CN106130061B - 一种并联储能逆变器的软启动运行***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微电网领域，尤其涉及一种并联储能逆变器的软启动运行***及方法。本发明通过一主逆变单元发送软启动命令依据主逆变单元自身的输出电压的频率信号、幅值信号和相位信号至从逆变单元，从逆变单元根据软启动命令根据接收的频率信号和幅值信号通过下垂控制使得从逆变单元的输出电压与主逆变单元的输出电压的频率、幅值基本相同，上述技术方案能够实现多台储能逆变器离网输出时实现并机软启动的功能，降低对微电网负载的冲击，提高孤岛模式下并机的可靠性和逆变器的带载能力。

Description

一种并联储能逆变器的软启动运行***及方法

技术领域

本发明涉及微电网及储能运行领域，尤其涉及一种并联储能逆变器的软启动运行***及方法。

背景技术

以分布式发电技术为基础，集分布式电源、储能单元和可控负荷于一体的微网，是未来智能电网建设的重要组成部分。微网与大电网之间通过协调控制，可以并网和孤岛两种模式运行。随着微网***的兴起，出现了不同构成形式的储能发电***，例如光储发电***、风储发电***、风光互补发电***以及风光储混合发电***等。储能单元中作为微网中必不可少的环节，可以保证分布式供电的均衡性和连续性以及降低突发事件对***的影响，在提高新能源发电并网性能、改善供电电能质量、平衡发电功率与负荷需求、提高电能利用效率、降低***动态变化等方面起着重要的作用。在孤岛模式下，储能单元中的逆变器通过并联的方式共同为微网***中的负载供电。

目前在微网孤岛模式下，储能离网逆变器的并联研究主要偏重于并联控制算法及提高微网储能逆变器的可靠性上，对于储能逆变器离网并机运行时文献都没有提及软启动环节。微网***中孤岛模式下一般都有多台储能逆变器并联共同给负载提供电能，传统的下垂控制算法无法保证多台并联的储能逆变器在软启动的过程中实现并机。由于储能逆变器和负载容量分布式不确定，传统的做法是多台并联储能逆变器软启动完成后再共同给负载供电，这样虽然可以保证局部微网***中储能逆变器容量和负载负荷匹配，避免出现单台储能逆变器带载启动方案可能会造成小马拉大车现象。但按照传统的做法将多个逆变器并联完成后再带载也会对并联储能逆变器的供电电源和带有电容特性的负载造成冲击，有可能会损坏逆变器中的开关管，影响其使用寿命。影响孤岛模式下微电网的可靠性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，现提供了一种并联储能逆变器的软启动运行***及方法，能够解决孤岛模式下多个储能逆变器的并机过程中的带载冲击，提高孤岛模式下整体非线性负载负荷容量，减少负载的供电的响应时间，实现微电网独立稳定运行。

具体的技术方案如下：

一种并联储能逆变器的软启动运行***，应用于微电网的孤岛模式下，所述运行***包括主逆变单元和与所述主逆变单元连接的至少一个从逆变单元；其中，所述主逆变单元包括：

软启动模块，用以向所述从逆变单元发送软启动开始命令和软启动结束命令；频率模块，用以获取并输出所述主逆变单元的输出电压的频率信号及相位信号至所述从逆变单元；

幅值模块，用以获取并输出所述主逆变单元的输出电压有效值的参考信号至所述从逆变单元；

所述主逆变单元于软启动时根据所述主逆变单元输出的有功功率和无功功率，依据下垂算法控制所述主逆变单元的输出电压幅值和频率；

所述从逆变单元包括：

下垂控制模块，分别与所述软启动模块、频率单元、所述幅值单元连接，用以在软启动时根据输出有功功率和无功功率采用下垂算法控制从逆变单元的输出电压频率和幅值。

优选的，所述频率模块包括：

脉冲单元，用以获取所述主逆变单元的输出电压的脉冲信号，并且根据所述脉冲信号得到所述频率信号和输出电压相位信号；

发送单元，与所述脉冲单元连接，用以输出所述频率信号至所述从逆变单元。

优选的，所述幅值模块包括：

编码单元，用以将所述参考信号编码后输出至所述从逆变单元。

优选的，所述从逆变单元还包括：

解码模块，分别与所述编码单元、所述下垂控制模块连接，用以对编码的所述参考信号解码，还原所述参考信号。

优选的，所述从逆变单元还包括：

输入模块，分别与所述频率模块连接，用以输入所述频率信号。

优选的，所述下垂控制模块包括：

有功单元，用以对所述从逆变单元的输出电压幅值进行调节；

无功单元，用以对所述从逆变单元的输出电压频率进行调节。

优选的，所述下垂控制模块还包括：

前馈单元，用以对所述主逆变单元的输出电压有效值的参考信号进行前馈调节；

反馈单元，用以对所述从逆变单元的输出电压的有效值进行反馈调节。

一种并联储能逆变器的软启动运行方法，应用于微电网储能***中，包括：

步骤S1，于微电网的主电源断电后，辅助电源通过一软启动模块启动主逆变单元；

步骤S2，所述主逆变器单元依据输出的有功功率和无功功率进行下垂控制，并把所述主逆变器单元输出的电压有效值参考信号、输出电压相位信号及输出频率相位信号同步发送给从逆变单元；

步骤S3，获取并输出所述主逆变单元的输出电压的频率相位信号和所述主逆变单元的输出电压有效值的参考信号；

步骤S4，所述从逆变单元根据所述主逆变单元的频率相位信号和参考信号依据所述从逆变单输出的有功功率和无功功率进行下垂控制所述从逆变单元的输出电压的频率和幅值。

优选的，所述步骤S3具体包括：

步骤S31，获取所述主逆变单元的输出电压的过零点脉冲信号，并且根据所述脉冲信号得到所述频率信号；

步骤S32，所述主逆变单元对输出电压有效值参考信号进行编码；

步骤S33，所述主逆变单元输出所述频率相位信号和输出电压有效值编码信号至所述从逆变单元。

优选的，所述步骤S4具体包括：

步骤S41，所述从逆变单元将编码的所述主逆变单元的输出电压有效值参考信号解码，还原为所述从逆变单元的输出电压有效值参考信号；

步骤S42，所述从逆变单元根据所述频率信号和所述主逆变单元的输出电压有效值参考信号调节所述从逆变单元的输出电压的频率、相位和幅值。

上述技术方案的有益效果是：采用该方案可以保证储能逆变器在孤岛模式下可以实现并联软启动，共同给负载供电，降低了孤岛电源和负载之间的相互冲击，提高了微网孤岛模式下非线性负荷带载容量和供电的可靠性。

上述技术方案通过一主逆变单元发送主逆变单元的输出电压的频率信号和幅值信号至从逆变单元，从逆变单元根据频率信号和幅值信号通过下垂控制使得从逆变单元的输出电压与主逆变单元的输出电压的频率、幅值相同，上述技术方案能够实现多台储能逆变器离网(即孤岛模式)输出时实现并机软启动的功能，降低对微电网中，瞬间投带有不控整流型、容性等非线性负载对逆变器的冲击，提高了并机的可靠性和逆变器的带载能力。

附图说明

图1为本发明一种并联储能逆变器的软启动运行***的实施例的结构示意图；

图2为本发明下垂控制模块的实施例的工作流程图；

图3为本发明一种并联储能逆变器的软启动运行方法的实施例的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，下述技术方案，技术特征之间可以相互组合。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：

本实施例提供了一种并联储能逆变器的软启动运行***，应用于微电网的孤岛模式下，运行***包括主逆变单元和与主逆变单元连接的至少一个从逆变单元；如图1所示，其中，主逆变单元包括：

软启动模块，用以向从逆变单元发送软启动开始和结束的命令；频率模块，用以获取并输出主逆变单元的输出电压的频率相位信号至从逆变单元；

幅值模块，用以获取并输出主逆变单元的输出电压有效值的参考信号至从逆变单元；

主逆变单元会在软启动时根据主逆变单元输出有功无功功率依据下垂算法控制主逆变单元的输出电压频率和幅值。

从逆变单元包括：

下垂控制模块，分别与软启动模块、频率单元、幅值单元连接，用以根据频率相位信号和电压有效值参考信号采用下垂算法控制从逆变单元的输出电压频率、相位和幅值。

本实施例中，软启动模块通过高低电平的方式通知从逆变单元开始和完成逆变器的并机软启动；频率模块获取的是主机输出电压的一个周期内的两个过零点的时刻的相位，通过脉冲信号发送至从逆变单元，从逆变单元获取主逆变单元的频率模块输出的频率信号，例如通过根据获取的脉冲信号的上升沿和下降沿对主逆变单元的输出电压进行锁相，以使从逆变单元的输出电压与主逆变单元的输出电压的相位保持一致。

本发明一个较佳的实施例中，频率模块包括：

脉冲单元，用以获取主逆变单元的输出电压的脉冲信号，并且根据脉冲信号得到频率相位信号；

发送单元，与脉冲单元连接，用以输出频率信号至从逆变单元。

本实施例中，主逆变单元的脉冲单元是把主逆变单元输出电压一周期内的两个过零点的时刻通过高低电平发送给从逆变单元，从逆变单元根据捕获的上升沿和下降沿的脉冲信号，将并联储能逆变器输出电压相位和主逆变单元输出电压相位保持一致。

本发明一个较佳的实施例中，幅值模块包括：

编码单元，用以将输出电压有效值参考信号编码后输出至从逆变单元。

本发明一个较佳的实施例中，从逆变单元还包括：

解码模块，分别与编码单元、下垂控制模块连接，用以对编码的参考信号解码，还原参考信号。

本实施例中，主逆变单元的编码单元是把主逆变单元输出电压有效值的参考信号转换为位数较少的二进制代码通过快速通讯的方式快速实时通知从逆变单元，从逆变单元的解码单元是把主逆变单元发过来的二进制代码按照主逆变单元编码规则还原成从逆变单元输出电压的有效值参考信号。

本发明一个较佳的实施例中，从逆变单元还包括：

输入模块，分别与频率模块连接，用以从逆变器进行锁相；

本发明一个较佳的实施例中，所下垂控制模块包括：

有功单元，用以对从逆变单元的输出电压幅值进行调节；

无功单元，用以对从逆变单元的输出频率进行调节。

本实施例中，例如，如图2，每个从逆变单元检测自身输出的电压值和电流值；据此计算有功功率和无功功率，基于下垂特性曲线得到待调整的输出电压频率指令和幅值指令，然后根据频率指令和幅值指令，通过下垂算法调整PWM控制信号来反相微调从逆变单元输出电压的幅值和频率，从而达到不同逆变器输出功率的合理分配。即，如果储能离网逆变器输出阻抗呈现阻性，那么通过储能逆变器输出的有功功率对输出电压幅度进行下降，通过储能逆变器输出的无功功率对输出频率进行下降。这样可以起到软启动时平衡不同逆变器输出功率的目的，但由于输出电压的幅值进行了下降，所以实际逆变器电压的参考都会略低于主机和从机的电压参考值，为了防止输出电压参考不会下降较大，还需要加入输出电压有效值反馈环。

本发明一个较佳的实施例中，所下垂控制模块包括：

前馈单元，用以对主逆变单元的输出电压有效值的参考信号进行前馈调节；

反馈单元，用以对从逆变单元的输出电压的有效值进行反馈调节。

本实施例中，如图2，主逆变单元按照输出电压有效值的参考信号逐步对从逆变单元电压输出幅值进行抬升，从逆变单元对主逆变单元发送过来的电压有效值参考信号进行获取后由电压有效值前馈的方式结合实时电压有效值反馈校正环节得到从逆变单元的幅值指令。再依据从逆变单元输出阻抗呈现阻性的特点，分别采用有功功率和无功功率对其输出电压幅值和频率进行下垂控制。

本实施例提供了一种并联储能逆变器的软启动控制方法，应用于微电网中，如图3所示，包括：

步骤S1，于微电网的主电源断电后，辅助电源通过一软启动模块启动主逆变单元，通过软地动模块通知从逆变器接收主逆变器的输出电压有效值参考和频率及相位参考信号；对于主逆变器需要根据其输出的有功无功功率对输出电压和频率进行下垂控制；

步骤S2，获取并输出主逆变单元的输出电压的频率相位信号和主逆变单元的输出电压有效值的参考信号；

步骤S3，从逆变单元根据主逆变单元发过的频率相位信号和电压有效值参考信号进行锁相，也同步进行下垂控制，确保在软启动过程中主机(主逆变单元)和从机(从逆变单元)的输出电压和频率近似相等，这样所有逆变器输出功率近似相同。

步骤S4，主逆变器在发出输出电压幅值和频率相位信息某个设定时间间隔后再提高输出电压有效值幅值并和频率相位信号同步发给从逆变器。

步骤S5，当主逆变器输出电压幅值提高到设定值后标志软启动完成，主逆变器软启动模块通知从机软启动结束，从机不再接收主机的输出电压信息，只接收频率信号作为从机锁相的依据，从机根据设定的固定电压有效值参考，通过下垂控制算法和主机进行无线并机。

本实施例中，主逆变单元和从逆变单元均可以为储能逆变器。

本发明一个较佳的实施例中，步骤S2具体包括：

步骤S21，获取主逆变单元的输出电压有效值和输出电压过零点的脉冲信号，并且根据脉冲信号进行锁相，得到从机输出电压有效值参考和输出电压相位信号；

步骤S22，主逆变单元对电压有效值参考信号进行编码；

步骤S23，主逆变单元输出电压、频率信号和编码的参考信号至从逆变单元。

本发明一个较佳的实施例中，步骤S3具体包括：

步骤S31，从逆变单元将编码的参考信号解码，还原的参考信号；

步骤S32，从逆变单元根据频率信号和参考信号调节从逆变单元的输出电压的频率和幅值。

上述实施例中，并机软启动过程中，主逆变单元会根据自身输出电压参考的过零点发送脉冲信号给从逆变单元，从逆变单元根据脉冲信号对其进行锁相，调整从逆变单元输出电压的相位，保证从逆变单元和主逆变单元输出电压的相位保持一致。主逆变单元会把主逆变单元软启动过程中的输出电压变化的电压有效值参考信号转换为位数较少的二进制代码通过快速通讯的方式快速实时通知从逆变单元。从逆变单元通过解码把主逆变单元发过来的二进制代码按照主逆变单元编码规则还原成从逆变单元软启动输出电压参考信号，作为从逆变单元软启动过程的输出电压有效值参考信号。主逆变单元按照输出电压参考信号逐步对从逆变单元输出电压的幅值进行抬升，从逆变单元对主逆变单元发送过来的电压有效值参考信号进行获取后通过电压有效值前馈的方式结合实时电压有效值反馈校正环节得到从逆变单元的输出电压幅值指令，再依据从逆变单元输出阻抗呈现阻性的特点，分别采用有功功率和无功功率对其输出电压幅值和频率进行下垂控制。

综上，上述技术方案通过一主逆变单元发送主逆变单元的输出电压的频率信号和幅值信号至从逆变单元，从逆变单元根据频率信号和幅值信号通过下垂控制使得从逆变单元的输出电压与主逆变单元的输出电压的频率、幅值相同，上述技术方案能够实现多台储能逆变器离网(即孤岛模式)输出时实现并机软启动的功能，降低对微电网中，瞬间投带有不控整流型、容性等非线性负载对逆变器的冲击，提高了并机的可靠性和逆变器的带载能力。

通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，基于本发明精神，还可作其他的转换。尽管上述发明提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。

对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (10)

1.一种并联储能逆变器的软启动运行***，应用于微电网的孤岛模式下，所述运行***包括一个主逆变单元和与所述主逆变单元连接的至少一个从逆变单元，其特征在于，所述主逆变单元包括：

软启动模块，用以向所述从逆变单元发送软启动开始命令和软启动结束命令；

频率模块，用以获取并输出所述主逆变单元的输出电压的频率信号及相位信号至所述从逆变单元；

幅值模块，用以获取并输出所述主逆变单元的输出电压有效值的参考信号至所述从逆变单元；

所述主逆变单元于软启动时根据所述主逆变单元输出的有功功率和无功功率，依据下垂算法控制所述主逆变单元的输出电压；

所述从逆变单元包括：

下垂控制模块，分别与所述软启动模块、所述频率模块、所述幅值模块连接，用以在软启动时根据其输出有功功率和无功功率采用下垂算法控制从逆变单元的输出电压幅值和频率。

2.根据权利要求1所述的并联储能逆变器的软启动运行***，其特征在于，所述频率模块包括：

脉冲单元，用以获取所述主逆变单元的输出电压的脉冲信号，并且根据所述脉冲信号得到所述频率信号和输出电压的相位信号；

发送单元，与所述脉冲单元连接，用以输出所述频率信号至所述从逆变单元。

3.根据权利要求1所述的并联储能逆变器的软启动运行***，其特征在于，所述幅值模块包括：

编码单元，用以将所述参考信号编码后输出至所述从逆变单元。

4.根据权利要求3所述的并联储能逆变器的软启动运行***，其特征在于，所述从逆变单元还包括：

解码模块，分别与所述编码单元、所述下垂控制模块连接，用以对编码的所述参考信号解码，还原所述参考信号。

5.根据权利要求1所述的并联储能逆变器的软启动运行***，其特征在于，所述从逆变单元还包括：

输入模块，分别与所述频率模块连接，用以输入所述频率信号。

6.根据权利要求1所述的并联储能逆变器的软启动运行***，其特征在于，所述下垂控制模块包括：

有功单元，用以对所述从逆变单元的输出电压幅值进行调节；

无功单元，用以对所述从逆变单元的输出电压频率进行调节。

7.根据权利要求1所述的并联储能逆变器的软启动运行***，其特征在于，所述下垂控制模块还包括：

前馈单元，用以对所述主逆变单元的输出电压有效值的参考信号进行前馈调节；

反馈单元，用以对所述从逆变单元的输出电压的有效值进行反馈调节。

8.一种基于权利要求1-7所述的并联储能逆变器的软启动运行***的软启动运行方法，应用于微电网储能***中，其特征在于，包括：

步骤S1，于微电网的主电源断电后，辅助电源通过一软启动模块启动主逆变单元；

步骤S2，所述主逆变器单元依据输出的有功功率和无功功率进行下垂控制，并把所述主逆变器单元输出的电压有效值的参考信号、输出电压的相位信号及输出电压的频率信号同步发送给从逆变单元；

步骤S3，获取并输出所述主逆变单元的输出电压的频率相位信号和所述主逆变单元的输出电压有效值的参考信号；

步骤S4，所述从逆变单元根据所述主逆变单元的所述频率信号、所述相位信号和所述参考信号依据所述从逆变单元输出的有功功率和无功功率进行下垂控制所述从逆变单元的输出电压的频率和幅值。

9.根据权利要求8所述的并联储能逆变器的软启动运行***的软启动运行方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：

步骤S31，获取所述主逆变单元的输出电压的过零点脉冲信号，并且根据所述脉冲信号得到所述频率信号；

步骤S32，所述主逆变单元对输出电压有效值参考信号进行编码；

步骤S33，所述主逆变单元输出所述频率相位信号和输出电压有效值编码信号至所述从逆变单元。

10.根据权利要求9所述的并联储能逆变器的软启动运行***的软启动运行方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：

步骤S41，所述从逆变单元将编码的所述主逆变单元的输出电压有效值参考信号解码，还原为所述从逆变单元的输出电压有效值参考信号；

步骤S42，所述从逆变单元根据所述频率信号和所述主逆变单元的输出电压有效值参考信号调节所述从逆变单元的输出电压的频率、相位和幅值。