CN115776107A - 一种pcs离网模式的电压、电流源并联系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种PCS离网模式的电压、电流源并联系统及方法，通过主从竞争竞争出主机和从机，主机根据输出电压计算系统负载总电流，并给从机下发需要的电流给定，各模块联动为一个整体，负载动态响应提升；主机将自身相位通过同步脉冲发给从机，从机再进行锁相，保证了各模块之间的无相位延时，锁相角度作为DQZ变换的定向角度，保证了各模块在同一个DQZ坐标系中；主机通过高速通信传输DQZ电流幅值信息，由于DQZ变换将交流变为直流，对于通信传输产生的延时耐受度增强，电流给定在一轮传输过程中变化小，从机接收信息一致，保证了并机均流度；本方法可增强并机稳定性和可靠性，提升了负载的动态响应，使得增加并机数量不受通信负载率的限制。

Description

一种PCS离网模式的电压、电流源并联系统及方法

技术领域

本发明属于领域储能变流器领域，具体涉及一种PCS离网模式的电压、电流源并联系统及方法。

背景技术

储能变流器(PCS)可控制蓄电池的充电和放电过程，进行交直流的变换，在无电网情况下可以直接为交流负荷供电。

常规的离网并联方法有电压源下垂并联法、电压源、电流源混合并联法，专利号为CN108933436B申请文件公开了一种直流电源并联系统，该系统包括多个可控制工作与电流元模式的直流电源模块，通过控制可工作与电流源模式的直流电源模块，使得并联直流电流系统成为电压源与电流源的组合，避免了直流电压源并联时的参数离散性对总体性能的影响，提高了系统动态响应；US10574064B2号专利申请公开了一种离网储能系统及控制方法，该系统由n个逆变器P1-n在交流侧并联，每个逆变器直流侧由独立的电池B1-n,P1是电压电流双环结构，P2-n是电流环结构，P2-n的电流给定为P1的电流给定加P2-n的校正值(改校正值促使B2-n的运行参数趋近与B1)；CN112688362A号专利申请公开了一种下垂控制的电压源并联方法，该方法中，电压源模块通过交流电压的幅值，频率下垂并联，并通过虚拟阻抗对下垂系数修正。

前2个专利文件均描述了电压源与电流源混合并联的方法，第三个则描述了电压源下垂并联法。第一个描述的是直流并联，依靠各模块检测电压，因为电压源并联特性，使得电压环被动饱和，进入电流源，会造成作为电压源的模块与电流源模块不定期变换，均流度不稳定，调节速度慢，也无法使用在交流并联上。第二个描述了一种储能并联控制系统和方法，这种逆变器加电池的储能结构是业界通用的结构，这种并联方法只是简单的让模块的电流给定作为其他模块的电流给定，再根据各模块电池的参数加以修正，缺乏系统之间的联系，离网运行的负载不固定，若系统之间无联系，各模块各自为政，及易造成各模块输出电流无计划，造成总体电流偏大或者偏小，从而造成输出电压偏离目标，且加卸载动态响应无法保证，而且未考虑交流并机各模块的相位如何同步问题，极易造成并联失败。第三个描述了下垂并联法，由于各模块是独立电压源，下垂法导致动态响应慢，稳态精度差，控制复杂，并机数量有限制。综上，现有技术中存在如下问题：电压源下垂并联法，动态响应慢，稳态精度差，并机数量有限制；电压源、电流源混合并联法，没有系统地计算各模块的并机电流，电流调节各自为政，容易出现系统电流与负载电流不匹配，造成输出电压不稳定；另外，各交流模块的相位无法实现同步。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种PCS离网模式的电压、电流源并联系统及方法，通过电压源和电流源混合的方式，可解决电压源并联因阻抗参数不同而引起的不均流以及并联系统不稳定的问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术内容：

一种PCS离网模式的电压、电流源并联方法，包括步骤如下：

S1：利用主从竞争在多个PCS模块中竞争出一个PCS模块作为主机，其余PCS模块均为从机；

S2：主机根据自身电压相位角度发出相位同步信号，从机通过相位同步信号锁定主机相位，得到各自的锁相角度；

S3：主机控制系统基于DQZ变换输出电压幅值，通过电压环计算得出系统负载所需的输出电流给定；

S4：主机根据PCS模块数量和输出电流给定计算得出各PCS模块的电流环给定，将电流环给定下发至对应的从机；

S5：从机通过各自的电流环给定计算得出从机发波电压幅值，结合各自的锁相角度，经过DQZ反变换，得到含有幅值相位信息的从机发波电压；

主机通过主机的电流环给定计算得出主机发波电压幅值，结合自身电压相位角度，经过DQZ反变换，得到含有幅值相位信息的主机发波电压。

进一步地，S1的具体步骤为：

各PCS模块通过相互通信发现系统中无主机时，启动主从竞争，竞争出一个PCS模块作为主机，其余PCS模块均为从机。

进一步地，S1中，当主机发生故障时，重新启动主从竞争，竞争出一个PCS模块作为新主机，其余PCS模块作为新从机。

进一步地，当主机发生故障时，新主机继续根据自身电压相位角度发出新相位同步信号，新从机通过新相位同步信号锁定各自的新锁相角度。

进一步地，当主机发生故障时，新主机继续根据PCS模块数量和输出电流计算得出各PCS模块的新电流环给定，新从机继续通过新电流环给定计算得出各自的新从机发波电压幅值。

进一步地，S2的具体步骤为：

当主机处于离网模式时，主机自身产生电压相位角度，主机将电压相位角度转换为相位同步信号，将相位同步信号发至相位同步脉冲总线；从机通过相位同步脉冲总线接收到的相位同步信号，锁定各自的锁相角度。

进一步地，S4中，主机根据PCS模块数量将系统负载所需的输出电流给定均分至各PCS模块，得到各PCS模块的电流环给定，具体公式为：

I_refavg＝I_ref/n，其中，I_refavg为各PCS模块的电流环给定，I_ref为输出电流给定，n为PCS模块数量。

进一步地，S4中，主机通过高速通信广播将电流环给定下发至对应的从机。

一种PCS离网模式的电压、电流源并联系统，用于上述一种PCS离网模式的电压、电流源并联方法的步骤，其特征在于，包括多个PCS模块、相位同步脉冲总线和高速通信总线；

所有PCS模块之间均相连至相位同步脉冲总线上，所有PCS模块之间均相连至高速通信总线上。

进一步地，所述高速通信总线为CAN、RS485、Ethernet或Ethercat。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

本发明提供一种PCS离网模式的电压、电流源并联方法，通过主从竞争竞争出主机和从机，通过主机根据输出电压计算系统负载总电流，经过处理后，给从机下发需要的电流给定，使得各模块联动为一个整体，负载动态响应提升；主机将自身相位通过同步脉冲发给从机，从机再进行锁相，保证了各模块之间的无相位延时，锁相角度作为DQZ变换的定向角度，保证了各模块在同一个DQZ坐标系中，增强了并机稳定性；主机通过高速通信传输DQZ电流幅值信息，由于DQZ变换将交流变为直流，对于通信传输产生的延时耐受度增强，电流给定在一轮传输过程中变化小，从机接收信息一致，保证了并机均流度，增强了并机可靠性，因此，本方法可增强并机稳定性和可靠性，提升了负载的动态响应，使得增加并机数量不受通信负载率的限制。

优选地，当主机故障时，系统自动竞争出新主机继续上一个主机的工作，系统冗余度高。

优选地，主机通过高速通信广播将电流环给定下发至对应的从机，主机为广播模式，从机为监听模式，主机电压源计算出各模块电流给定发到总线，从机接收总线信息，这样，使得通信传输产生的延时耐受度进一步增强。

本发明还提供一种PCS离网模式的电压、电流源并联系统，包括多个PCS模块、相位同步脉冲总线和高速通信总线，利用本系统能够实现上述方法，可避免电压源并联因阻抗参数不同而引起的不均流以及并联系统不稳定的问题，操作简单，具有较高的推广应用价值。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种PCS离网模式的电压、电流源并联系统的控制框图；

图2为本发明实施例提供的一种PCS离网模式的电压、电流源并联系统的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种PCS离网模式的电压、电流源并联方法的流程图；

图4为本发明提供的一种PCS离网模式的电压、电流源并联方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下具体实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种PCS离网模式的电压、电流源并联方法，包括步骤如下：

S1：利用主从竞争在多个PCS模块中竞争出一个PCS模块作为主机，其余PCS模块均为从机；

S1的具体步骤为：

各PCS模块通过相互通信发现系统中无主机时，启动主从竞争，竞争出一个PCS模块作为主机，其余PCS模块均为从机。

S1中，当主机发生故障时，重新启动主从竞争，竞争出一个PCS模块作为新主机，其余PCS模块作为新从机。

当主机发生故障时，新主机继续根据自身电压相位角度发出新相位同步信号，新从机通过新相位同步信号锁定各自的新锁相角度。

当主机发生故障时，新主机继续根据PCS模块数量和输出电流计算得出各PCS模块的新电流环给定，新从机继续通过新电流环给定计算得出各自的新从机发波电压幅值。

S2：主机根据自身电压相位角度发出相位同步信号，从机通过相位同步信号锁定主机相位，得到锁定各自的锁相角度；

S2的具体步骤为：

当主机处于离网模式时，主机自身产生电压相位角度，主机将电压相位角度转换为相位同步信号，将相位同步信号发至相位同步脉冲总线；从机通过相位同步脉冲总线接收到的相位同步信号，锁定各自的锁相角度。

S3：主机控制系统基于DQZ变换输出电压幅值，通过电压环计算得出系统负载所需的输出电流给定；

S4：主机根据PCS模块数量和输出电流给定计算得出各PCS模块的电流环给定，将电流环给定下发至对应的从机；

主机根据PCS模块数量将系统负载所需的输出电流给定均分至各个PCS模块，得到各PCS模块的电流环给定，具体公式为：

I_refavg＝I_ref/n，其中，I_refavg为各PCS模块的电流环给定，I_ref为输出电流给定，n为PCS模块数量。

主机通过高速通信广播将电流环给定下发至对应的从机。

S5：从机通过各自的电流环给定计算得出各自的从机发波电压幅值，结合各自的锁相角度，经过DQZ反变换，得到含有幅值相位信息的从机发波电压；

主机通过主机的电流环给定计算得出主机发波电压幅值，结合自身电压相位角度，经过DQZ反变换，得到含有幅值相位信息的主机发波电压。

本发明还提供一种PCS离网模式的电压、电流源并联系统，用于上述的一种PCS离网模式的电压、电流源并联方法的步骤，包括多个PCS模块、相位同步脉冲总线和高速通信总线；

所有PCS模块之间均相连至相位同步脉冲总线上，所有PCS模块之间均相连至高速通信总线上，所述高速通信总线为CAN、RS485、Ethernet或Ethercat。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步解释说明：

实施例

如图1所示，本实施例提供一种PCS离网模式的电压、电流源并联方法，其具体步骤包括：

S101，系统无主机时，从n个PCS模块中竞争出主机。具体地，各PCS模块通过相互通信发现系统中无主机时，启动主从竞争，使得系统必然存在一个主机，其余模块均为从机。

S102，主机根据自身的电压相位角度θ_ref，发出相位同步信号，从机锁定主机角度,即从机通过相位同步信号锁定主机相位，得到各自的锁相角度。具体地，主机在离网模式时，输出电压相位角度给定为自身产生，此时主机模块还未发波，其相位转换为同步脉冲，通过信号电路发送到总线上，而从机可以接收总线的同步信息，锁定同步脉冲，从而使从机的输出电压角度给定与主机保持一致，此电压角度也是后续DQZ变换的定向角度θ。

S103，主机根据自身角度θ_ref(电压相位角度)进行DQZ变换，控制系统输出电压幅值，经过电压环计算出系统所需电流幅值。具体地，主机工作在电压源，经过DQZ变换后，各交流量均变为直流量，在模块并联时，各模块的输出并在一起，所以主机通过电压环控制自身的电压幅值U_ref也就控制了系统的电压幅值，经过电压环计算，得到系统所需的电流幅值，系统负载所需的输出电流I_refd、I_refq、I_refz。

S104，主机根据模块数量n，这里的模块数量n为系统中所有的模块数量，计算各模块所需平均电流幅值给定，通过高速通信广播发给从机模块。具体地，以各模块均流为原则，主机将系统所需的电流幅值I_ref平均到每个模块上，每个模块所需的电流给定I_refavg＝I_ref/n，主机通过通信总线(CAN、RS485等)发送给从机，发送周期为主机的控制周期。

当然，本实施例中电流给定分配方式采用了均流分配策略，也可以采用其他分配策略，比如采用新模块分配电流大，旧模块分配电流小的分配方式，这里，不限于均流分配方式。

S105，从机控制平均电流幅值给定，经过电流环计算出模块发波电压幅值，根据锁相角度进行DQZ反变换，得到发波电压。具体地，从机根据接收到的模块电流给定I_refavg，通过电流环计算出发波电压幅值即U_dactn、U_qactn、U_zactn；再利用S102中锁定的定向角度θ经过DQZ反变换后，得到模块发波电压。

S106，主机控制平均电流幅值给定，经过电流环计算出模块发波电压幅值，根据自身角度进行DQZ反变换，得到发波电压。具体地，主机根据自身计算的模块电流给定I_refavg，通过电流环计算出发波电压幅值，在利用自身的θ经过DQZ反变换后，得到模块发波电压。

如图2所示，本实施例还提供一种PCS离网模式的电压、电流源并联系统，包括n个PCS模块、相位同步脉冲总线和高速通信总线，所有PCS模块之间均相连至相位同步脉冲总线上，所有PCS模块之间均相连至高速通信总线上。

还包括AC输出电压，为本系统提供稳定的电压输出。

如图2中虚线所示，PCS各模块之间的电流环给定的幅值信息由主机通过高速通信(CAN、RS485、Ethernet或Ethercat等)传输到总线；如图2点化线所示，PCS各模块之间的电流环给定的相位信息由主机发送同步脉冲到总线。

具体工作方式如下：

相位同步脉冲总线。主机根据自身相位角度发送同步信号到总线，从机接收总线信号，通信进行锁相使得自身相位与主机时刻保持一致(其延时也就是电信号延时，可忽略)，当前主机丢失(或主机发生故障)时，剩余从机必然竞争出新主机继续发送同步脉冲，其余新从机继续锁同步脉冲。

高速通信总线。高速通信总线可以是CAN、RS485、Ethernet、Ethercat等，主机为广播模式，从机为监听模式，主机电压源计算出各模块电流给定发到总线，从机接收总线信息(其延时为通信传输延时+发送周期)，当主机丢失(或主机发生故障)时，剩余从机必然竞争出新主机继续作为电压源发送模块电流给定到总线，其余新从机继续接收电流给定信息执行电流源模式。

上述实施例仅仅是能够实现本发明技术方案的实施方式之一，本发明所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制，还包括在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化、替换及其他实施方式。

Claims (10)

1.一种PCS离网模式的电压、电流源并联方法，其特征在于，包括步骤如下：

S1：利用主从竞争在多个PCS模块中竞争出一个PCS模块作为主机，其余PCS模块均为从机；

S2：主机根据自身电压相位角度发出相位同步信号，从机通过相位同步信号锁定主机相位，得到各自的锁相角度；

S3：主机控制系统基于DQZ变换输出电压幅值，通过电压环计算得出系统负载所需的输出电流给定；

S4：主机根据PCS模块数量和输出电流给定计算得出各PCS模块的电流环给定，将电流环给定下发至对应的从机；

S5：从机通过各自的电流环给定计算得出从机发波电压幅值，结合各自的锁相角度，经过DQZ反变换，得到含有幅值相位信息的从机发波电压；

主机通过主机的电流环给定计算得出主机发波电压幅值，结合自身电压相位角度，经过DQZ反变换，得到含有幅值相位信息的主机发波电压。

2.根据权利要求1所述的一种PCS离网模式的电压、电流源并联方法，其特征在于，S1的具体步骤为：

各PCS模块通过相互通信发现系统中无主机时，启动主从竞争，竞争出一个PCS模块作为主机，其余PCS模块均为从机。

3.根据权利要求1所述的一种PCS离网模式的电压、电流源并联方法，其特征在于，S1中，当主机发生故障时，重新启动主从竞争，竞争出一个PCS模块作为新主机，其余PCS模块作为新从机。

4.根据权利要求3所述的一种PCS离网模式的电压、电流源并联方法，其特征在于，当主机发生故障时，新主机继续根据自身电压相位角度发出新相位同步信号，新从机通过新相位同步信号锁定各自的新锁相角度。

5.根据权利要求3所述的一种PCS离网模式的电压、电流源并联方法，其特征在于，当主机发生故障时，新主机继续根据PCS模块数量和输出电流计算得出各PCS模块的新电流环给定，新从机继续通过新电流环给定计算得出各自的新从机发波电压幅值。

6.根据权利要求1所述的一种PCS离网模式的电压、电流源并联方法，其特征在于，S2的具体步骤为：

当主机处于离网模式时，主机自身产生电压相位角度，主机将电压相位角度转换为相位同步信号，将相位同步信号发至相位同步脉冲总线；从机通过相位同步脉冲总线接收到的相位同步信号，锁定各自的锁相角度。

7.根据权利要求1所述的一种PCS离网模式的电压、电流源并联方法，其特征在于，S4中，主机根据PCS模块数量将系统负载所需的输出电流给定均分至各PCS模块，得到各PCS模块的电流环给定，具体公式为：

I_refavg＝I_ref/n，其中，I_refavg为各PCS模块的电流环给定，I_ref为输出电流给定，n为PCS模块数量。

8.根据权利要求1所述的一种PCS离网模式的电压、电流源并联方法，其特征在于，S4中，主机通过高速通信广播将电流环给定下发至对应的从机。

9.一种PCS离网模式的电压、电流源并联系统，用于实现权利要求1-8任一项所述的一种PCS离网模式的电压、电流源并联方法的步骤，其特征在于，包括多个PCS模块、相位同步脉冲总线和高速通信总线；

所有PCS模块之间均相连至相位同步脉冲总线上，所有PCS模块之间均相连至高速通信总线上。

10.根据权利要求9所述的一种PCS离网模式的电压、电流源并联系统，其特征在于，所述高速通信总线为CAN、RS485、Ethernet或Ethercat。

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