CN215300511U - 一种带电压越限预警的三斜率下垂控制的ac-dc变流器 - Google Patents
一种带电压越限预警的三斜率下垂控制的ac-dc变流器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型提供一种带电压越限预警的三斜率下垂控制的AC‑DC变流器，用于控制连接直流电网与交流电网，包括底座、防护柜、风机以及内部电路，还包括控制器，内部电路包括逆变电路、滤波电路、采集电路以及斜率控制电路，逆变电路输入端与直流电网连接，逆变电路输出端与滤波电路输入端连接，滤波电路输出端与交流电网连接，采集电路采集逆变电路的输出功率并将采集到的数据传入控制器，斜率控制电路与控制器连接，斜率控制电路在逆变电路输出功率越限时改变斜率下垂控制的斜率，防护柜安装在底座上，内部电路以及风机均安装在防护柜柜体内，风机加速内部电路散热。解决了现有变流器不能准确识别变流器运行功率情况的技术问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及换流器自动控制技术领域，尤其涉及一种带电压越限预警的三斜率下垂控制的AC-DC变流器。
背景技术
光伏发电与电动汽车充电桩通过直流电网连接，可以避免直流到交流及交流到直流的多次转换，提高电能效率。为提高直流电网可靠性，直流电网通常通过AC/DC变流器与交流电网连接。在直流电网中，如果存在多台AC/DC变流器并联运行，可以采用主从式的控制方式，一台AC/DC变流器控制直流电压，其它的控制功率；也可以采用分布式控制，即各AC/DC变流器都采用电压-功率下垂控制方式。采用分布式控制，不需要主机，各变流器之间也不需要通信。各变流器通过检测直流电压的大小，调整传送功率的大小与方向，达到功率在各变流器的合理分配。
目前，AC/DC变流器采用的电压-功率下垂控制方式都是一条斜线，即：在功率-电压坐标系上，通过一条直线连接最高运行电压、反向最大功率与最低运行电压、最大功率这两点。通过检测电压，可以感知AC/DC变流器还剩余百分之几的额定功率，但无法确定剩余功率的绝对值。若直流电网中存在光伏DC/DC变流器采用最大功率跟踪控制，则不易设置DC/DC变流器的最大电压限值：限值设置太低，则出现AC/DC变流器还有足够容量情况下，光伏不再提高功率输出，不利于光伏发电的利用；限值设置太高，则出现AC/DC变流器剩余容量不足时，光伏依然按最高跟踪功率输出，可能造成直流系统过电压。同理，若直流电网中存在电动汽车充电DC/DC变流器采用定功率控制，则不易设置DC/DC变流器的最小电压限值：限值设置太高，则出现AC/DC变流器还有足够容量情况下，充电DC/DC变流器降低功率输出或停止运行，降低了系统的工作效率；限值设置太低，则出现AC/DC变流器剩余容量不足时，充电DC/DC变流器依然全功率运行，可能造成直流系统低电压甚至导致直流系统电压崩溃，降低了系统的可靠性。
为了解决上述技术问题，公开号为CN110912208A的专利文献公开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，功频率下垂模块输出电网同步信号，无功电压下垂模块输出变流器电压幅值给定信号，二者实现换流阀输出电压相位和幅值与电网同步，不依赖锁相环能够提高换流阀接入弱交流系统的稳定性，同时为孤岛和联网控制模式的切换提供便利条件。暂态有功调节模块利用暂态有功给定值和反馈值的误差，计算暂态有功电流给定值的补偿信号，加快下垂控制有功动态响应过程，暂态有功调节模块中设置比例微分环节，实现暂态有功调节模块在稳态时输出基本为0，功率阶跃等暂态过程中输出补偿分量，加快有功功率跟踪给定。同时保持稳态运行时换流器的下垂特性，保证系统稳定性。但该方法控制模块组合复杂，难以实现。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是：现有变流器不能准确识别变流器运行功率情况，可能造成直流系统低电压甚至导致直流系统电压崩溃，降低了系统的可靠性的技术问题。
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种带电压越限预警的三斜率下垂控制的AC-DC变流器，用于控制连接直流电网与交流电网，包括底座、防护柜、风机以及内部电路，还包括控制器，所述内部电路包括逆变电路、滤波电路、采集电路以及斜率控制电路，所述逆变电路输入端与直流电网连接，所述逆变电路输出端与所述滤波电路输入端连接，所述滤波电路输出端与所述交流电网连接，所述采集电路采集所述逆变电路的输出功率并将采集到的数据传入所述控制器，所述斜率控制电路与所述控制器连接，所述斜率控制电路在所述逆变电路输出功率越限时改变斜率下垂控制的斜率，所述防护柜安装在所述底座上，所述内部电路以及风机均安装在所述防护柜柜体内，所述风机加速所述内部电路散热。本实用新型通过在已有的下垂控制斜线中，增加两个拐点，将一条下垂控制斜线变为三段斜率不同的斜线，在直流运行电压靠近最高或最低允许电压时，斜率变大，在系统允许运行电压范围的中部时斜率变小，这样，直流系统中其他发电或用电设备可以通过检测斜率的变化，及时调整控制方式或功率大小，避免系统因低电压而导致电压崩溃或出现过电压而导致绝缘损坏。
作为优选，所述逆变电路为三相桥式逆变电路，所述三相桥式逆变电路包括三个半桥结构，每个所述半桥结构均包括互相串联的两个晶闸管，两个所述晶闸管分别并联一个二极管，所述三个半桥结构互相并联。
作为优选，所述控制器存储预设的变流器电压-功率曲线，所述控制器设置变流器工作电压上限U1，对应功率上限-P1，变流器工作电压下限U2，对应功率下限P2。
作为优选，所述斜率控制电路在所述电压-功率曲线中取两个拐点（-P3，U3）、（P4，U4），所述电压-功率曲线横坐标功率处于[-P3,P4]之间的所有电压-功率对应点形成斜率为-k2的直线、所述电压-功率曲线横坐标功率处于[-P1,-P3]之间的所有电压-功率对应点形成斜率为-k1的直线、所述电压-功率曲线横坐标功率处于[P4,P2]之间的所有电压-功率对应点形成斜率为-k3的直线。
作为优选，所述k1>k2同时k3>k2；变流器向直流电网传送功率记为正方向。
作为优选，所述ku4的取值范围为：1.1>ku4>1.01；所述ki4的取值范围为：0.99>ki4>0.8。
作为优选，所述防护柜包括控制室以及设备室，所述控制室与所述设备室通过竖直隔板隔离，所述控制器安装在所述控制室内，所述逆变电路、滤波电路、采集电路以及斜率控制电路安装在所述设备室内。所述隔板可以隔离发热量较大的、与电缆直接连接的设备端，保证控制器处在合适的温度下，避免程序出错误报。
本实用新型的实质性效果是：通过改变变流器电压-功率曲线的斜率，使得其他发电和用电设备无需与变流器建立通讯连接即可自行感知变流器功率即将越限。解决了现有变流器不能准确识别变流器运行功率情况，可能造成直流系统低电压甚至导致直流系统电压崩溃，降低了系统的可靠性的技术问题。
附图说明
图1是实施例一的结构示意图。
图2是实施例一的电气原理示意图。
图3是实施例一的电压-功率曲线示意图。
图中：1.底座、2.防护柜、3.控制室、4.电缆、5.风机。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步具体说明。
如图1或图2所示，实施例一包括底座1、防护柜2、风机5以及内部电路，防护柜2包括设备室以及控制室3，控制器安装在控制室3内，所述内部电路包括逆变电路、滤波电路、采集电路以及斜率控制电路，所述逆变电路、滤波电路、采集电路以及斜率控制电路安装在所述设备室内，所述逆变电路输入端与直流电网或其他直流供电源通过电缆4连接，所述电缆4通过所述设备室内与之匹配的支撑环接入所述控制柜，所述逆变电路输出端与所述滤波电路输入端连接，所述滤波电路输出端与所述交流电网连接，所述采集电路采集所述逆变电路的输出功率并将采集到的数据传入所述控制器，所述斜率控制电路与所述控制器连接，所述斜率控制电路在所述逆变电路输出功率越限时改变斜率下垂控制的斜率，所述防护柜2安装在所述底座1上，所述风机5加速所述内部电路散热。
如图3所示，所述控制器存储预设的变流器电压-功率曲线，所述控制器设置变流器工作电压上限U1，对应功率上限-P1，变流器工作电压下限U2，对应功率下限P2。所述斜率控制电路在所述电压-功率曲线中取两个拐点（-P3，U3）、（P4，U4），所述电压-功率曲线横坐标功率处于[-P3,P4]之间的所有电压-功率对应点形成斜率为-k2的直线、所述电压-功率曲线横坐标功率处于[-P1,-P3]之间的所有电压-功率对应点形成斜率为-k1的直线、所述电压-功率曲线横坐标功率处于[P4,P2]之间的所有电压-功率对应点形成斜率为-k3的直线。
本实用新型通过在已有的下垂控制斜线中，增加两个拐点，将一条下垂控制斜线变为三段斜率不同的斜线，在直流运行电压靠近最高或最低允许电压时，斜率变大，在系统允许运行电压范围的中部时斜率变小，这样，直流系统中其他发电或用电设备可以通过检测斜率的变化，及时调整控制方式或功率大小，避免系统因低电压而导致电压崩溃或出现过电压而导致绝缘损坏。
以上的实施例只是本实用新型的一种较佳的方案，并非对本实用新型作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (6)
1.一种带电压越限预警的三斜率下垂控制的AC-DC变流器，用于控制连接直流电网与交流电网，包括底座、防护柜、风机以及内部电路，其特征在于：还包括控制器，所述内部电路包括逆变电路、滤波电路、采集电路以及斜率控制电路，所述逆变电路输入端与直流电网连接，所述逆变电路输出端与所述滤波电路输入端连接，所述滤波电路输出端与所述交流电网连接，所述采集电路采集所述逆变电路的输出功率并将采集到的数据传入所述控制器，所述斜率控制电路与所述控制器连接，所述斜率控制电路在所述逆变电路输出功率越限时改变斜率下垂控制的斜率，所述防护柜安装在所述底座上，所述内部电路以及风机均安装在所述防护柜柜体内，所述风机加速所述内部电路散热。
2.根据权利要求1所述的一种带电压越限预警的三斜率下垂控制的AC-DC变流器，其特征在于：所述逆变电路为三相桥式逆变电路，所述三相桥式逆变电路包括三个半桥结构，每个所述半桥结构均包括互相串联的两个晶闸管，两个所述晶闸管分别并联一个二极管，所述三个半桥结构互相并联。
3.根据权利要求1所述的一种带电压越限预警的三斜率下垂控制的AC-DC变流器，其特征在于：所述控制器存储预设的变流器电压-功率曲线，所述控制器设置变流器工作电压上限U1，对应功率上限-P1，变流器工作电压下限U2，对应功率下限P2。
4.根据权利要求3所述的一种带电压越限预警的三斜率下垂控制的AC-DC变流器，其特征在于：所述斜率控制电路在所述电压-功率曲线中取两个拐点（-P3，U3）、（P4，U4），所述电压-功率曲线横坐标功率处于[-P3,P4]之间的所有电压-功率对应点形成斜率为-k2的直线、所述电压-功率曲线横坐标功率处于[-P1,-P3]之间的所有电压-功率对应点形成斜率为-k1的直线、所述电压-功率曲线横坐标功率处于[P4,P2]之间的所有电压-功率对应点形成斜率为-k3的直线。
5.根据权利要求4所述的一种带电压越限预警的三斜率下垂控制的AC-DC变流器，其特征在于：所述k1>k2同时k3>k2；变流器向直流电网传送功率记为正方向。
6.根据权利要求1或2所述的一种带电压越限预警的三斜率下垂控制的AC-DC变流器，其特征在于：所述防护柜包括控制室以及设备室，所述控制室与所述设备室通过竖直隔板隔离，所述控制器安装在所述控制室内，所述逆变电路、滤波电路、采集电路以及斜率控制电路安装在所述设备室内。
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2020
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