碳化硅储能变流器的无反馈节点同期并网控制方法和系统

技术领域

本发明涉及储能变流器并网应用领域，具体涉及碳化硅储能变流器的无反馈节点同期并网控制方法和系统。

背景技术

据化学与物理电源行业协会储能应用分会统计数据显示，当前为止，储能项目装机越来越多。其中，抽水蓄能占比最高，电化学储能装机次之。各类应用场景中，电源侧辅助服务、电网侧储能、集中式新能源、工商业削峰填谷、分布式及微网的装机呈现降序排列规则。

储能变流器能够实现能量双向流动，具备并网、离网等不同功能，是储能系统中的关键装置，是沟通电化学储能与电网/负荷的桥梁。

为实现对负荷的可靠供电，同时减缓储能电池的运行损耗，延长使用寿命，在以储能电池为支撑的供电系统中要求储能变流器具备同期并网功能。

目前储能变流器同期运行时多需要并网点开关提供反馈节点信号，而对于一些现有配电系统中并网点开关大多无反馈节点或反馈节点无法接入储能变流器中，传统变流器同期控制策略在该情况下无法实现同期功能。

当前，尚未有无反馈节点的储能变流器的同期并网控制策略被提出。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供碳化硅储能变流器的无反馈节点同期并网控制方法和系统，该方法完成了无反馈节点状况下的碳化硅储能变流器同期并网，极大减小现场施工和改造的工作量，进一步推动储能系统在配电网中的应用。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供碳化硅储能变流器的无反馈节点同期并网控制方法，所述方法包括：

步骤I：初始化同期计数标志位Count1、自适应运行计数标志位Count2、自适应运行计数标志位Count3以及自适应运行标志位Adaptive-flag的计数均为0；

步骤II：当碳化硅储能变流器并网点电网侧的电压和频率满足同期并网约束时，读取Adaptive-flag的计数；

步骤III:若Adaptive-flag的计数为1时，则进行自适应调节，并跳转至步骤VI；若Adaptive-flag的计数为0时，更新碳化硅储能变流器的输出电压给定值和频率给定值，并在更新后获取碳化硅储能变流器并网点变流器侧电压和相位；

步骤IV：若更新后获取的碳化硅储能变流器并网点变流器侧电压和相位满足第一偏差约束，则令Count1的计数增加1，否则，跳转至步骤II；

步骤V：若Count1的计数达到第一预设值，则令Adaptive-flag的计数为1，进行自适应调节，并转至步骤VI；否则，跳转至步骤II；

步骤VI：若自适应调节完成后Count2的计数达到第二预设值，则同期并网成功，并退出同期并网控制；

若自适应调节完成后Count3的计数达到第三预设值，则同期并网失败，并退出同期并网控制；

否则，跳转至步骤II。

优选的，所述进行自适应调节，包括：

再次更新碳化硅储能变流器的输出电压给定值和频率给定值，并在再次更新后获取碳化硅储能变流器并网点变流器侧电压；

若再次更新后获取的碳化硅储能变流器并网点变流器侧电压和电网侧电压满足第二偏差约束，则令Count2的计数增加1，Count3的计数清零；

否则，令Count2的计数清零，Count3的计数增加1。

进一步的，所述再次更新碳化硅储能变流器的输出电压给定值和频率给定值的计算式如下：

式中，ΔU

其中，所述ΔU

其中，δ为偏差权重，δ∈(0～1)，U

进一步的，所述第二偏差约束的计算式如下：

其中，ΔU

优选的，所述同期并网约束的计算式如下：

式中，U

优选的，所述更新碳化硅储能变流器的输出电压给定值和频率给定值的计算式如下：

其中，U

优选的，所述第一偏差约束的计算式如下：

其中，U

本发明提供碳化硅储能变流器的无反馈节点同期并网控制系统，所述系统包括：

初始化单元，用于初始化同期计数标志位Count1、自适应运行计数标志位Count2、自适应运行计数标志位Count3以及自适应运行标志位Adaptive-flag的计数均为0；

读取单元，用于当碳化硅储能变流器并网点电网侧的电压和频率满足同期并网约束时，读取Adaptive-flag的计数；

第一判断单元，用于若Adaptive-flag的计数为1时，则进行自适应调节，并跳转至步骤VI；若Adaptive-flag的计数为0时，更新碳化硅储能变流器的输出电压给定值和频率给定值，并在更新后获取碳化硅储能变流器并网点变流器侧电压和相位；

第二判断单元，用于若更新后获取的碳化硅储能变流器并网点变流器侧电压和相位满足第一偏差约束，则令Count1的计数增加1，否则，跳转至步骤II；

第三判断单元，用于若Count1的计数达到第一预设值，则令Adaptive-flag的计数为1，进行自适应调节，并转至步骤VI；否则，跳转至步骤II；

第四判断单元，用于若自适应调节完成后Count2的计数达到第二预设值，则同期并网成功，并退出同期并网控制；

若自适应调节完成后Count3的计数达到第三预设值，则同期并网失败，并退出同期并网控制；

否则，跳转至步骤II。

优选的，所述进行自适应调节，包括：

再次更新碳化硅储能变流器的输出电压给定值和频率给定值，并在再次更新后获取碳化硅储能变流器并网点变流器侧电压；

若再次更新后获取的碳化硅储能变流器并网点变流器侧电压和电网侧电压满足第二偏差约束，则令Count2的计数增加1，Count3的计数清零；

否则，令Count2的计数清零，Count3的计数增加1。

进一步的，所述再次更新碳化硅储能变流器的输出电压给定值和频率给定值的计算式如下：

式中，ΔU

其中，所述ΔU

其中，δ为偏差权重，δ∈(0～1)，U

与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：

本发明采用的技术方案，包括：步骤I：初始化同期计数标志位Count1、自适应运行计数标志位Count2、自适应运行计数标志位Count3以及自适应运行标志位Adaptive-flag的计数均为0；步骤II：当碳化硅储能变流器并网点电网侧的电压和频率满足同期并网约束时，读取Adaptive-flag的计数；步骤III:若Adaptive-flag的计数为1时，则进行自适应调节，并跳转至步骤VI；若Adaptive-flag的计数为0时，更新碳化硅储能变流器的输出电压给定值和频率给定值，并在更新后获取碳化硅储能变流器并网点变流器侧电压和相位；步骤IV：若更新后获取的碳化硅储能变流器并网点变流器侧电压和相位满足第一偏差约束，则令Count1的计数增加1，否则，跳转至步骤II；步骤V：若Count1的计数达到第一预设值，则令Adaptive-flag的计数为1，进行自适应调节，并转至步骤VI；否则，跳转至步骤II；步骤VI：若自适应调节完成后Count2的计数达到第二预设值，则同期并网成功，并退出同期并网控制；若自适应调节完成后Count3的计数达到第三预设值，则同期并网失败，并退出同期并网控制；否则，跳转至步骤II。该方案以高采样频率和高控制精度为基础，通过实时对比碳化硅储能变流器并网点前后电压波动状态，在无需增加辅助接线或更换并网点开关的情况下即可完成无反馈节点状况下的碳化硅储能变流器同期并网，极大减小现场施工和改造的工作量，进一步推动储能系统在配电网中的应用。

附图说明

图1是碳化硅储能变流器的无反馈节点同期并网控制方法流程图；

图2是碳化硅储能变流器的无反馈节点同期并网控制系统结构图；

图3是碳化硅储能变流器接入电网的拓扑结构图；

图4是本发明实施例3中用于验证的碳化硅储能变流器接入电网的拓扑结构图；

图5是采用传统并网同期控制算法时的电压电流输出波形示意图；

图6为采用传统并网同期控制算法时的电压电流输出波形局部放大示意图；

图7为采用本发明控制方法时的电压电流输出波形示意图；

图8为采用本发明控制方法时的电压电流输出波形局部放大示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

碳化硅储能变流器的无反馈节点同期并网控制在接收到碳化硅储能变流器同期并网指令后，对碳化硅储能变流器进行同期并网，本发明提供了碳化硅储能变流器的无反馈节点同期并网控制方法，如图1所示，包括：

步骤I：初始化同期计数标志位Count1、自适应运行计数标志位Count2、自适应运行计数标志位Count3以及自适应运行标志位Adaptive-flag的计数均为0；

步骤II：当碳化硅储能变流器并网点电网侧的电压和频率满足同期并网约束时，读取Adaptive-flag的计数；

步骤III:若Adaptive-flag的计数为1时，则进行自适应调节，并跳转至步骤VI；若Adaptive-flag的计数为0时，更新碳化硅储能变流器的输出电压给定值和频率给定值，并在更新后获取碳化硅储能变流器并网点变流器侧电压和相位；

步骤IV：若更新后获取的碳化硅储能变流器并网点变流器侧电压和相位满足第一偏差约束，则令Count1的计数增加1，否则，跳转至步骤II；

步骤V：若Count1的计数达到第一预设值，则令Adaptive-flag的计数为1，进行自适应调节，并转至步骤VI；否则，跳转至步骤II；

步骤VI：若自适应调节完成后Count2的计数达到第二预设值，则同期并网成功，并退出同期并网控制；

若自适应调节完成后Count3的计数达到第三预设值，则同期并网失败，并退出同期并网控制；

否则，跳转至步骤II。

具体的，所述进行自适应调节，包括：

再次更新碳化硅储能变流器的输出电压给定值和频率给定值，并在再次更新后获取碳化硅储能变流器并网点变流器侧电压；

若再次更新后获取的碳化硅储能变流器并网点变流器侧电压和电网侧电压满足第二偏差约束，则令Count2的计数增加1，Count3的计数清零；

否则，令Count2的计数清零，Count3的计数增加1。

进一步的，所述再次更新碳化硅储能变流器的输出电压给定值和频率给定值的计算式如下：

式中，ΔU

其中，所述ΔU

其中，δ为偏差权重，δ∈(0～1)，U

进一步的，所述第二偏差约束的计算式如下：

其中，ΔU

距体的，所述同期并网约束的计算式如下：

式中，U

具体的，所述更新碳化硅储能变流器的输出电压给定值和频率给定值的计算式如下：

其中，U

具体的，所述第一偏差约束的计算式如下：

其中，U

实施例2：

本发明提供碳化硅储能变流器的无反馈节点同期并网控制系统，如图2所示，所述系统包括：

初始化单元，用于初始化同期计数标志位Count1、自适应运行计数标志位Count2、自适应运行计数标志位Count3以及自适应运行标志位Adaptive-flag的计数均为0；

读取单元，用于当碳化硅储能变流器并网点电网侧的电压和频率满足同期并网约束时，读取Adaptive-flag的计数；

第一判断单元，用于若Adaptive-flag的计数为1时，则进行自适应调节，并跳转至步骤VI；若Adaptive-flag的计数为0时，更新碳化硅储能变流器的输出电压给定值和频率给定值，并在更新后获取碳化硅储能变流器并网点变流器侧电压和相位；

第二判断单元，用于若更新后获取的碳化硅储能变流器并网点变流器侧电压和相位满足第一偏差约束，则令Count1的计数增加1，否则，跳转至步骤II；

第三判断单元，用于若Count1的计数达到第一预设值，则令Adaptive-flag的计数为1，进行自适应调节，并转至步骤VI；否则，跳转至步骤II；

第四判断单元，用于若自适应调节完成后Count2的计数达到第二预设值，则同期并网成功，并退出同期并网控制；

若自适应调节完成后Count3的计数达到第三预设值，则同期并网失败，并退出同期并网控制；

否则，跳转至步骤II。

具体的，所述进行自适应调节，包括：

再次更新碳化硅储能变流器的输出电压给定值和频率给定值，并在再次更新后获取碳化硅储能变流器并网点变流器侧电压；

若再次更新后获取的碳化硅储能变流器并网点变流器侧电压和电网侧电压满足第二偏差约束，则令Count2的计数增加1，Count3的计数清零；

否则，令Count2的计数清零，Count3的计数增加1。

进一步的，所述再次更新碳化硅储能变流器的输出电压给定值和频率给定值的计算式如下：

式中，ΔU

其中，所述ΔU

其中，δ为偏差权重，δ∈(0～1)，U

进一步的，所述第二偏差约束的计算式如下：

其中，ΔU

距体的，所述同期并网约束的计算式如下：

式中，U

具体的，所述更新碳化硅储能变流器的输出电压给定值和频率给定值的计算式如下：

其中，U

具体的，所述第一偏差约束的计算式如下：

其中，U

实施例3：

碳化硅储能变流器接入电网的拓扑结构图如图3所示，碳化硅储能变流器交流侧接入380V交流母线，直流侧与储能电池相连，电网侧电压采样点和碳化硅储能变流器侧电压采样点A、B分为位于并网点QS1上下端。同时交流母线还有负荷接入。

在此连接状态下，当碳化硅储能变流器收到同期并网指令时，为实现无反馈节点的碳化硅储能变流器的同期并网，按照下述碳化硅储能变流器的无反馈节点同期并网控制方法实现同期并网，该控制方法分为三个进程：

第一进程具体操作如下：

令自适应运行标志位Adaptive-flag、同期计数标志位Count1、自适应运行计数标志位Count2和自适应运行计数标志位Count3的计数均为0；

若电网侧电压采样点A的电压、频率满足并网要求，则执行第二进程；否则，碳化硅储能变流器运行状态维持原状；

其中，并网要求为

第二进程具体操作如下：

步骤A：调用自适应运行标志位Adaptive-flag，若Adaptive-flag＝0，则认为不能直接进入第三进程(自适应运行阶段)，按照下式所示更新碳化硅储能变流器的输出电压给定值和频率给定值，并执行步骤B；否则，直接执行第三进程：

其中，U

步骤B：对碳化硅储能变流器进行高精度恒压恒频控制，具体为：

步骤B-1：记录更新碳化硅储能变流器的输出电压给定值和频率给定值后并网点变流器侧电压采样点B的电压

步骤B-2：若电网侧电压采样点A和并网点变流器侧电压采样点B的电压和相位满足下式，则令同期计数器Count1计数增加1，并执行步骤C；否则，跳出当前进程，并重新执行第一进程；

其中，ΔU

步骤C：若同期计数标志位Count1达到预设计数值，则令自适应运行标志位Adaptive-flag等于1，并执行步骤A；否则，结束当前进程，并重新执行第一进程；

第三进程的设置原理为：更新碳化硅储能变流器的输出电压设定值和频率设定值；

记录此时更新碳化硅储能变流器的输出电压设定值和频率设定值后并网点变流器侧电压采样点B的电压

若电网侧电压采样点A和并网点变流器侧电压采样点B的电压偏差小于设定阈值，则认为并网点电压已被电网钳制，并网点开关QS1已闭合，变流器同期成功；否则，认为并网点开关QS1未闭合，变流器同期未成功。

故而第三进程具体操作如下：进行自适应调节；

若自适应调节完成后自适应运行计数标志位Count2达到预设计数值，则同期并网成功，即Syn_ok_flag等于1，

并结束同期并网；

若自适应调节完后自适应运行计数标志位Count3，则同期并网失败，即Syn_ok_flag等于0，并结束同期并网；

否则，结束当前进程，并重新执行第一进程。

其中，自适应调节的具体步骤，包括：

步骤D：更新碳化硅储能变流器的输出电压设定值和频率设定值，其相应计算式如下：

式中，ΔU

其中，ΔU

其中，δ为偏差权重，δ∈(0～1)，U

步骤E：若电网侧电压采样点A和并网点变流器侧电压采样点B的电压满足下式，则令自适应运行计数标志位Count2增加1，自适应运行计数标志位Count3清零；否则，令自适应运行计数标志位Count2清零，自适应运行计数标志位Count3增加1；

其中，ΔU

图5为采用传统并网同期控制算法时的电压电流输出波形示意图，图6为采用传统并网同期控制算法时的电压电流输出波形局部放大示意图，t0时刻监测到A/B两点处电压、相位偏差在设定值范围内，此时需要QS1闭合，即碳化硅储能变流器同期并网。但是由于没有反馈节点信号碳化硅储能变流器仍处于离网运行状态，导致碳化硅储能变流器与电网间电流偏差逐步增大。

图7为采用本发明控制方法时的电压电流输出波形示意图，图8为采用本发明控制方法时的电压电流输出波形局部放大示意图，t1时刻监测到A/B两点处电压、相位偏差在设定值范围内，此时需要QS1闭合，即碳化硅储能变流器同期并网。t1～t2过程中碳化硅储能变流器进入自适应运行阶段，t2时刻监测到A、B两点电压偏差在设定的自适应控制范围内，变流器转入并网状态，同期过程完成。

通过该验证说明本发明控制方法以高采样频率和高控制精度为基础，通过实时对比并网点前后电压波动状态，在无需增加辅助接线或更换并网点开关的情况下即可完成在无反馈节点状况下的同期并网，极大减小现场施工和改造的工作量，进一步推动储能系统在配电网中的应用。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。