一种即插即用的储能控制器及热插拔控制方法与流程

1.本发明涉及储能控制与电力电子技术领域，特别涉及了一种即插即用的储能控制器及热插拔控制方法。


背景技术：

2.控制器是指按照预定顺序改变主电路或控制电路的接线和改变电路中电阻值来控制电动机的启动、调速、制动和反向的主令装置。目前，各传统控制器在设计、建设、运输、安装、调试以及标准化等各方面存在相应问题：增扩容无法实现热插拔，需停电进行改造，不便于日常维护；不能便携地调整模组组件的安装数量，应对不同功率等级的应用工况。
3.因此在大功率和高可靠性的应用场合，储能控制器多采用变流器多模块冗余并联及热插拔技术。并机及热插拔控制需解决的关键问题是根据变流器采用的并联方式及其均流策略，在变流器模块投入和退出过程中，采用合理有效的控制措施来避免强烈的冲击电流和电气暂态过程，实现模块平滑的投入和退出，保持良好的电能质量。如中国专利局2020年10月20日公开了一种名称为一种模块化储能变流器并机及热插拔控制方法的发明，其公开号为cn110346245a。该发明中，模块化储能变流器与电网断开处于离网黑启动状态下，上层控制器同时下发功率模块并网继电器合命令，并通过的自动择主策略产生主模块虚拟同步机，其余为从虚拟同步机，控制主模块虚拟同步机软启动建立负载电压，继而从模块虚拟同步机脉冲解锁与主虚拟同步机并联运行，使得模块化储能变流器各模块快速接入电网和负载，解决了传统技术方案中工作模式单一，在离网运行时多模块启动较慢且并入系统造成电气冲击的问题，保持良好的电能质量。但仍存在便携地调整模组组件的安装数量，应对不同功率等级的应用工况的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是克服现有技术中存在的问题，提供了一种即插即用的储能控制器及热插拔控制方法，采用基于热插拔控制技术及抽屉滑轨式安装的即插即用系统拓展方案，通过合理的结构布置和设计，可以在保证输出功率等电气性能的基础上，使得装置的使用和运行更加可靠、维护更加便携，提高控制系统的实用性，利于市场的推广。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种即插即用的储能控制器，包括柜体、电源系统、多模块冗余系统，所述电源系统与多模块冗余系统连接，所述多模块冗余系统包括功率模块，所述功率模块包括若干功率单元，所述电源系统与多模块冗余系统均安装在柜体内部，所述功率模块包括模组机箱与插座固定板，模组机箱与插座固定板通过抽屉滑轨组件连接，模组机箱上与插座固定板相对的一侧设有热插拔端子插头和导向销，插座固定板上设置有与热插拔端子插头配合插接的热插拔端子插座，插座固定板上还设有与导向销配合插接的导向孔，所述模组机箱内设有模组组件。功率模块用于实现热插拔功能，在结构上采用抽屉滑轨式安装的即插即用方案，通过合理的结构布置和设计，可以在保
证输出功率等电气性能的基础上，使得装置的使用和运行更加可靠、维护更加便携，提高系统的实用性，利于市场的推广。所述模组机箱优选为标准3u机箱尺寸。
6.作为优选，所述的插座固定板上还设有模组通讯模块，所述的模组组件包括交流整流模组与dc隔离模组。交流整流模组包括交流模块和整流模块，所述交流模块提供交流电，所述整流模块是将由交流模块提供的交流电，变换成直流电经滤波后供给负载，或者供给逆变器。采用谐振电压型双环控制的谐振开关电源技术，具有稳压精度高、动态响应快的特点。
7.作为优选，所述的抽屉滑轨组件包括一级滑轨、二级滑轨和三级滑轨，所述一级滑轨安装在模组机箱宽度方向上的两侧，所述二级滑轨安装在一级滑轨上，所述三级滑轨安装在二级滑轨上，所述一级滑轨通过二级滑轨与三级滑轨连接，所述插座固定板安装在三级滑轨上。各模组组件可以通过模组组件上的一级滑轨与二级滑轨配合而装入柜内，再通过柜后的热插拔端子插头与插座的配合，实现模组组件的切入与切出。
8.作为优选，所述的抽屉滑轨组件还包括按压锁紧机构，所述的按压锁紧机构安装在一级滑轨上，其中一级滑轨与二级滑轨、三级滑轨可以通过按压锁紧机构，将模组机箱连同一级滑轨一并从柜体中抽出。便于模组组件的整体更换和单模块的维护。按压锁紧机构安装在一级滑轨与二级滑轨接触的一端，在一级滑轨一端与二级滑轨一端接触时，按压锁紧机构可以将一级滑轨与二级滑轨、三级滑轨固定，从而可以将模组机箱连同一级滑轨一并从柜体中抽出。
9.作为优选，所述的二级滑轨可在三级滑轨中滑动，所述的一级滑轨可在二级滑轨中滑动并能从二级滑轨中抽出。各模组组件可以通过模组组件上的一级滑轨与二级滑轨配合而装入柜内。
10.一种热插拔控制方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：功率模块进行热投入，一方面通过闭环控制使功率模块输出电压与电源系统电压同频同相，另一方面要控制待投入功率单元的电流变化率；s2：功率模块进行热退出，一方面减小功率模块突然退出对电源系统的影响，另一方面需降低接触器断开时由于线路电压和功率模块与电源系统间存在电压差导致的拉弧作用。
11.通过闭环控制使功率模块输出电压与电源系统电压同频同相，以抑制接触器闭合时由电压偏差导致的冲击电流；控制待投入功率单元的电流变化率，以抑制投入时对原电源系统冲击导致的电压波动。降低接触器断开时由于线路电压和功率模块与电源系统间存在电压差导致的拉弧作用，从而保证接触器断开的安全性和电能质量。
12.作为优选，所述的步骤s1的具体步骤为：s1.1：控制待投入的功率单元的输出电压uo2与已带载工作模块输出电压uo1同频同相同幅值；s1.2：uo2满足条件后，多模块冗余系统给出并网接触器闭合的控制信号；s1.3：在确定接触器闭合后，待投入功率单元切换至电流单闭环工作模式，控制其电感电流幅值按照一定斜率渐进平均电流值；s1.4：在投入的功率单元输出电流与电源系统的电流平均值相等后，切换至正常工作模式。
13.控制待投入的功率单元的输出电压uo2与已带载工作模块输出电压uo1同频同相同幅值是由于此时投入功率单元处于电压控制的空载状态，系统阻尼很小，可在控制量中引入电感电流的前馈信号以增加电压控制的阻尼，达到稳定电压波形并有效抑制谐波的目的。步骤s1.3是因为较低的电感电流变化率可降低投入功率单元在并入电源系统过程中对电压的冲击，提高系统的稳定性。
14.作为优选，所述的步骤s1.2中，所述的功率单元输出电压需保持与电源系统电压同频同相同幅值，等待接触器闭合。是因为接触器为机械结构，存在动作延时。
15.作为优选，所述的步骤s2的具体步骤为：s2.1：接收到退出指令后，待退出功率单元停止正常工作而转入电流单闭环控制模式，其can总线停止上传其他功率单元的电流给定值；s2.2：当电感电流到达预先设定的门槛值以下或者为零时，控制系统给出接触器断开信号；s2.3：在确认接触器断开后，退出的功率单元切换到虚拟同步发电机控制模式，控制器输出电压渐uo2渐近为零；s2.4：uo2=0后，封锁igbt驱动信号，使igbt均处于关断状态。
16.所述步骤s2.1中还需要控制待退出功率单元输出电流渐近零，为断开接触器做好准备。在功率单元投入和退出的过程中，输出接触器状态的准确判断与热插拔性能关系密切。可通过判断高速采样电感电流是否为零来判断接触器是处于断开或闭合状态。
17.作为优选，所述的步骤s2.2中，在确定接触器确实断开之前，控制电感电流保持在门限值以下。
18.因此，本发明具有如下有益效果：1、采用模块化结构，功率模块采用抽屉滑轨式安装，各部分元件可先组装完成后再进行安装，结构紧凑，拆装维护方便，占地面积小；2、可实现整体打包运输，减少了运输成本并减少了现场安装的时间和成本；3、模组机箱采用标准机箱尺寸的同时，在主回路连接上采用了热插拔端子结构，使得模组具有优良的可维护性；4、可便携地调整模组组件的安装数量，应对不同功率等级的应用工况；5、在功率模块投入和退出过程中，釆取了合理有效的控制措施来避免强烈的冲击电流和电气暂态过程，实现了模块平滑的投入和退出并保持良好的电能质量。
附图说明
19.图1是本发明的功率模块结构示意图；图2是本发明的抽屉滑轨组件的结构示意图；图3是本发明控制方法的步骤流程图；图中：1、模组机箱；2、抽屉滑轨组件；201、一级滑轨；202、二级滑轨；203、三级滑轨；204、按压锁紧机构；3、插座固定板；4、热插拔端子插头；5、导向销；6、热插拔端子插座；7、导向孔；8、模组通讯模块。
具体实施方式
20.下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：本实施例为一种即插即用的储能控制器，其功率模块的结构如图1所示，模组组件
包括模组机箱1和插座固定板3，模组机箱采用标准3u机箱尺寸，模组机箱和插座固定板通过抽屉滑轨组件2连接，模组组件内设置有交流整流模组和dc隔离模组，模组机箱上与插座固定板相对的一侧设置有热插拔端子插头4和导向销5，插座固定板上与热插拔端子插头位置相对应处设置有与热插拔端子插头配合插接的热插拔端子插座6，插座固定板上与导向销5位置相对应处还设有与导向销5插接配合的导向孔7，保证热插拔端子插头和热插拔端子插座能够快速装插到位，插座固定板上还设置有模组通讯模块8。本结构采用抽屉滑轨式安装方案，通过合理的结构布置和设计，可以在保证输出功率等电气性能的基础上，使得装置的使用和运行更加可靠、维护更加便携，提高系统的实用性，利于市场的推广。
21.抽屉滑轨组件的结构如图2所示，包括一级滑轨201、二级滑轨202、三级滑轨203以及按压锁紧机构204，一级滑轨采用螺钉紧固连接在模组机箱宽度方向上的两侧，二级滑轨安装在一级滑轨上，所述三级滑轨安装在二级滑轨上，且所述的二级滑轨可在三级滑轨中滑动，所述的一级滑轨可在二级滑轨中滑动并能从二级滑轨中抽出。按压锁紧机构安装在一级滑轨与二级滑轨接触的一端，在一级滑轨一端与二级滑轨一端接触时，按压锁紧机构可以将一级滑轨与二级滑轨、三级滑轨固定，从而可以将模组机箱连同一级滑轨一并从柜体中抽出。所述的按压锁紧机构安装在一级滑轨上，其中一级滑轨与二级滑轨、三级滑轨可以通过按压锁紧机构，将模组机箱连同一级滑轨一并从柜体中抽出。各模组组件可以通过模组组件上的一级滑轨与二级滑轨配合而装入柜内，再通过柜后的热插拔端子插头与插座的配合，实现模组组件的切入与切出。
22.本实施例为一种热插拔控制方法，如图3所示，包括以下步骤：s1：功率模块进行热投入s1.1：控制待投入的功率单元的输出电压uo2与已带载工作模块输出电压uo1同频同相同幅值。由于此时投入功率单元处于电压控制的空载状态，系统阻尼很小，可在控制量中引入电感电流的前馈信号以增加电压控制的阻尼，达到稳定电压波形并有效抑制谐波的目的。
23.s1.2：uo2满足条件后，多模块冗余系统给出并网接触器闭合的控制信号。由于接触器为机械结构，存在动作延时，故功率单元输出电压需保持与电源系统电压同频同相同幅值，等待接触器闭合。
24.s1.3：在确定接触器闭合后，待投入功率单元切换至电流单闭环工作模式，控制其电感电流幅值按照一定斜率渐进平均电流值。较低的电感电流变化率可降低投入功率单元在并入电源系统过程中对电压的冲击，提高控制系统的稳定性。
25.s1.4：在投入的功率单元输出电流与电源系统的电流平均值相等后，切换至正常工作模式。
26.在功率模块热投入时，一方面通过闭环控制使其输出电压与电源系统（此处未带载工作的模块）电压同频同相，以抑制接触器闭合时由电压偏差导致的冲击电流；另一方面要控制待投入功率单元的电流变化率，以抑制投入时对原电源系统冲击导致的电压波动。
27.s2：功率模块进行热退出s2.1：接收到退出指令后，待退出功率单元停止正常工作而转入电流单闭环控制模式，其can总线停止上传其他功率单元的电流给定值。控制待退出功率单元输出电流渐近零，为断开接触器做好准备。
28.s2.2：当电感电流到达预先设定的门槛值以下或者为零时，控制系统给出接触器断开信号。在确定接触器确实断开之前，控制电感电流保持在门限值以下。
29.s2.3：在确认接触器断开后，退出的功率单元切换到虚拟同步发电机控制模式，控制器输出电压渐uo2渐近为零。
30.s2.4：uo2=0后，封锁igbt驱动信号，使igbt均处于关断状态。
31.热退出的过程也需要采取适当的措施，一方面减小功率模块突然退出对电源系统的影响（如电压降落），另一方面需降低接触器断开时由于线路电压和功率模块与电源系统间存在电压差导致的拉弧作用，从而保证接触器断开的安全性和电能质量。
32.本方法在功率模块投入和退出过程中，釆取合理有效的控制措施来避免强烈的冲击电流和电气暂态过程，实现模块平滑的投入和退出并保持良好的电能质量。且在具体的功率单元投入和退出的过程中，输出接触器状态的准确判断与热插拔性能关系密切，可通过判断高速采样电感电流是否为零来判断接触器是处于断开或闭合状态。
33.以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明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。