一种用于静止式中频电源组网系统的暂态过程控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于静止式中频电源组网系统的模式切换暂态过程控制方法，在基于组网时模式开关先闭合，脱网时静态开关先分断的最优开关顺序的基础上，利用CAN总线传输数字量，并通过组网单元电流峰值的平均分配及峰值、相位的平滑调节，实现静止式中频电源组网系统模式切换暂态过程的平稳过渡，保证组网单元及电网的安全、可靠、快速切换和稳定运行。本发明专利技术中采用闭环模式的电流峰值平均分配及峰值、相位的平滑调节控制算法，一方面，不需要外加专门的储能装置或者逻辑运算电路，保证了静止式中频电源组网系统结构的完整性、易于实现且抗干扰能力强；另一方面，解决了模式切换暂态过程中电流幅值和相位突变，且环流冲击大导致组网失败的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种用于静止式中频电源组网系统的暂态过程控制方法
本专利技术属于逆变器组网控制
，具体涉及一种用于静止式中频电源组网系统的模式切换暂态过程控制方法。
技术介绍
静止式中频电源采用基于电力电子开关器件的电力电子变换器来产生所需的400Hz交流电，具有体积、重量小，电能变换效率高、供电层级少、噪音小、动态响应快、可靠性高等优点，且易于实现模块化、集成化。目前，静止式中频电源多用于航空和军事领域，随着军事和经济的发展，上述领域对于中频供电系统的容量需求越来越大，而静止式中频电源的组网运行可以灵活地扩大系统容量，方便地组成冗余系统，互为备份，提高核心设备的供电可靠性和连续性。然而，对于静止式中频电源组网系统而言，模式切换暂态过程控制的好坏对组网系统的稳定性和组网各单元设备的寿命有着至关重要的作用。组网单元与中频电网之间的无缝切换，可以保证组网单元内重要负荷的供电连续性，对电网的安全稳定运行也具有重要的作用，已经作为组网系统的重要技术特征引起了广泛的重视。图1详细示出了静止式中频电源组网、独立运行模式切换原理图。组网单元在独立模式时采用电压、电流双闭环比例谐振(PR)控制即电压源输出模式，在组网模式时采用单电流环PR控制即电流源输出模式，组网单元输出端与电网的连接通过静态开关控制，静态开关闭合为组网单元输出端接入电网，静态开关断开为组网单元脱离电网。上位机通过模式开关逻辑控制组网单元在双闭环PR控制模式和单电流环PR控制模式之间的切换。在静止式中频电源组网或者脱网的模式切换暂态过程中，可能出现较大的电压或电流冲击，这对于中频电网、负载及中频电源本身都是不利的。理论上来讲，模式开关和静态开关同步切换时，冲击最小，但实际过程中，由于系统及开关动作时延等因数，模式开关和静态开关几乎不可能实现同步，因此，在组网或者脱网过程中，必须进行有效、合理的暂态过程控制。目前，对于模式切换暂态过程控制研究较多的集中在工频领域，主要表现为单台工频逆变器或微电网带本地负载时，与大电网之间的脱/组网切换过程。唐西胜等人于2011年在论文“基于储能的微网并网/离网无缝切换技术”(电工技术学报，2011，26(1)：279-284)提出了一种基于储能的微网并网/离网无缝切换技术，该技术利用储能可以在电压控制模式和电流控制模式间灵活快速转换，完成电源组网和脱网的角色转换，但该方法对于高度弱阻尼的静止式中频电源不能直接适用，且增加了储能单元，系统结构发生改变、可靠性和经济性降低、无法保证从机单元的无冲击并网。陈晓等人于2012年在论文“独立/并网双工模式光伏逆变系统的设计”(电力电子技术，2012，46(1)：56-60)提出了一种基于逻辑芯片UTC4053的硬件电路切换方法来实现逆变系统并网和独立两种工作模式的切换。该方法是将并网运行控制方法和独立运行控制方法作为两个输入通道，然后由单片机给定模式选择信号并经UTC4053实现通道的选择，即并/脱网状态，这对于小功率、简单的工频逆变器效果较好，而大容量静止式中频电源系统输出电流较大，且通道切换产生的延时对于相位同步控制影响加大，不但增加了额外的芯片，而且无法满足系统电流峰值的平均分配及峰值、相位的平滑调节。上述研究均是基于工频系统，然而，对于静止式中频电源组网系统而言，输出电压频率是工频的八倍，当开关频率为10kHz时，对于工频系统，开关器件两次动作之间的相位差为1.8°，而中静止式中频电源组网系统开关器件两次动作之间相位差为14.4°，组网系统模式切换暂态控制的难度大大增加，现有的模式切换暂态过程控制对于静止式中频电源组网系统而言将无能为力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述技术的不足，提出一种用于静止式中频电源组网系统的模式切换暂态过程控制方法，该控制方法可以解决模式切换暂态过程中电流幅值和相位突变，且环流冲击大导致组网失败的问题，保证组网单元在组网和脱网过程中以较小的电流冲击实现模式切换的平稳过渡。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供的静止式中频电源组网系统的模式切换暂态过程控制方法，其步骤包括：A模式，静止式中频电源组网单元独立运行切换到组网运行方法，按照以下步骤进行，(1)静止式中频电源组网系统上位机监测中频电网输出电压Ugrid，并通过逻辑及数字运算模块UC&CG实时计算中频电网电压Ugrid_pk、中频电网输出总电流Igrid_pk、中频网侧电流有效值Igrid_RMS，通过CAN总线将信息传输给各静止式中频电源组网单元；(2)静止式中频电源组网单元内部通过离散化数字锁相环跟踪中频电网电压的相位；(3)上位机判断中频电网输出电压Ugrid是否满足组网条件以及静止式中频电源组网单元输出电压在幅值、相位上与中频电网输出电压Ugrid是否匹配，如果满足上述条件，进入步骤(4)，否则转入步骤(1)；其中，所述步骤(3)的判断条件优选为：中频电网输出电压Ugrid范围：113V～118V；幅值差范围：-1V～+1V；相位差范围：±π/360；(4)静止式中频电源组网系统上位机通过CAN总线发送组网指令UpCmd_1，组网从机单元一旦确认组网指令，首先闭合模式开关，将输出控制模式从独立模式双闭环PR控制转换为组网模式单电流环PR控制，组网从机单元输出电流给定初值Irefn_pk，然后，在电网电压过零点处闭合静态开关；上述过程中，模式开关必须先于静态开关闭合；(5)通过以下关系式同步调整静止式中频电源组网从机单元输出电流给定初值Irefn_pk和初始相位Irefn_θ，保证组网单元对中频电网的同步跟踪，直至组网系统稳定运行；首先，静止式中频电源组网从机单元的输出电流给定初值Irefn_pk由电网输出总电流Igrid_pk、组网主机单元输出电流峰值I1_pk及组网从机单元输出电流峰值In_pk通过电流峰值调节器Iad共同决定，具体调节方式如下：上述式子中：n为静止式中频电源组网单元数量，Ipk_offset为静止式中频电源组网单元之间的峰值电流差，ΔIpk为峰值电流差约束范围，其值可根据实际系统需要进行设定，Ipk_step为峰值调节步长。其次，静止式中频电源组网从机单元的初始相位Irefn_θ由离散化数字锁相环输出相位Ipll_θ和从机输出电压相位Un_θ共同决定，具体调节方式如下：...

【技术保护点】
一种用于静止式中频电源组网系统的模式切换暂态过程控制方法，所述控制方法包括静止式中电源组网单元由独立运行切换到组网运行方法以及由组网运行切换到独立运行方法，其中， A：静止式中频电源组网单元由独立运行切换到组网运行方法按照下述步骤进行， (1)静止式中频电源组网系统上位机监测中频电网输出电压Ugrid，并通过逻辑及数字运算模块实时计算中频电网电压Ugrid_pk、中频电网输出总电流Igrid_pk、中频网侧电流有效值Igrid_RMS，通过CAN总线将信息传输给各静止式中频电源组网单元； (2)静止式中频电源组网单元内部通过离散化数字锁相环跟踪中频电网电压的相位； (3)上位机判断中频电网输出电压Ugrid是否满足组网条件以及静止式中频电源组网组网单元输出电压在幅值、相位上与中频电网电压Ugrid是否匹配，如果满足上述条件，进入步骤(4)； (4)静止式中频电源组网系统上位机通过CAN总线发送组网指令UpCmd_1，组网单元一旦确认组网指令，首先，闭合模式开关，将输出控制模式从独立模式双闭环PR控制转换为组网模式单电流环PR控制，组网从机单元输出电流给定初值Irefn_pk，然后，闭合静态开关； (5)同步调整静止式中频电源组网从机单元输出电流给定初值Irefn_pk和初始相位Irefn_θ，保证组网单元对中频电网的同步跟踪，直至静止式中频电源组网系统稳定运行； B：静止式中频电源组网单元由组网运行切换到独立运行按照下述步骤进行， (1)静止式中频电源组网系统上位机实时监测中频电网输出电压Ugrid是否稳定，若稳定，则进入步骤(2)，否则，继续监测，直至中频电网输出电压Ugrid稳定； (2)静止式中频电源组网系统上位机通过CAN总线发送脱网指 令UpCmd_0，组网从机单元一旦确认脱网指令，组网从机单元立即将输出电流Irefn_pk降为本地负载电流，然后分断静态开关； (3)上位机判断静态开关是否分断，若分断，则进入步骤(4)；(4)模式开关断开，组网单元从组网模式单电流环PR控制转换为独立模式双闭环PR控制，给本地负载不间断供电，模式切换暂态过程结束。...

【技术特征摘要】
1.一种用于静止式中频电源组网系统的模式切换暂态过程控制方法，所述控制方法包括静止式中频电源组网单元由独立运行切换到组网运行方法以及由组网运行切换到独立运行方法，其中，A：静止式中频电源组网单元由独立运行切换到组网运行方法按照下述步骤进行，(1)静止式中频电源组网系统上位机监测中频电网输出电压Ugrid，并通过逻辑及数字运算模块实时计算中频电网电压Ugrid_pk、中频电网输出总电流Igrid_pk、中频网侧电流有效值Igrid_RMS，通过CAN总线将信息传输给各静止式中频电源组网单元；(2)静止式中频电源组网单元内部通过离散化数字锁相环跟踪中频电网电压的相位；(3)上位机判断中频电网输出电压Ugrid是否满足组网条件以及静止式中频电源组网单元输出电压在幅值、相位上与中频电网输出电压Ugrid是否匹配，如果满足上述条件，进入步骤(4)，若不满足所述条件，则返回步骤(1)；(4)静止式中频电源组网系统上位机通过CAN总线发送组网指令UpCmd_1，组网单元一旦确认组网指令，首先，闭合模式开关，将输出控制模式从独立模式双闭环PR控制转换为组网模式单电流环PR控制，组网从机单元输出电流给定初值Irefn_pk，然后，闭合静态开关；(5)同步调整静止式中频电源组网从机单元输出电流给定初值Irefn_pk和初始相位Irefn_θ，保证组网单元对中频电网的同步跟踪，直至静止式中频电源组网系统稳定运行；B：静止式中频电源组网单元由组网运行切换到独立运行按照下述步骤进行，(1)静止式中频电源组网系统上位机实时监测中频电网输出电压Ugrid是否稳定，若稳定，则进入步骤(2)，否则，继续监测，直至中频电网输出电压Ugrid稳定；(2)静止式中频电源组网系统上位机通过CAN总线发送脱网指令UpCmd_0，组网从机单元一旦确认脱网指令，组...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱俊杰，聂子玲，李华玉，张银峰，胡风革，韩一，许杰，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42