一种电压暂降治理装置平滑切换及柔性退出方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种电压暂降治理装置平滑切换及柔性退出方法及装置，当储能变流器从并网模式切换到离网模式运行时，通过控制策略里的电压控制环使储能变流器输出与暂降前负载电压相同的电压，配合晶闸管门极控制信号将市电从电网中切除，完成市电向储能变流器供电的平滑切换；当储能变流器从离网模式切换到并网模式时，通过控制策略里的电压控制环和自动同期控制环，使得储能变流器电压和电网电压实现同步，触发晶闸管导通，缓步控制储能变流器的电流降低到并网时的电流，完成储能变流器与电网线路的转换；当储能变流器输出有功和无功功率分别小于阈值时，储能变流器柔性退出。本发明专利技术实现了对敏感负载在暂降前后高质量的电能供应，避免了储能变流器对敏感负载提供很大的冲击电流。

【技术实现步骤摘要】
一种电压暂降治理装置平滑切换及柔性退出方法及装置
本专利技术涉及电压暂降治理装置平滑切换及柔性退出领域，具体涉及一种基于电压型控制策略的电压暂降治理装置平滑切换及柔性退出方法及装置。
技术介绍
用电设备的技术更新给供电质量提出了更高的要求，电压暂降是发生频率最高、影响最为严重的电能质量问题之一。尤其是短时电压暂降可导致逻辑可编程控制器、精密机械工具、半导体生产线等敏感负载非正常工作甚至设备损毁，给企业带来巨大经济损失。综合考虑现在电压暂降治理的经济成本和技术难度，安装电压暂降治理装备是敏感用户最常用的电压暂降治理技术，而基于储能设备的并联型电压暂降治理装置因为诸多优势在低压配电领域获得广泛的应用。当电网出现电压暂降等异常情况时，基于储能的并联型电压暂降治理装置需要由并网工作模式变成离网工作模式以保证敏感用户的供电可靠性，此时储能装置对敏感用户的电压和频率起主要支撑作用，切换过程需要保证电压的平滑过渡，避免电压发生突变。当前，含储能装置的并联型电压暂降治理装置中储能变流器一般根据不同运行模式采用不同控制策略。例如，在并网运行模式下，储能变流器一般直接采用电网频率和电压作为支撑，此时储能变流器运行在电流源模式。这类控制算法称为有功无功PQ控制，因为并网时储能变流器与电网相连，因此储能变流器输出电压与频率受电网钳制，此时若要控制储能变流器，只能通过控制有功无功功率来间接对储能变流器的输出电流进行控制，实现了储能变流器输出功率与功率设定值一致的结果；在离网模式下，储能变流器一般使用恒压VF控制，这样选择的原因是，当储能变流器离网运行时，一般都是当做供电电源使用，所以需要向外提供恒压恒频率的VF控制，VF控制一般可分为电压单环控制，电压双闭环控制以及电压电流双闭环控制。最为常见的是电压电流双闭环控制。当电压暂降发生时，储能变流器需要将其运行模式由PQ控制切换至VF控制，如切换不当，可能出现由于模式切换造成的冲击电压而影响敏感设备的正常工作。因此敏感负载电压在电压暂降前后保持不变非常重要，因此需要一种控制策略，使得储能变流器能在暂降发生时平滑切换、在暂降发生后柔性退出。为实现对敏感负载在暂降前后高质量的电能供应，提高储能变流器的切换速度，避免储能变流器对敏感负载提供很大的冲击电流，对储能变流器进行平滑切换和柔性退出控制很有必要。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种电压暂降治理装置平滑切换及柔性退出方法，以适应储能变流器在治理过程中的各种运行模式，在快速治理电压暂降的基础上，通过控制方法实现储能变流器并网到离网模式时的平滑切换及离网到并网模式下的柔性退出，避免敏感负载在暂降前后受到很大的脉冲电流，从而保证敏感负载用户的用电可靠性。一种电压暂降治理装置平滑切换及柔性退出方法，包括以下步骤：根据储能变流器的输出电压及电网电压判断储能变流器的工作模式，所述工作模式包括并网模式、离网模式和自动同期模式；当电压暂降发生时，将储能变流器从并网模式切换到离网模式：通过电压控制环使储能变流器输出与暂降前负载电压相同的电压，通过功率控制环和电压控制环使储能变流器输出电流来替代电网电流，然后将市电从电网中切除，完成市电供电向储能变流器供电的平滑切换；当电压暂降消失时，将储能变流器从离网模式切换到并网模式：通过电压控制环和自动同期控制环使得储能变流器电压和电网电压实现同步，再将市电从电网接入负载，缓步控制储能变流器的电流降低到并网时的电流，完成储能变流器与电网线路的转换，此过程中当储能变流器输出有功和无功功率分别小于阈值时，储能变流器柔性退出并完全由市电供电。进一步的，还包括步骤：构建拓扑电路，所述拓扑电路包括储能本体、储能变流器、第一隔离开关、第二隔离开关以及晶闸管，电网通过第一隔离开关、晶闸管、第二隔离开关与敏感负载连接，储能本体与储能变流器串接后输出端接入晶闸管与第二隔离开关之间，当电网电压正常时，储能变流器处于离网状态，敏感负载由电网供电，储能变流器输出电流为0。一种电压暂降治理装置平滑切换及柔性退出装置，包括工作模式判断单元、电压控制环、功率控制环、自动同期控制环：工作模式判断单元，用于根据储能变流器的输出电压及电网电压判断储能变流器的工作模式，所述工作模式包括并网模式、离网模式和自动同期控制模式；电压控制环，用于在判断电压暂降发生时，使储能变流器输出与暂降前负载电压相同的电压，功率控制环和电压控制环使储能变流器输出电流输出电流来替代电网电流，然后将市电从电网中切除，完成市电供电向储能变流器供电的平滑切换；电压控制环和自动同期控制环，用于在判断电压暂降消失时，使得储能变流器电压和电网电压实现同步，再将市电从电网接入负载，缓步控制储能变流器的电流降低到并网时的电流，完成储能变流器与电网线路的转换，此过程中当储能变流器输出有功和无功功率持续一定时间分别小于阈值时，储能变流器柔性退出并完全由市电供电。进一步的，用于功率控制环、自动同期控制环、电压控制环的PI控制器的积分环节由S值启用或禁用，S值表示储能变流器不同的工作模式。进一步的，还包括坐标变换与功率计算单元，用于将储能变流器输出的三相端电压upabc、三相电网电压ugabc以及三相输出电流ipabc，分别经abc/dq坐标变换后得到dq坐标系下的储能变流器输出瞬时有功电压值upd、储能变流器输出瞬时无功电压值upq和电网电压有功分量ugd、电网电压无功分量ugq以及三相输出电流有功分量ipd、三相输出电流无功分量ipd，然后经瞬时有功、无功计算得到瞬时有功P和瞬时无功Q的值，计算公式如下所示：其中用于坐标变换的旋转角度θ表示如下所示：θ＝∫(ω0+Δω+Δωsyn)dt式中，ω0为额定角频率值，Δω为功率控制环有功控制部分输出值，Δωsyn为自动同期控制环q轴分量控制输出值。进一步的，所述功率控制环包括有功功率控制环和无功功率控制环，所述有功功率控制环，用于将瞬时有功功率P经低通滤波器(LPF)后得到PLPF，再将有功功率指定值Pref与PLPF进行比较，其差值经PI控制器，输出Δω值，作为功率控制环有功控制部分输出值，所述无功功率控制环，用于将瞬时无功功率Q经低通滤波器(LPF)后得到QLPF，再将无功功率指定值Qref与QLPF进行比较，其差值经PI控制器，输出ΔE值，作为功率控制环控制无功部分输出值。进一步的，自动同期控制环包括有功分量同期控制环和无功分量同期控制环，所述有功分量同期控制环，用于将电网电压有功分量ugd与储能变流器输出瞬时有功电压值upd进行比较，其差值经PI控制器，输出ΔEsyn值，作为自动同期控制环有功分量控制输出值，所述无功分量同期控制环，用于将电网电压无功分量ugq与储能变流器输出瞬时无功电压值upq进行比较，其差值经PI控制器，输出Δωsyn值，作为自动同期控制环无功分量控制输出值。进一步的，电压控制环包括有功分量电压控制环和无功分量电压控制环，所述有功分量电压控制环的指令值和无功分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电压暂降治理装置平滑切换及柔性退出方法，其特征在于：包括以下步骤：/n根据储能变流器的输出电压及电网电压判断储能变流器的工作模式，所述工作模式包括并网模式、离网模式和自动同期模式；/n当电压暂降发生时，将储能变流器从并网模式切换到离网模式：通过电压控制环使储能变流器输出与暂降前负载电压相同的电压，通过功率控制环和电压控制环使储能变流器输出电流来替代电网电流，然后将市电从电网中切除，完成市电供电向储能变流器供电的平滑切换；/n当电压暂降消失时，将储能变流器从离网模式切换到并网模式：通过电压控制环和自动同期控制环使得储能变流器电压和电网电压实现同步，再将市电从电网接入负载，缓步控制储能变流器的电流降低到并网时的电流，完成储能变流器与电网线路的转换，此过程中当储能变流器输出有功和无功功率分别小于阈值时，储能变流器柔性退出并完全由市电供电。/n

【技术特征摘要】
1.一种电压暂降治理装置平滑切换及柔性退出方法，其特征在于：包括以下步骤：
根据储能变流器的输出电压及电网电压判断储能变流器的工作模式，所述工作模式包括并网模式、离网模式和自动同期模式；
当电压暂降发生时，将储能变流器从并网模式切换到离网模式：通过电压控制环使储能变流器输出与暂降前负载电压相同的电压，通过功率控制环和电压控制环使储能变流器输出电流来替代电网电流，然后将市电从电网中切除，完成市电供电向储能变流器供电的平滑切换；
当电压暂降消失时，将储能变流器从离网模式切换到并网模式：通过电压控制环和自动同期控制环使得储能变流器电压和电网电压实现同步，再将市电从电网接入负载，缓步控制储能变流器的电流降低到并网时的电流，完成储能变流器与电网线路的转换，此过程中当储能变流器输出有功和无功功率分别小于阈值时，储能变流器柔性退出并完全由市电供电。


2.根据权利要求1所述的一种电压暂降治理装置平滑切换及柔性退出方法，其特征在于：还包括步骤：构建拓扑电路，所述拓扑电路包括储能本体、储能变流器、第一隔离开关、第二隔离开关以及晶闸管，电网通过第一隔离开关、晶闸管、第二隔离开关与敏感负载连接，储能本体与储能变流器串接后输出端接入晶闸管与第二隔离开关之间，当电网电压正常时，储能变流器处于离网状态，敏感负载由电网供电，储能变流器输出电流为0。


3.根据权利要求1所述的一种电压暂降治理装置平滑切换及柔性退出方法，其特征在于：
储能变流器柔性退出并完全由市电供电的具体步骤是：首先通过使动自动同期控制环配合电压控制环调节储能变流器输出电压与市电同幅、同频以及同相时，此时将控制器的选择状态修改为S＝1，功率控制器的积分使能有效，电压控制器保持积分无效，再逐渐改变功率控制环中有功功率指令值Pref和无功功率指令值Qref，此时有功功率指令值Pref和有功功率指令值Qref从当前值按照一定速率逐步减小到零，当检测到储能变流器输出有功和无功功率分别小于阈值Pthd和Qthq，如下式所示：



此时，关闭间矢量脉宽调制单元的PWM脉冲输出，储能变流器实现柔性退出。


4.一种电压暂降治理装置平滑切换及柔性退出装置，其特征在于包括工作模式判断单元、电压控制环、功率控制环、自动同期控制环：
工作模式判断单元，用于根据储能变流器的输出电压及电网电压判断储能变流器的工作模式，所述工作模式包括并网模式、离网模式和自动同期控制模式；
电压控制环，用于在判断电压暂降发生时，使储能变流器输出与暂降前负载电压相同的电压，功率控制环和电压控制环使储能变流器输出电流输出电流来替代电网电流，然后将市电从电网中切除，完成市电供电向储能变流器供电的平滑切换；
电压控制环和自动同期控制环，用于在判断电压暂降消失时，使得储能变流器电压和电网电压实现同步，再将市电从电网接入负载，缓步控制储能变流器的电流降低到并网时的电流，完成储能变流器与电网线路的转换，此过程中当储能变流器输出有功和无功功率分别小于阈值时，储能变流器柔性退出并完全由市电供电。


5.如权利要求4所述的种电压暂降治理装置平滑切换及柔性退出装置，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁凯，胡安平，陶以彬，李伟，胡畔，李官军，庄俊，周晨，余豪杰，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，国网湖北省电力有限公司电力科学研究院，中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11