一种储能逆变器投载瞬间提高带载能力的方法与流程

1.本发明涉及电力储能领域，具体涉及一种储能逆变器投载瞬间提高带载能力 的方法。


背景技术：

2.当储能逆变器带非线性负载、感性载(例如水泵)等负载时，需要的启动电 流一般要高于稳态电流的5～10倍。但储能逆变器一般最多也只能承受稳态电流 的两倍，超过也也会触发限流保护，这样会导致投载性能差、启动时间过长，严 重会出现不能正常带载等问题。图1为储能逆变器在市电旁路模式下带水泵时的 输出电流波形，从图中可以看出启动瞬间启动电流比稳态电流大至少五倍。


技术实现要素：

3.本发明的目的就在于提出一种储能逆变器投载瞬间提高带载能力的方法。为 此，本发明提出以下技术方案：
4.一种储能逆变器投载瞬间提高带载能力的方法，其特征在于，当储能逆变器 带瞬态大电流启动性负载时，通过设置在储能逆变器与瞬态大电流启动性负载之 间的延迟继电器发出的信号控制市电与储能逆变器进入并联模式，当市电与储能 逆变器进入并联模式后，延迟继电器闭合将瞬态大电流启动性负载接入电路，主 要由市电提供瞬间大电流支撑，到了稳态后再切换到储能逆变器单独带载模式。
5.市电与储能逆变器进入并联模式前须判断市电是否正常，当市电电压高于逆 变电压时，禁止储能逆变器与市电的并联。
6.当连续几个周期检测到输出负载电流处于逆变可以承受的范围内时，断开并 联，由储能逆变器单独带载。
7.优选地，在储能逆变器与市电并机时，本发明设定储能逆变器处于空载模式， 主要电能全部由市电提供。
8.本发明的方法可以大幅提高储能逆变器带非线性负载、感性载(例如水泵) 等负载时的带载能力。
附图说明
9.图1：储能逆变器在市电旁路模式下带水泵时的输出电流波形。
10.图2：市电bypass与储能逆变器的连接模式。
11.图3：储能逆变控制系统框图。
12.图4：储能逆变控制系统简化框图。
13.图5：z(s)的伯德图。
14.图6：虚拟电阻自适应算法框图。
15.图7：本发明的控制流程图。
具体实施方式
16.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实 施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所 描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中 描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此， 以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本 发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领 域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于 本发明保护的范围。
17.图2除了虚线框外为传统储能逆变器与市电旁路的连接方式，储能逆变器如 果需要市电为其电池充电时双向scr1开通，k1也会闭合；储能逆变器电池供电 时k1关闭，双向scr1断开。当市电工作在旁路时，双向scr2开通，当k3闭 合后就可以给负载供电。本发明对于瞬间大电流启动型负载单独设立一个延迟继 电器k4，当k4被按下时会给储能逆变器控制板一个信号，如果市电正常，储能 逆变器会工作在和市电并联的模式，当并联模式完成后k4才会闭合(延迟继电 器闭合时间不能早于储能逆变器与市电进入联合并机的时间)，主要由市电提供 瞬间大电流支撑，到了稳态后再切换到储能逆变器单独带载模式。
18.市电正常的判断标准：
19.正因为当市电电压高于逆变电压时，存在电流倒灌入bus的危险，所以若 检测到市电存在下列情况：1、市电电压波动比较剧烈；2、市电电压过高或过低 (超过逆变电压额定输出参考的
±
10％)，则应禁止逆变与市电的并联。
20.如果检测市电合格，当投载出现逆变限流的情况时，此时就可以将逆变与市 电并联，由两者共同承担大启动电流负载。
21.投载进入稳态，执行返回逆变的操作：
22.与执行并市电的操作相对应，当连续几个周期检测到输出负载电流i
load
处于 逆变可以承受的范围内时，即可以断开并联，储能逆变器根据自身设定的参考值 v
inv_set
输出电压，返回单独由逆变带载的状态。
23.储能逆变器与市电并联时的相位关系：
24.锁相程序是根据逆变输出电压与市电的相位、频率的关系来调整其逆变周期， 从而做到与市电同频同相。但是在储能逆变器与市电并联时，逆变输出的频率和 相位与市电电压完全一致，储能逆变器自身的检测电路无法得到真正的逆变输出 的频率和相位。所以只能用间接的方法获得逆变的真实相位与频率。在储能逆变 器控制板的控制芯片dsp内有设置一个计数器t1cnt，一个逆变过零点触发计数 器cap1，其中t1cnt记录逆变的理想过零点，cap1是记录逆变的真实过零点， 由于软、硬件的不可避免的延迟，两者之间存在差值。设置两者之间的差值为 detat，则detat＝cap1－t1cnt。正常情况下，dsp根据真实的储能逆变过零点 锁相；当进入逆变与市电并联模式时，由于逆变的输出值被拉成市电，无法通过 cap1得到实际的逆变过零值，本发明采用t1cnt detat代替cap1，就可以实 现锁相目的。
25.储能逆变器与市电并联时的幅值控制：
26.图3为储能逆变器引入电压补偿回路后的逆变控制系统结构。图中虚线框为 逆变控制对象，将逆变模型表示成这种形式有利于了解逆变的工作性质。
27.k
pwm
为pwm放大系数；z
l
(s)为储能逆变器等效阻抗拉普拉斯域的表示形 式；v
ref
为储能逆变器输出电压参考，一般为固定正弦表；v0为储能逆变器输出 电压；i
load
为负载电流；r
l
表示储能逆变器的电感内阻；l、c分别为储能逆变 器的输出滤波电感和滤波电容。
28.对图3进行简化可以得到图4，从图4中不难推出输出电压v0可以表示为：
[0029][0030]
上式中g(s)表示储能逆变器输出电压追踪参考v
ref
的能力，z(s)表示储能逆变器 作为电压源信号的内阻。
[0031]
设定l＝1mh，c＝30μf，kv＝0.2，ki＝9，r
l
＝0.05ω
[0032]
画出z(s)的伯德图如图5所示，在10～1000hz之间储能逆变器内阻呈现感 性特征，阻抗有效值随频率的增大而增大。
[0033]
如上所述，根据储能逆变输出的无功功率，采用下降法调节逆变幅值就可以 实现逆变与市电同幅的目的。不过，在投载瞬间，因为市电电压一般高于220v 逆变电压，所以会导致电流倒灌入逆变并冲高bus电压，这就需要为逆变电压 控制赋予一个与市电电压相关的较高的比例系数，以便逆变幅值能快速的跟踪市 电幅值。同时，下降法中的参考电压也应当从220v改为市电幅值。同时，为了 减小并联时的逆变输出或倒灌入的电流，还应当加大虚拟内阻。另外储能逆变器 和市电并联后负载电流中会包含市电电流，对于虚拟阻抗的下垂算法采用电感电 流替代。采用下垂算法的储能逆变器电压参考v
ref
如下式所示。
[0034]vref
＝v
g-kdq-r
vil
ꢀꢀ
(2)
[0035]vg
为市电，q为储能逆变器输出的无功功率，i
l
为储能逆变器电感电流，kd为 下垂系数，rv为虚拟负载。最终的虚拟电阻rv可以表示为：
[0036][0037]
上式中的正负号取决于储能逆变器作为电源还是负载的工作模式，当与市电 并联储能逆变器作为电压源输出电流时，上式为 号；当储能逆变器作为负载流 入电流时，上式为-号。
[0038]
在储能逆变器与市电并机时，储能逆变器最好处于空载模式，主要电能全部 由市电提供，所以引入的虚拟电阻自适应算法。由于负载电流已经包含市电的电 流不能代表输出逆变器的输出电流，本发明采用计算储能逆变器滤波电感的电感 电流i
l
的有效值作为判断标准。当储能逆变器作为电压源输出电流时，说明储能 逆变器的输出电压比市电略高，需要把电压参考v
ref
下降；当储能逆变器作为负 载输入电流时，说明储能逆变器的输出电压比市电略低，需要把电压参考v
ref
抬 升。所以采用虚拟电阻调整电压参考，采用积分调整，如图6所示。