基于滞回比较器的储能变流器模式切换控制方法

技术领域

本发明属于储能变流器模式切换控制的技术领域，具体涉及一种基于滞回比较器的储能变流器模式切换控制方法。

背景技术

在台区应用领域，配电站的供电容量往往较低、档位不合理，且供电线路较长，导致台区用户末端的城中村或者是山区用户的低电压问题严重，一般通过增设统一电压补偿器便可以有效缓解这个问题。而相较于串联电压补偿器而言，并联电压补偿器在补偿器本身发生故障时不会影响系统整体的运行，因此也更受欢迎。

图1展示了一种用于台区储能的并联电压补偿器的拓扑结构，主要包括储能模块、直流母线电容、储能变流器及并网滤波器，其通过与交流负载进行并联后，再经过STS快速切换晶闸管模块以及交流电网，可以适用于台区低电压治理。传统的应用于台区的储能变流器既可以工作于并网状态，也可以工作于离网状态。当电网电压骤降或者是负载过大导致并网点电压跌破并网电压阈值，系统且离网运行，由储能系统负责负载电压的支撑，待电网电压恢复后，系统重新并网。但由于储能变流器的运行模式单一，只能通过并离网切换稳定负载供电质量，当线路阻抗较大且负载变化较快时，系统需不断进行并离网切换，系统稳定性较差，不能在线响应由于线路压降导致的小幅度低电压问题，不能适应对电压变化较敏感的精密仪器的应用场合。为此现有技术在解决线路压降导致的台区低电压治理问题中，在储能变流器并网时间内增加储能变流器的工作模式，通过并网有功或者无功补偿的方式对负载进行补偿，从而减小网侧电流及线路压降即可有效抬高负载并网点电压，解决台区线路压降导致低电压问题；但该方法会引起在同一负载条件下的不同模式的不断切换，带来电网系统震荡，影响电网系统运行的稳定性。

发明内容

基于现有技术存在的问题与不足，本发明提供一种基于滞回比较器的储能变流器模式切换控制方法，通过滞回比较器对多模式储能变流器在并网时进行在线有功无功补偿，灵活适应不同幅度的电压暂降，使低电压治理范围更宽，精度更高，同时模式切换控制过程更加可靠，系统稳定性更高。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

基于滞回比较器的储能变流器模式切换控制方法，所述储能交流器有五种工作模式，包括待机模式、无功补偿模式、部分有功补偿模式、增强有功补偿模式及离网运行模式，其特征在于，包括下述步骤：

获取台区电网的阈值电压及上下限电流；

实时检测台区电网中负载变化情况、负载电压、负载电流及并网点电压；

当并网点电压发生暂降时，根据负载变化情况，将负载电压、负载电流输入滞回比较器中与阈值电压进行比较，对储能交流器的工作模式进行切换，满足台区负载的电压需求。

作为优选的技术方案，所述台区电网的阈值电压包括额定并网点电压U

所述台区电网的上下限电流包括第一上限电流I

当所述并网点电压U发生暂降时，所述第一阈值电压U

作为优选的技术方案，所述负载变化情况包括负载功率增加和负载功率减小；

所述滞回比较器进行比较后形成三个滞环，包括无功补偿滞环、部分有功补偿滞环及增强有功补偿滞环；

所述无功补偿滞环用于待机模式及无功补偿模式之间的稳定切换；

所述部分有功补偿滞环用于无功补偿模式与部分有功补偿模式之间的稳定切换；

所述增强有功补偿滞环用于部分有功补偿模式与增强有功补偿模式之间的稳定切换。

作为优选的技术方案，所述根据负载变化情况，将负载电压、负载电流输入滞回比较器中与阈值电压进行比较，对储能交流器的工作模式进行切换，具体为：

当负载变化情况为负载功率增加，负载电压U

当负载变化情况为负载功率增加，负载电压U

当负载变化情况为负载功率增加，负载电压U

当负载变化情况为负载功率增加，负载电压U

当负载电压U

作为优选的技术方案，所述储能变流器工作于待机模式时，负载电压满足：

U

其中，r表示传输线路阻抗；

同时，第一下限电流I

作为优选的技术方案，所述储能变流器工作于无功补偿模式时，交流电网功率输出因素为1，负载电压满足：

U

其中，α为负载功率因数角；

同时，第二上限电流I

作为优选的技术方案，所述储能变流器工作于部分有功补偿模式时，负载电压满足：

U

其中，n

式中，I

同时，第三上限电流I

作为优选的技术方案，所述储能变流器工作于增强有功补偿模式时，负载电压满足：

U

其中，n

作为优选的技术方案，当负载功率增加达到增强有功补偿滞环所能补偿的最大负载电流时，即：

其中，I

此时储能变流器仍工作于增强有功补偿模式，负载电压满足：

U

作为优选的技术方案，当负载电压U

若并离网切换阈值电压U

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、传统的基于并离网切换的低电压穿越方法模式单一，当电压暂降时可以通过并离网切换来实现低电压穿越，但此模式下的低电压穿越方法只能适用于较大的电压暂降幅度。然而在台区，由线路压降导致的低电压问题更多，且幅度有可能达不到离网切换阈值，此时对于一些精密仪器而言难以应用。相反，本发明基于滞回比较器的储能变流器模式切换控制方法，可以在多模式储能变流器并网时进行在线有功或无功补偿，灵活适应不同幅度的电压暂降，低电压治理范围更宽，精度更高。

2、现有的基于单限比较器的模式切换控制方法对负载进行补偿时，可能会由于负载或者电网电压波动扰动，引起同一负载条件下不同模式的来回切换，带来电网系统震荡，影响系统运行稳定性。而本发明采用的基于滞回比较器的储能变流器模式切换控制方法，有效地遏制了负载或者是电网电压波动带来的系统稳定性问题，多模式之间切换更加平滑稳定，动态效果更好。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中一种用于台区储能的并联电压补偿器的拓扑结构；

图2为本发明实施例中基于滞回比较器的储能变流器模式切换控制方法的流程图；

图3为本发明实施例中储能变流器模式状态切换示意图；

图4(a)、图4(b)及图4(c)为本发明实施例中储能变流器通过滞环补偿进行稳定模式切换的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

如图1所示，一种用于台区储能的并联电压补偿器的拓扑结构中，电压补偿器主要包括直流母线电容、储能变流器及并网滤波器；其一端连接储能模块后再与交流负载并联通过STS快速切换晶闸管模块接入交流电网中，可以适用于台区低电压治理。该电压补偿器中储能变流器正常运行时主要有五种工作模式：待机模式、无功补偿模式、部分有功补偿模式、增强有功补偿模式及离网运行模式。

如图2所示，本实施例提供了一种基于滞回比较器的储能变流器模式切换控制方法，包括下述步骤：

S1、获取台区电网的阈值电压及上下限电流；

其中，台区电网的阈值电压包括额定并网点电压U

需要注意的是，当并网点电压U发生暂降时，第一阈值电压U

S2、实时检测台区电网中负载变化情况、负载电压、负载电流及并网点电压；

S3、当并网点电压发生暂降时，根据负载变化情况，将负载电压、负载电流输入滞回比较器中与阈值电压进行比较，对储能交流器的工作模式进行切换，满足台区负载的电压需求。

具体的，在额定电网下即储能变流器并网点电压为标准的220V工频交流电时，若负载较小，线路阻抗造成的压降较低，负载并网点电压较高，不存在低电压问题，储能变流器工作于待机状态；随着负载的逐步增加，电流增大，传输线路阻抗造成的压降逐渐增大，为了解决线路压降导致的负载端低电压问题，储能变流器将根据负载电压U

滞回比较器进行比较后形成三个滞环，包括无功补偿滞环、部分有功补偿滞环及增强有功补偿滞环；其中，无功补偿滞环用于待机模式及无功补偿模式之间的稳定切换；部分有功补偿滞环用于无功补偿模式与部分有功补偿模式之间的稳定切换；增强有功补偿滞环用于部分有功补偿模式与增强有功补偿模式之间的稳定切换；如图3所示，各模式状态切换具体为：

S31、当负载变化情况为负载功率增加，负载电压U

U

其中，r表示传输线路阻抗；

同时，第一下限电流I

S32、当负载变化情况为负载功率增加，负载电压U

U

其中，α为负载功率因数角；

同时，第二上限电流I

S33、当负载变化情况为负载功率增加，负载电压U

U

其中，n

式中，I

同时，第三上限电流I

S34、当负载变化情况为负载功率增加，负载电压U

U

其中，n

当负载功率增加达到增强有功补偿滞环所能补偿的最大负载电流时，即：

其中，I

此时储能变流器仍工作于增强有功补偿模式，如图4(a)、图4(b)及图4(c)中的直线l

U

S35、当负载电压U

离网运行模式的判定：具体地，当并网点电压为额定电压时，负载的低电压问题则主要是由线路压降造成的。此时，若并离网切换电压阈值U

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。