基于并离网暂态过程分段控制的储能变流器平滑切换方法技术

本发明专利技术公开了一种基于并离网暂态过程分段控制的储能变流器平滑切换方法，通过详细分析微网系统并网转离网、离网转并网的暂态过程，并将其分别划分为四个阶段，在不同的时间段，采用合理的平滑过渡策略。本发明专利技术结合切换开关自身特性，将并离网转换暂态过程分段处理，可进一步改善系统的并离网切换过程的可靠性、平滑性，适应实际工况的复杂性。

Smooth switching method of energy storage converter based on parallel off grid transient process subsection control

【技术实现步骤摘要】
基于并离网暂态过程分段控制的储能变流器平滑切换方法
本专利技术涉及一种储能变流器平滑切换方法，特别是一种基于并离网暂态过程分段控制的储能变流器平滑切换方法。
技术介绍
随着新能源分布式发电渗透率的逐步深入，限电问题严重，同时，为提升用户侧关键负荷使用电能的稳定性及电网故障时用电持续性，微电网系统的重要性逐渐显现。微电网系统的主要组成部分包括，储能装置、各分布式发电单元、智能开关柜、低压电网、本地负荷。其中，智能开关柜是连接本地微电网与大电网间的关键设备。通常情况下，为实现微网系统中储能变流器的并离网切换功能，智能开关柜中一般可选配半导体类型的开关，如静态开关，或机械式开关，如接触器。接触器属于机械式开关，本身动作时间较长，对于要求较低，电压跌落不大或允许恢复时间在百毫秒级的工况下，可选用有成本优势的接触器；而静态开关属于半导体功率器件，其动作时间较快，适用于关键性负荷的可靠供电。关于微网系统中储能变流器的并离网控制策略大多基于特殊的系统拓扑结构，例如搭配各种不同微源或交直流混合型微网系统，各种不同优化的控制算法，例如改进的下垂控制、模糊滑模控制、PQ/VF、虚拟同步电机等，及混合储能系统，例如锂电池、超级电容器、飞轮作为储能介质的混合储能协调控制，都在改善储能变流器并离网切换过程平滑性起到较好的作用。然而，当电网电压或频率发生变化，并触发并离网切换条件时，大部分现有技术，在并网离网算法切换及控制智能开关柜中的切换开关时，未充分考虑并离网切换的暂态过程，实际应用中可能引起切换过程的电压电流波形畸变较严重，尤其在严苛工况下，甚至切换失败。现有技术虽对微网系统拓扑、及并离网控制算法提出很多优化及改进方法，但均未详细分析并离网切换的暂态过程，进而从该暂态过程寻求进一步提升切换平滑性。通常情况下，智能开关柜中采用接触器或静态开关，而两者的闭合断开状态与其对应的反馈信号实际上并不同步，存在一定的时间差。另外，诸如现有技术提到的并网运行与离网运行间相互切换时，两种算法的切换时刻、相位锁定等因素都决定了并离网切换暂态过程的复杂性。若不考虑切换情况下开关并离网暂态过程，尤其在并离网切换前后使用两种不同的控制算法时，不仅在直流侧将可能引起较大波动，而且将使交流侧切换过程的储能变流器输出电压电流波形畸变而触发停机故障。例如，在SOC较低时满功率充电，且接入满负荷的情况下发生电网故障，由并网运行切换至离网运行后，未等到智能开关中的接触器断开，而快速恢复储能变流器输出电压，此时触发电池欠压的机率较高，以致触发电池BMS三级告警而停机，另外，交流侧储能变流器输出电压不断升高，与有故障的电网电压压差迅速增大，伴随储能变流器输出电流迅速增大以致触发硬件过流关机的风险较高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于并离网暂态过程分段控制的储能变流器平滑切换方法，考虑并离网暂态过程从而使整个切换过程更加平滑。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于并离网暂态过程分段控制的储能变流器平滑切换方法，其特征在于包含以下步骤：步骤一：并网转离网切换，储能变流器初始状态为并网运行，工作于电流源模式；1.1电网故障检测延迟时段：电网在A1时刻出现故障；经过故障检查延时间，于B1时刻判断电网故障，同时发出接触器断开指令，将并网算法切换至离网算法；1.2并网转离网算法切换至实际接触器断开时段：C1时刻接触器实际切除；1.3接触器实际断开至接触器反馈断开状态时段：D1时刻检测出接触器对应的反馈信号；1.4接触器反馈断开状态时段：储能变流器输出电压目标值以一定的速度恢复离网运行电压指令至额定值；步骤二：离网转并网切换，储能变流器初始状态为离网运行，工作于电压源模式；2.1电网恢复正常并开始锁相至锁相完成时段：电网在A2时刻故障恢复，并自动开始以电网为基准进行锁相；经过锁相延迟时间，于B2时刻锁相成功，同时发出接触器闭合指令，但仍保持离网算法；2.2发出接触器闭合指令至接触器反馈闭合状态信号时段：C2时刻接触器反馈信号显示已闭合，实际仍处于断开状态，该时段仍保持离网算法；2.3接触器反馈闭合状态开始至接触器实际闭合时段：延迟一段时间后，于D2时刻接触器实际闭合，时刻D2无法直接检测；2.4接触器实际闭合阶段：在时刻C2基础上取一定延迟，确保在接触器实际闭合之后，将离网算法切换至并网算法。进一步地，所述1.1具体为电网在A1时刻出现故障，经过故障检查延时间，于B1时刻判断电网故障，同时发出接触器断开指令，将并网算法切换至离网算法，即切换为电压源模式，此时储能变流器输出电压目标值应与电网侧保持一致，并确保初始相位一致，且以额定频率进行离网控制，避免接触器两侧的电压源存在明显压差而引起并网电流冲击。进一步地，所述1.2具体为C1时刻接触器实际切除，该时刻无法直接检测，因此在C1时刻前，储能变流器输出电压不能开始恢复，避免储能变流器输出电压与有故障电网电压间快速增大的压差而引起的较大的电流冲击。进一步地，所述1.3中，检测到的接触器D1时刻的断开反馈信号滞后接触器C1时刻的实际断开动作。进一步地，所述1.4具体为利用D1时刻的反馈信号作为储能变流器输出电压指令恢复标志，储能变流器输出电压目标值以一定的速度恢复离网运行电压指令至额定值。进一步地，所述2.1具体为电网在A2时刻故障恢复，并自动开始以电网为基准进行锁相；经过锁相延迟时间，于B2时刻锁相成功，同时发出接触器闭合指令，但仍保持离网算法，此时储能变流器输出电压目标值与电网侧保持一致，避免接触器两侧的电压源存在明显压差在接触器闭合时引起并网电流冲击，确保储能变流器实现平滑切换。进一步地，所述2.4具体为根据实测数据，在时刻C2基础上取一定延迟，并确保在接触器实际闭合之后，将离网算法切换至并网算法，此时储能变流器工作于电流源模式，以离网时有功功率与无功功率功率为初始状态，系统有功功率与无功功率可由当前值以一定的速度恢复至并网运行功率指令。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点和效果：1、本专利技术结合切换开关自身特性，将并离网转换暂态过程分段处理，可进一步改善系统的并离网切换过程的可靠性、平滑性，适应实际工况的复杂性；2、本专利技术不改变原微网系统的组成部分,及不影响发挥原有相关技术优势，对不同微网系统拓扑、单相或三相储能变流器、不同闭环控制算法、不同的切换开关具有普适性；3、本专利技术尤其适用于切换前后采用两种不同算法的情形，而对于采用统一的算法，例如下垂控制、虚拟同步电机算法，也可利用该切换开关自身特性作为关键逻辑判定的依据。附图说明图1是本专利技术的基于并离网暂态过程分段控制的储能变流器平滑切换方法的示意图。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术作进一步的详细说明，以下实施例是对本专利技术的解释而本专利技术并不局限于以下实施例。如图1所示，本专利技术的一种基于并离网暂态过程分段控制的储能变流器平滑切本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于并离网暂态过程分段控制的储能变流器平滑切换方法，其特征在于包含以下步骤：/n步骤一：并网转离网切换，储能变流器初始状态为并网运行，工作于电流源模式；/n1.1电网故障检测延迟时段：电网在A1时刻出现故障；经过故障检查延时间，于B1时刻判断电网故障，同时发出接触器断开指令，将并网算法切换至离网算法；/n1.2并网转离网算法切换至实际接触器断开时段：C1时刻接触器实际切除；/n1.3接触器实际断开至接触器反馈断开状态时段：D1时刻检测出接触器对应的反馈信号；/n1.4接触器反馈断开状态时段：储能变流器输出电压目标值以一定的速度恢复离网运行电压指令至额定值；/n步骤二：离网转并网切换，储能变流器初始状态为离网运行，工作于电压源模式；/n2.1电网恢复正常并开始锁相至锁相完成时段：电网在A2时刻故障恢复，并自动开始以电网为基准进行锁相；经过锁相延迟时间，于B2时刻锁相成功，同时发出接触器闭合指令，但仍保持离网算法；/n2.2发出接触器闭合指令至接触器反馈闭合状态信号时段：C2时刻接触器反馈信号显示已闭合，实际仍处于断开状态，该时段仍保持离网算法；/n2.3接触器反馈闭合状态开始至接触器实际闭合时段：延迟一段时间后，于D2时刻接触器实际闭合，时刻D2无法直接检测；/n2.4接触器实际闭合阶段：在时刻C2基础上取一定延迟，确保在接触器实际闭合之后，将离网算法切换至并网算法。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于并离网暂态过程分段控制的储能变流器平滑切换方法，其特征在于包含以下步骤：
步骤一：并网转离网切换，储能变流器初始状态为并网运行，工作于电流源模式；
1.1电网故障检测延迟时段：电网在A1时刻出现故障；经过故障检查延时间，于B1时刻判断电网故障，同时发出接触器断开指令，将并网算法切换至离网算法；
1.2并网转离网算法切换至实际接触器断开时段：C1时刻接触器实际切除；
1.3接触器实际断开至接触器反馈断开状态时段：D1时刻检测出接触器对应的反馈信号；
1.4接触器反馈断开状态时段：储能变流器输出电压目标值以一定的速度恢复离网运行电压指令至额定值；
步骤二：离网转并网切换，储能变流器初始状态为离网运行，工作于电压源模式；
2.1电网恢复正常并开始锁相至锁相完成时段：电网在A2时刻故障恢复，并自动开始以电网为基准进行锁相；经过锁相延迟时间，于B2时刻锁相成功，同时发出接触器闭合指令，但仍保持离网算法；
2.2发出接触器闭合指令至接触器反馈闭合状态信号时段：C2时刻接触器反馈信号显示已闭合，实际仍处于断开状态，该时段仍保持离网算法；
2.3接触器反馈闭合状态开始至接触器实际闭合时段：延迟一段时间后，于D2时刻接触器实际闭合，时刻D2无法直接检测；
2.4接触器实际闭合阶段：在时刻C2基础上取一定延迟，确保在接触器实际闭合之后，将离网算法切换至并网算法。


2.按照权利要求1所述的基于并离网暂态过程分段控制的储能变流器平滑切换方法，其特征在于：所述1.1具体为电网在A1时刻出现故障，经过故障检查延时间，于B1时刻判断电网故障，同时发出接触器断开指令，将并网算法切换至离网算法，即切换为电压源模式，此时储能变流器输出电压目标值应与电网侧保持一致，并确保初始相位一致，且以额定频率进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：李俊芝，王雷，熊俊峰，董航飞，
申请(专利权)人：中天昱品科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32