的关键负载并入电网前，有足够数量的逆变器能够开机并网，避免逆变器不足，导致逆变器输出电流过大造成元器件或相应线路损坏的情况，保证关键负载供电的安全、可靠，并能够减小非必需的逆变器的开机台数，保证逆变器使用寿命。
本实施例中，直流电源为储能电池或PV电池，储能电池为蓄电池。
具体的，检测周期T内BACKUP端口处的平均视在功率值P的计算步骤如下：
其中，In为BACKUP端口处第n次的采样电流，In+1为BACKUP端口处第n+1次的采样电流，Un为BACKUP端口处第n次的采样电压、Un+1为BACKUP端口处第n+1次的采样电压，n为一个检测周期T内的采样次数编号，N为总采样次数。
具体的，根据采样单元采集BACKUP端口处的电流数据及电压数据，可得到检测周期内BACKUP端口实时采样的电流值I和电压值U，包括关键负载非稳定时的电流值和电压值、关键负载稳定时的电流值I稳、电压值U稳以及并网后BACKUP端口处的电流值I并、电压值U并，进而得到在检测周期T内每个时间段的电流有效值I有和电压有效值U有。
较佳地，采样单元采集的数据通过数字低通滤波器可以还原电流波形和电压波形，通过上述波形信息换算得到BACKUP端口实时的电流值I和电压值U，换算公式如下：
其中，Ui为采样单元采集的电压波形的峰值，Ii为采样单元采集的电流波形的峰值，
为采样单元采集的电压峰值对应的相位，
为采样单元采集的电流峰值对应的相位，以上数据均可通过采样单元采集的电压波形数据和电流波形数据直接读取。
电流有效值I有和电压有效值U有计算公式如下：
其中，In为BACKUP端口处第n次的采样电流，Un为BACKUP端口处第n次的采样电压，n为一个检测周期T内的采样次数编号。
关键负载的等效阻抗Z的计算公式如下：
关键负载容量的预估值A1的计算公式如下：
其中，U电网为电网电压。
具体的，检测脉冲的脉冲峰值为10～380V，频率为电网工频，检测周期T为0.04～4s，采样频率为500HZ。利用逆变器输出可调性质，逆变器通过发出的检测脉冲和采集对应的电压波形、电流波形完成对关键负载容量的分析，该方法适用于对不可变负载容量的估算。
本实施例中，通过逆变器控制逆变电路输出电压检测脉冲，每个检测周期T持续为0.4S，采样周期的间隔时间根据人为设定，默认为0.5s。
本实施例中，设定的变化率阈值的范围为5％～20％。变化率阈值即两个数据变化率的阈值，用于衡量数据的变化幅度，若相邻两次计算的平均视在功率的变化率超过变化率阈值的范围，则表示关键负载不稳定，若相邻两次计算的平均视在功率的变化率未超过变化率阈值的范围，则表示关键负载稳定。
为避免因关键负载的容量发生改变，导致计算的需要并机的逆变器的数量不准确，关键负载无法正常启动的问题，优选的，还包括如下步骤：
在尝试启动关键负载时，根据获取BACKUP端口的电流值I、电压值U及实时检测逆变器是否正常输出，以确认关键负载是否稳定启动。
本实施例中，对关键负载是否稳定启动的判断，可以采用人为经验判断或根据负载稳定后BACKUP端口电压值是否达到电网电压值、BACKUP端口电流值是否达到恒定状态以及逆变器是否正常输出来进行判断，逆变器能否正常输出的主要检测参数包括：输出电流，输出电压。
具体的，还包括如下步骤：
若关键负载能稳定启动，实时获取关键负载稳定时的电流值I稳及电压值U稳并更新保存，更新保存此时计算的平均视在功率值P稳，即为关键负载的容量A2，此时参与输出的逆变器的台数为N2并保存该台数信息；
在离网状态下N2台逆变器正常启动后，闭合对应的开关组，使逆变器并入电网，重新获取并网后BACKUP端口处的电流值I并、电压值U并，计算此时的平均视在功率值P并，即为关键负载的容量A3，根据BACKUP端口的实际输出功率，计算所需参与并网取电的逆变器台数N3，并断开相应的开关组，使多余并机的逆变器离网。
具体的，还包括如下步骤：
如关键负载无法正常启动，将N1台并机的逆变器的输出功率清零，并在N1台并机逆变器的基础上，逐步增加参与并机逆变器的台数，将初始的N1台逆变器及对应增加的逆变器重启后，再尝试启动关键负载，重复该操作直到关键负载成功启动；
如增加并机逆变器的台数后，关键负载能稳定启动，则重复上述操作，根据BACKUP端口的实际输出功率调整并网逆变器的台数。
逐步增加最大输出电流下的逆变器台数，通过分析BACKUP端口的输出电压能否稳定到电网电压，BACKUP端口的输出电流是否保持恒定，逆变器是否处于稳定输出状态，判定关键负载是否稳定启动，然后估算关键负载的容量，通过确定所有逆变器BUCKUP端口总的输出功率，得到最优的并机逆变器数量N3，适用于对带降压保护或者有大冲击电流的负载容量的估算。
其中，通过对保存的关键负载稳定工作下的平均视在功率值P进行实时更新，确保能快速计算出最优的并机逆变器数量。
还包括如下步骤：
如计算的所需参与并机的逆变器台数N1大于实际并联的逆变器台数时，则逆变器发出负载过重告警，同时，各并机逆变器的输出功率减小到0。
还包括如下步骤：
如在增加并机逆变器的台数至最大后，关键负载始终无法正常启动，则逆变器发出负载过重告警，同时，各并机逆变器的输出功率减小到0。
通过对以上不同场景的告警提醒，以应对关键负载容量过大，无法正常启动关键负载的不同情况，规范使用。
其中，A1与N1的关系及A2与N2的关系，应满足并机的逆变器的台数对应的BACKUP端口总输出容量大于关键负载的容量A，N台并机的逆变器对应的BACKUP端口总输出容量应为每台逆变器开机后BACKUP端口的输出功率与N的乘积，此时每台逆变器开机后BACKUP端口的输出功率按照最大功率进行计算。由于逆变器的逆变电路中有过流保护，因此在关键负载尝试启动时，逆变器的输出功率按照最大电流输出的过程中可以降低过流风险。
还包括如下步骤：
逆变器将关键负载的并网情况通过通讯接口反馈给用户。方便用户及时知晓关键负载的并网情况，以进行对应的操作。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种可并机离并网储能逆变器的关键负载并网启动方法，其特征在于：包括如下步骤：
使开机的逆变器进入并机离网模式，采用直流电源供电；
各逆变器输出设定的检测脉冲，在设定的检测周期T内，实时获取n次所有开机的逆变器BACKUP端口处的电流值I和电压值U；
根据获取的多个电流值I和电压值U，计算关键负载在检测周期T内BACKUP端口处的平均视在功率P、相邻两次平均视在功率的变化率、电流有效值I有及电压有效值U有；
将平均视在功率的变化率与设定的变化率阈值进行比较，判断关键负载是否稳定；
如关键负载稳定，根据关键负载稳定时的电流有效值I有及电压有效值U有，计算关键负载的等效阻抗Z，进而得到当前关键负载容量的预估值A1；
根据关键负载容量的预估值A1，计算所需参与并机的逆变器台数N1；
通过直流电源对关键负载进行供电，闭合N1台并机的逆变器上对应的开关组，并使N1台逆变器依次按照逆变器的最大输出电流进行输出，以尝试启动关键负载，当关键负载正常启动后，将逆变器接入电网，使关键负载并入电网。
2.如权利要求1所述的可并机离并网储能逆变器的关键负载并网启动方法，其特征在于，还包括如下步骤：
在尝试启动关键负载时，根据获取BACKUP端口的电流值I、电压值U及实时检测逆变器是否正常输出，以确认关键负载是否稳定启动。
3.如权利要求2所述的可并机离并网储能逆变器的关键负载启动方法，其特征在于，还包括如下步骤：
若关键负载能稳定启动，实时获取关键负载稳定时的电流值I稳及电压值U稳并更新保存，更新保存此时计算的平均视在功率值P稳，即为关键负载的容量A2，此时参与输出的逆变器的台数为N2并保存该台数信息；
在离网状态下N2台逆变器正常启动后，闭合对应的开关组，使逆变器并入电网，重新获取并网后BACKUP端口处的电流值I并、电压值U并，计算此时的平均视在功率值P并，即为关键负载的容量A3，根据BACKUP端口的实际输出功率，计算所需参与并网取电的逆变器台数N3，并断开相应的开关组，使多余并机的逆变器离网。
4.如权利要求3所述的可并机离并网储能逆变器的关键负载启动方法，其特征在于，还包括如下步骤：
如关键负载无法正常启动，将N1台并机的逆变器的输出功率清零，并在N1台并机逆变器的基础上，逐步增加参与并机逆变器的台数，将初始的N1台逆变器及对应增加的逆变器重启后，再尝试启动关键负载，重复该操作直到关键负载成功启动；
如增加并机逆变器的台数后，关键负载能稳定启动，则重复上述操作，根据BACKUP端口的实际输出功率调整并网逆变器的台数。
5.如权利要求4所述的可并机离并网储能逆变器的关键负载并网启动方法，其特征在于，还包括如下步骤：
如在增加并机逆变器的台数至最大后，关键负载始终无法正常启动，则逆变器发出负载过重告警，同时，各并机逆变器的输出功率减小到0。
6.如权利要求1所述的可并机离并网储能逆变器的关键负载并网启动方法，其特征在于，还包括如下步骤：
如计算的所需参与并机的逆变器台数N1大于实际并联的逆变器台数时，则逆变器发出负载过重告警，同时，各并机逆变器的输出功率减小到0。
7.如权利要求1-6任一项所述的可并机离并网储能逆变器的关键负载并网启动方法，其特征在于，还包括如下步骤：
逆变器将关键负载的并网情况通过通讯接口反馈给用户。
8.如权利要求1所述的可并机离并网储能逆变器的关键负载并网启动方法，其特征在于：所述检测周期T内BACKUP端口处的平均视在功率值P的计算步骤如下：
其中，In为BACKUP端口处第n次的采样电流，In+1为BACKUP端口处第n+1次的采样电流，Un为BACKUP端口处第n次的采样电压、Un+1为BACKUP端口处第n+1次的采样电压，n为一个检测周期T内的采样次数编号，N为总采样次数。
9.如权利要求1所述的可并机离并网储能逆变器的关键负载并网启动方法，其特征在于：所述检测脉冲的脉冲峰值为10～380V，频率为电网工频，检测周期T为0.04～4s，采样频率为500HZ。
10.如权利要求1所述的可并机离并网储能逆变器的关键负载并网启动方法，其特征在于：所述直流电源为储能电池或PV电池。
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|---|---|---|---|---|
| CN115963424A (zh) * | 2023-03-16 | 2023-04-14 | 深圳市德兰明海新能源股份有限公司 | 储能电源负载接入状态检测及其节能控制方法及储能电源 |
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2021
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