CN211063355U - 并离网快速切换控制的储能逆变器 - Google Patents

Abstract

并离网快速切换控制的储能逆变器，离网运行模式(1)和并网运行模式(2)通过模式选择开关(3)连接到储能变流器(4)，储能变流器(4)连接负载(6)，储能变流器(4)通过并网开关(5)连接电网(7)。在常规的被动孤岛检测和主动孤岛检测的方法基础上增加了特定的市电波形检测，快速进行电网故障判断，并且模式切换条件高于并网开关切离条件，保证模式切换在并网开关切离后进行；两种模式的内环控制共用，来保持电流环控制的连续性，两种模式最终都可以通过电感电流内环来实现；可以减少互感器的数量，有利于提高系统可靠形和安全性。

Description

并离网快速切换控制的储能逆变器

技术领域

本实用新型属于储能变流器领域，尤其是并离网快速切换控制的储能逆变器。

背景技术

风力发电等间歇性电源的接入对电网的电能质量造成影响。电池储能系统应用提高可再生能源发电的稳定性,改善电网的电能质量。储能系统的核心是逆变器,研究储能系统逆变器的控制机理和在不同工况下储能系统的各种控制策略具有深远的理论和现实意义。

目前的储能变流器一般有并网和离网两种运行模式，在并网运行模式下，在电网正常时并网发电运行，电网故障时停止工作，并网电流环控制。在独立运行模式或离网模式下，储能变流器给本地负载不间断供电，输出电压环控制。具有双模式储能逆变器能在电网正常时并网发电运行，当电网故障或其他原因时离网独立发电模式运行，可以提高配电网的供电可靠性和储能的利用率。因为两种模式下的控制方式差别，从并网模式到独立发电模式或离网切换过程中变流器输出侧压降突变会造成所接负载电流、电压突变，这可能使双模式逆变器的不间断供电难以实现甚至损害所接负载。

中国电科院项目《储能系统并离网特性及检测技术》对储能系统并离网切换特性展开研究。其公开内容包括,在电流内环控制的基础上,提出一种新型的电压漂移孤岛检测方法。通过在电流内环中添加反馈电压增益模块来提高检测效率,并利用古尔维茨判据对模块中的增益系数进行分析来研究孤岛检测成功边界条件，为防止逆变器输出功率与负荷功率完全相等而无法检测出孤岛的问题,提出在并网运行时逆变器输出功率时刻存在较小波动的方法,通过仿真验证了其有效性。

相关专利文献也有所涉及。

国电南瑞科技股份有限公司和国电南瑞南京控制系统有限公司提出的中国专利申请201310544503.0公开了一种基于GOOSE的微电网并网转离网平滑切换智能控制方法，根据不同并网点开关位置状态组合逻辑表达式，匹配出微电网当前运行模式，通过实时采集各个并网点、负荷、分布式电源、储能逆变器的功率信息，同时根据匹配出的运行模式，计算当前并网点的交换功率值，判断出功率盈缺情况，制定负荷/分布式电源切除计划，最终完成微电网离网平滑控制。适用于复杂微电网的各种运行方式，能够在各种运行方式下实现从并网到离网平滑切换控制，具有良好的应用前景。

湖南大学提出的中国专利申请201410190221.X公开了一种三相双模式逆变器的平滑切换控制方法，该方法包括离并网平滑切换控制和离网平滑切换控制两个部分。平滑切换控制环节由软启动虚拟阻抗和单环电流反馈控制构成。当逆变器由离网模式转为并网模式时，引入输出电流相位超前控制和平滑切换控制，抑制逆变器输出电流和入网电流的瞬时冲击，从而大幅削弱逆变器的能量倒灌现象，实现并网平滑切换。当逆变器由并网模式转为离网模式时，仅引入单环电流反馈控制，使入网电流快速减小到零，避免了由电流瞬时不平衡引起的逆变器直流侧电压波动，实现离网平滑切换。解决了微电网逆变器在并网时电流冲击大、在离网时直流侧电压波动等问题，实现了微电网运行模式的平滑切换。

河南城建学院提出的中国专利申请201620168638.0公开了一种可实现离网模式与并网模式平滑切换的逆变器，包括壳体，所述壳体的一侧设有输入接口，所述输入接口连接有第一电压采集器和第一电流采集器，所述第一电压采集器和第一电流采集器均位于壳体内，且第一电压采集器和第一电流采集器分别位于输入接口的两侧，所述第一电压采集器和第一电流采集器均连接有控制单元，所述控制单元位于第一电压采集器和第一电流采集器之间，所述控制单元连接有逆变器功率单元，所述逆变器功率单元连接有自动断电综合保护器和输出接口。能够实时采集输入端和输出端的电流电压数据，并能根据数据实现离网模式与并网模式的平滑切换，且能够对逆变器进行保护，结构简单，成本低。

东南大学、国网江苏省电力公司经济技术研究院、南京电力工程设计有限公司和国家电网公司提出的中国专利申请201710171719.5公开了一种光储交直流微网中的并/离网无缝切换新策略。首先设计了新的微网预同步算法，保证交流母线电压相位平稳连续，为并/离网的无缝切换奠定基础；再根据微网的系统结构，结合微网系统并网/离网工作模式切换时的外环输出特征，提出一种改进的外环将其应用于储能控制外环以及逆变器控制外环。该改进外环实现并/离网模式切换瞬间输出需求的重置功能，以补偿传统PI调节器切换时因线路潮流变化而引起的超调量，能较好地解决切换过程中交直流母线电压波动问题，实现无缝切换。采用改进的电压外环调节策略，能够抑制暂态过程中的严重超调，减少交直流母线的电压波动，保证了切换时的平滑。

苏州中储普华电力科技有限公司和江苏科曜能源科技有限公司提出的中国专利申请201811353597.2公开了一种储能变流器并离网切换方法，包括所述储能变流器从并网状态切换至离网状态，将并网状态下电流环PI控制器输出的电流值补偿到离网状态下的电流控制环；所述储能变流器从离网状态切换至并网状态，对所述储能变流器进行相位预同步和幅值预同步，分别获得参考相位和参考幅值，当所述储能变流器的电压相位和电压幅值均分别达到参考相位和参考幅值时切换至并网状态。能够实现微网系统并离网模式的平滑过渡，提高储能变流器并离网切换的可靠性。

针对以上问题，需要有可靠的控制算法保证切换过程平滑过渡，避免逆变器输出侧电压值的突变。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供并离网快速切换控制的储能逆变器，以双模式储能变流器为基础，平滑地从并网模式切换至离网独立运行模式，并且能够有效避免变流器交流侧所接负载断电。

本实用新型的目的将通过以下技术措施来实现：离网运行模式和并网运行模式通过模式选择开关连接到储能变流器，储能变流器连接负载，储能变流器通过并网开关连接电网。

尤其是，并网开关连接逆变器。

尤其是，模式选择开关中安装有逻辑开关，逻辑开关与储能变流器连接。

尤其是，模式选择开关中安装有电压频率检测模块、市电波形检测模块和孤岛检测模块，其中，孤岛检测模块包括被动孤岛检测子模块和主动孤岛检测子模块。

尤其是，离网运行模式、并网运行模式采用共用内环控制，电感电流为内环；并网模式下，采用双环控制，以馈网功率为外环，电感电流为内环；离网模式下，也采用双环控制，以负载电压为外环，电感电流为内环。

尤其是，模式选择开关上安装运算放大器和DSP芯片。

本实用新型的优点和效果：在常规的被动孤岛检测和主动孤岛检测的方法基础上增加了特定的市电波形检测，快速进行电网故障判断，并且模式切换条件高于并网开关切离条件，保证模式切换在并网开关切离后进行；两种模式的内环控制共用，来保持电流环控制的连续性，两种模式最终都可以通过电感电流内环来实现；可以减少互感器的数量，有利于提高系统可靠形和安全性。

附图说明

图1为本实用新型中结构连接关系示意图。

图2为本实用新型实施例1中并离网平滑切换运行过程示意图。

图3为本实用新型实施例1中离网、并网运行模式共用内环控制示意图。

图4为本实用新型实施例1中并网开关断开后进行模式切换运行过程示意图。

图5为本实用新型实施例1中发现模式选择开关切换运行过程示意图。

附图标记包括：

离网运行模式1、并网运行模式2、模式选择开关3、储能变流器4、并网开关5、负载6、电网7。

具体实施方式

本实用新型原理在于，实现储能逆变器并离网模式的平滑切换，需要在并网的主电路安装并网开关5，控制逆变器与电网的连接与断开，同时控制部分也有逻辑开关控制储能变流器4在离网运行模式1和并网运行模式2的切换。

孤岛效应就是指因故障事故或停电维修等原因停止工作时，安装在各个用户端的光伏并网发电系统未能及时检测出停电状态而不能迅速将自身切离市电网络，而形成的一个由光伏并网发电系统向周围负载供电的一种电力公司无法掌控的自给供电孤岛现象。孤岛现象的检测方法根据技术特点，可以分为三大类：被动检测方法、主动检测方法和基于通讯的开关状态监测方法。其中，被动检测方法利用电网断电时逆变器输出端电压、频率、相位或谐波的变化进行孤岛效应检测。但当光伏系统输出功率与局部负载功率平衡，则被动式检测方法将失去孤岛效应检测能力，存在较大的非检测区域(Non-Detection Zone，简称NDZ)。并网逆变器的被动式反孤岛方案不需要增加硬件电路，也不需要单独的保护继电器。主动式孤岛检测方法是指通过控制逆变器，使其输出功率、频率或相位存在一定的扰动。电网正常工作时，由于电网的平衡作用，检测不到这些扰动。一旦电网出现故障，逆变器输出的扰动将快速累积并超出允许范围，从而触发孤岛效应检测电路。该方法检测精度高，非检测区小，但是控制较复杂，且降低了逆变器输出电能的质量。目前并网逆变器的反孤岛策略都采用被动式检测方案加上一种主动式检测方案相结合。孤岛效应检测除了上述普遍采用的被动法和主动法，还有一些逆变器外部的检测方法。如“网侧阻抗插值法”，该方法是指电网出现故障时在电网负载侧自动插入一个大的阻抗，使得网侧的阻抗突然发生显著变化，从而破坏系统功率平衡，造成电压、频率及相位的变化。

本实用新型包括：离网运行模式1、并网运行模式2、模式选择开关3、储能变流器4和并网开关5。

本实用新型中，离网运行模式1和并网运行模式2分别是一个电路系统。

如附图1所示，离网运行模式1和并网运行模式2通过模式选择开关3连接到储能变流器4，进一步的，储能变流器4连接负载6，储能变流器4通过并网开关5连接电网7。

本实用新型中，当电网出现故障或者人为需要切断电网时，储能变流器从并网运行模式1到离网运行模式2独立运行切换的步骤为：

1、首先检测电网7故障，或收到切断电网7信号，通过并网开关5快速切断电网7的连接。

2、储能变流器4电感电流给定变为输出负载电流给定，将控制外环切换到负载6电压外环调整，逆变器输出电压与电网7电压一致。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1：如附图2所示，并离网平滑切换控制方法运行过程如下：

开始状态下，首先进行电压频率检测，然后进行孤岛检测，判断是否处于孤岛状态，是则断开并网开关5，进入独立离网运行模式1；否则进入并网运行模式2，返回开始状态；进一步的，在独立的离网运行模式下判断是否电网7恢复正常，是则返回开始状态，否则保持独立的离网运行模式。

前述中，对电网7采用被动孤岛检测和主动孤岛检测的方法检测，同时在此基础上增加市电波形检测。

前述中，如附图3所示，离网运行模式1、并网运行模式2采用共用内环控制，电感电流为内环；并网模式下，采用双环控制，以馈网功率为外环，电感电流为内环；离网模式下，也采用双环控制，以负载电压为外环，电感电流为内环。

前述中，如附图4所示，在并网模式下增加负载6电压环，以负载电压作为反馈量，将负载6电压环的参考定位最低负载电压，在并网开关5断开后进行模式切换。

前述中，如附图5所示，在发现模式选择开关3需要切换时，将电感电流给定变为输出负载电流给定。

本实用新型实施例中，在常规的被动孤岛检测和主动孤岛检测的方法基础上增加了特定的市电波形检测，以快速的识别出电网故障。通过过零点时间判断每一个周期内时间是否与上一周期相等，同时采样每个周期内的实时电压数据，经过电压比较运算放大器后，DSP芯片接收，判断此时市电是否正常，从而达到快速识别电网故障的效果。

本实用新型实施例中，采用共用内环控制，既可以保持控制的连续性，又可以减少互感器的数量，两种模式最终都可以通过电感电流内环来实现。

本实用新型实施例中，在电网7正常时，在并网模式下增加负载6电压环作为控制环的输出不会对电流环产生作用，有利于提高系统可靠形和安全性。

Claims (6)

1.并离网快速切换控制的储能逆变器，其特征在于，离网运行模式(1)和并网运行模式(2)通过模式选择开关(3)连接到储能变流器(4)，储能变流器(4)连接负载(6)，储能变流器(4)通过并网开关(5)连接电网(7)。

2.如权利要求1所述的并离网快速切换控制的储能逆变器，其特征在于，并网开关(5)连接逆变器。

3.如权利要求1所述的并离网快速切换控制的储能逆变器，其特征在于，模式选择开关(3)中安装有逻辑开关，逻辑开关与储能变流器(4)连接。

4.如权利要求1所述的并离网快速切换控制的储能逆变器，其特征在于，模式选择开关(3)中安装有电压频率检测模块、市电波形检测模块和孤岛检测模块，其中，孤岛检测模块包括被动孤岛检测子模块和主动孤岛检测子模块。

5.如权利要求1所述的并离网快速切换控制的储能逆变器，其特征在于，离网运行模式(1)、并网运行模式(2)采用共用内环控制，电感电流为内环；并网模式下，采用双环控制，以馈网功率为外环，电感电流为内环；离网模式下，也采用双环控制，以负载电压为外环，电感电流为内环。

6.如权利要求1所述的并离网快速切换控制的储能逆变器，其特征在于，模式选择开关(3)上安装运算放大器和DSP芯片。

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