一种电力电子电压变换装置的并网模式切换控制方法与流程

1.本发明涉及柔性配电网领域，具体是一种适用于电力电子电压变换装置的并网控制方法。


背景技术：

2.随着配电网的升级改造及分布式的新能源规模化接入，柔性电网的研究逐步受到关注，通过电力电子设备的大量使用可提升电网的可控性、优化潮流、提升区域电网的整体运行效率，同时电力电子设备装设的智能控制单元可灵活组网实现上层快速协调控制，从而提升了运行方式的多样性，可完成运行方式快速、柔性的切换。
3.作为柔性配电网的核心设备，电力电子电压变换装置的本体设计及控制方法研究得到了充分的研究。电力电子电压变换装置可并入传统交流电网，也可离网运行，通过光伏、储能等设备建立离网型微电网。随着新能源的逐步接入，配电网的电力电子化得到快速的发展，电力电子设备建立的离网型电网或大量电力电子设备接入的传统交流电网，一般短路容量较小，在负荷或新能源设备通过电力电子变换电路接入此类电网时，需严格控制电力电子电路投入时对系统的冲击。现有电力电子设备的变换装置的控制系统较复杂，对起动时序部分未形成统一易行的起动并网方法，因此亟需研究简单有效的快速并网控制方法，在保障系统稳定的情况下，快速实现电力电子设备的并网运行，同时在特殊应用场合需实现设备的双向起动及正向并网运行、反向并网运行。


技术实现要素：

4.本发明的目的，在于提供一种电力电子电压变换装置的统一易行的并网模式切换控制方法，由此实现不同电力电子变换装置的平滑起动及柔性并网，减小电力电子设备起动并网产生的对配电网的冲击，提升含多电力电子设备型配电网的稳定运行。
5.为实现以上效能，本发明采用如下技术方案：
6.一种电力电子变压装置的并网模式切换的控制方法，所述电力电子电压变换装置输出端口串联一套并网电路，所述并网电路包括并网侧电力电子电压变换装置输出端电压互感器、并网启动电路及待并侧母线设备；
7.所述并网启动电路包括并网开关、并网启动电阻及启动电阻旁路开关，并网开关的一端作为并网启动电路的输出端与待并侧母线设备输入端连接，并网开关的另一端与并网启动电阻的一端连接，并网启动电阻的另一端作为并网启动电路的输入端通过并网侧变换装置输出端电压互感器与电力电子电压变换装置的输出端连接，启动电阻旁路开关与并网启动电阻并联连接；
8.所述待并侧母线设备包括待并母线侧开关及待并母线侧电压互感器，待并侧母线开关的一端作为待并侧母线设备的输入端，待并侧母线开关的另一端与待并侧母线连接，待并母线侧电压互感器与待并侧母线连接；
9.所述电力电子电压变换装置并网模式切换的控制方法，包括以下步骤：
10.s1：待并母线侧开关合闸，电力电子电压变换装置的电源侧带电；
11.s2：电力电子电压变换装置拓扑中的功率换流阀解锁；
12.s3：待并母线侧电压互感器检测待并母线侧电压，并网侧电力电子电压变换装置将并网侧电压控制在与待并母线侧电压偏差允许值范围内；
13.s4：并网开关合闸，并网侧和待并侧通过并网启动电阻建立电气连接；
14.s5：启动电阻旁路开关合闸；
15.s6：电力电子电压变换装置通过并网开关、旁路开关与待并侧母线建立电气连接后，电力电子电压变换装置进行控制模式切换，包括以下两种情况：
16.若待并侧母线为直流母线，则根据电压模式设定值，按设定速率调节电压参考值或控制模式切换为定功率运行；
17.若待并侧母线为交流母线，根据有功调节模式设定值，按设定速率调节直流侧电压参考值或有功功率参考值；根据无功调节模式设定值，控制模式切换为无功功率模式或按设定速率调节交流侧电压参考值。
18.进一步，所述电力电子电压变换装置含有n个端口，n≥1；按照端口输出电压为交流还是直流，端口分为交流端口和直流端口(每个端口的电压、功率可控(功率可双向流动))；按照端口连接的设备类型，端口分为电源端口和负荷端口。
19.进一步，所述s3中，若待并侧母线为交流母线，将并网侧电压的幅值、频率控制在与待并侧电网的偏差范围内；若待并侧母线为直流母线，将并网侧的电压的幅值控制在与待并侧电网的偏差范围内。
20.进一步,所述s3～s5中，若待并侧母线失去电，先通过并网启动电阻并网，后通过旁路开关合闸将启动电阻旁路的方式，实现并网侧电力电子电压变换装置并网；若并网启动电路两侧(并网侧及待并侧)电压偏差在允许范围内，通过直接合闸并网开关及旁路开关，实现并网侧电力电子电压变换装置并网。
21.进一步,电力电子电压变换装置并网过程，电压变换装置的某端口通过既定操作时序接入外部电网系统的一个母线。
22.进一步,并网模式切换方法的s4、s5步骤，若并网开关两侧电压互感器采集的电压有一个为零电压，则按s4、s5步骤直流电压变换装置端口并网；若并网开关两侧电压互感器采集的电压在s3描述偏差范围内，则可先合旁路开关，再通过合闸并网开关，即可实现电力电子电压变换装置零电流冲击并网。
23.进一步,并网模式切换方法的s6步骤，若直流端口并网时，初始控制模式为控制直流端口电压，并网成功后，根据操作人员设定的控制模式切换为功率模式，或保持电压模式，根据参考值设定以设定速率由并网前的调整为操作人员设定值。
24.进一步,并网模式切换方法的s6步骤，若交流侧端口并网时，初始控制模式为控制交流端口电压，并网成功后，根据有功调节模式设定值，以设定速率逐步增加直流侧电压参考值或有功功率参考值；根据无功调节模式设定值，切换为无功功率模式或以设定速率缓慢调节交流侧电压参考值；
25.有益效果：本发明是一种电力电子电压变换装置的并网模式切换方法，提出了统一的变换装置直流端口、交流端口并网的时序流程。本发明将并网过程分为两个阶段，第一个阶段为并网电路的无扰动并网过程，实现了并网侧零电流冲击接入电网母线，第二阶段
为模式切换过程，自动实现电压变换装置由零电流输出逐渐切换至最终稳态运行模式的功能；本发明提供了一种通用的流程，自动实现了电压变换装置的并网稳定运行，保障了整个过程的无扰动、全自动及提升了各操作步骤的可靠性。
附图说明
26.图1为本发明电力电子电压变换装置并网系统拓扑示意图；
27.图2为本发明电力电子电压变换装置并网模式切换控制的流程图；
28.图3为本发明电力电子电压变换装置并网起动阶段电压调节的实施示意图，其中，(a)为交流端口并网，(b)为直流端口并网；
29.图4为本发明电力电子电压变换装置交流端口、直流端口并网后模式切换的原理图，其中，(a)为交流端口并网，(b)为直流端口并网。
具体实施方式
30.下面将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
31.图1为本发明并网模式切换的一个典型系统的拓扑示意图。图2为电力电子电压变换装置端口并网模式切换控制方法的流程图。图1中电力电子电压变换装置的拓扑结构为常见拓扑结构，此处不展开描述。
32.一种电力电子电压变换装置端口并网模式切换方法，所述电力电子电压变换装置输出端口串联一套并网电路，所述并网电路包括待并侧母线设备、并网侧电力电子电压变换装置输出端电压互感器ts及并网启动电路。所述待并侧母线设备包括待并母线侧开关ks、待并母线侧电压互感器tv；所述并网启动电路包括并网开关k1、并网启动电阻r、起动电阻旁路开关k2，并网开关k1与并网启动电阻r串联连接，起动电阻旁路开关k2与启动电阻r并联连接。
33.图1的电路为电力电子电压变换装置的交流端口并网典型拓扑电路，并网起动电路、待并侧母线设备及变换装置侧电压互感器均为三相结构配置，若电力电子电压变换装置的直流端口并网，则并网起动电路、待并侧母线设备及变换装置侧电压互感器为双极结构配置。
34.本实施例中仅以电压变换装置的交流侧端口并网为例进行阐述。
35.所述电力电子电压变换装置(电能转换装置)并网控制方法包括以下步骤：
36.s1：电源侧带电；
37.s2：电力电子电压变换装置拓扑中的功率换流阀解锁；
38.s3：待并母线侧电压互感器检测待并母线侧电压，调节电力电子电压变换装置并网侧电压，使其控制在与待并母线侧电压偏差允许值范围内；
39.s4：并网开关合闸，并网启动电路两侧(并网侧和待并侧)通过启动电阻建立电气连接；
40.s5：合闸旁路开关，将并网启动电阻从并网回路中切除；
41.s6：检测并网完成后，进行模式切换：
42.若为直流侧并网，则根据电压模式设定值，进行电压参考值调整或切换为定功率运行；
43.若为交流侧并网，根据有功调节模式设定值，逐步增加直流侧电压参考值或有功功率参考值；根据无功调节模式设定值，切换为无功功率模式或缓慢调节交流侧电压参考值。
44.并网模式切换方法的s3步骤，电压变换装置直流侧带电后，调节电压变换装置并网交流端口电压u_port，将并网侧端口电压的幅值、频率控制在与待并侧电网电压u_bus的允许偏差范围内，频率控制在0.1hz偏差内，电压幅值控制在5％偏差内；图3标示了电压变换装置并网端口电压与母线侧电压矢量图(其中，(a)为交流端口并网电压控制矢量图，(b)为直流端口并网电压控制矢量图)
45.并网模式切换方法的s4、s5步骤，若并网开关两侧电压互感器采集的电压有一个为零电压，则按s4、s5步骤直流电压变换装置端口并网；若并网开关k1两侧电压互感器采集的电压在s3描述偏差范围内且电压相位在5deg以内，则可先合旁路开关k2，再通过合闸并网开关k1，即可实现电力电子电压变换装置交流端口的零电流冲击并网。
46.并网模式切换方法的s6步骤，对于图1的电力电子变换装置的交流端口并网，交流端口起动过程为控交流侧电压控制模式(uac_ctlmode)，有功电流控制为零功率控制模式(p_ctlmode)，初始交流侧电压参考值设定为待并侧母线电压，输出电压频率控制在与待并侧母线电压频率偏差范围内。当并网成功后，无功电流控制保持定电压控制或切换为无功功率控制模式(q_ctlmode)，有功电流控制保持功率模式逐步提升功率参考值或切换为定直流侧电压控制模式(udc_ctlmode)。图4中标识了并网后模式切换的原理图(其中，(a)为交流端口并网模式切换原理图，(b)为直流端口并网模式切换原理图)。
47.模式切换控制原理为：零电流并网，并网后由零功率逐步调节为最终运行时的无功有功运行模式及功率输出。
48.以上所述仅为本发明的优选实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；应当指出：对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。