全文摘要
本实用新型公开了一种海岛柴储混合供电系统，包括：变换器、采样模块、控制器以及驱动保护模块；其中，所述控制器包括第一控制器和第二控制器；所述第一控制器的输入端与所述采样模块连接，所述第一控制器的输出端与第二控制器的输入端连接，以及，所述驱动保护模块的输入端与所述二控制器的输出端连接，所述驱动保护模块的输出端与所述变换器连接。本实用新型通过控制变换器的工作状态抑制电压的大幅波动，提高海岛柴储混合供电系统输出电压的质量。
主设计要求
1.一种海岛柴储混合供电系统，其特征在于，包括：变换器、采样模块、控制器以及驱动保护模块；其中，所述控制器包括第一控制器和第二控制器；所述第一控制器的输入端与所述采样模块连接，所述第一控制器的输出端与第二控制器的输入端连接，以及，所述驱动保护模块的输入端与所述二控制器的输出端连接，所述驱动保护模块的输出端与所述变换器连接；所述采样模块依据所述变换器的输出信号产生采样信号，并将所述采样信号传输至第一控制器；所述第一控制器根据所述采样信号生成控制指令，并将所述控制指令输出至所述第二控制器；所述第二控制器根据所述控制指令生成调制波信号，并将所述调制波信号输出至所述驱动保护模块；所述驱动保护模块根据所述调制波信号向所述变换器输出控制信号，以控制所述变换器的工作状态。
设计方案
1.一种海岛柴储混合供电系统，其特征在于，包括：变换器、采样模块、控制器以及驱动保护模块；其中，所述控制器包括第一控制器和第二控制器；
所述第一控制器的输入端与所述采样模块连接，所述第一控制器的输出端与第二控制器的输入端连接，以及，所述驱动保护模块的输入端与所述二控制器的输出端连接，所述驱动保护模块的输出端与所述变换器连接；
所述采样模块依据所述变换器的输出信号产生采样信号，并将所述采样信号传输至第一控制器；
所述第一控制器根据所述采样信号生成控制指令，并将所述控制指令输出至所述第二控制器；
所述第二控制器根据所述控制指令生成调制波信号，并将所述调制波信号输出至所述驱动保护模块；
所述驱动保护模块根据所述调制波信号向所述变换器输出控制信号，以控制所述变换器的工作状态。
2.如权利要求1所述的海岛柴储混合供电系统，其特征在于，所述控制器还包括惯性控制器；
所述惯性控制器的输入端与所述采样模块连接，所述惯性控制器的输出端与所述第一控制器连接。
3.如权利要求1所述的海岛柴储混合供电系统，其特征在于，所述海岛柴储混合供电系统还包括储能电池；所述储能电池与所述变换器连接。
4.如权利要求1所述海岛柴储混合供电系统，其特征在于，所述海岛柴储混合供电系统还包括：前级整流模块、后级逆变模块、整流滤波电路和整流器模块；其中，
所述后级逆变模块的输入端与所述前级整流模块的输出端，所述后级逆变模块的输出端与所述整流滤波电路的输入端连接；所述前级整流模块的输出端还与所述变换器连接；
所述整流器模块的输入端与所述整流滤波电路的输出端连接。
5.如权利要求4所述海岛柴储混合供电系统，其特征在于，所述海岛柴储混合供电系统还包括：负载模块；所述整流器模块的输出端与所述负载模块连接。
6.如权利要求5所述的海岛柴储混合供电系统，其特征在于，所述整流器模块包括：逆变器、第一整流器和第二整流器，所述负载模块包括直流负载和交流负载；
所述第一整流器的输入端与所述整流滤波电路的输出端连接，且所述第一整流器的输出端与所述直流负载连接；
所述第二整流器的输入端与所述整流滤波电路的输出端连接，且所述第二整流器的输出端通过所述逆变器与所述交流负载连接。
7.如权利要求3所述的海岛柴储混合供电系统，其特征在于，所述变换器包括电感和开关晶体管单元；所述电感的一端与所述开关晶体管单元的输出端连接，所述电感的另一端与所述储能电池连接。
8.如权利要求7所述的海岛柴储混合供电系统，其特征在于，所述开关晶体管单元包括驱动端；
所述开关晶体管单元的驱动端与所述驱动保护模块连接，用于接收所述驱动保护模块输出的控制信号。
9.如权利要求6所述的海岛柴储混合供电系统，其特征在于，所述前级整流模块的输出端与所述后级逆变模块的输入端之间设有储能电容。
10.如权利要求3所述的海岛柴储混合供电系统，其特征在于，所述储能电池包括超级电容和蓄电池。
设计说明书
技术领域
本实用新型实施例涉及海岛柴储混合供电系统控制领域，具体涉及一种海岛柴储混合供电系统。
背景技术
随着我国海洋供电系统规模不断扩大化，网络不断复杂化，国防与民用设备对系统的安全性和稳定性要求越来越高。在远海岛屿，受限于海洋地域条件及装备所处工作环境，网架性缺电和电源不可靠性问题依然并存，极大影响了海岛居民的正常生产生活，制约了海岛经济的发展。
现今适合海岛供电的柴储混合供电系统，由于海岛特种负荷所需功率大，其供电方式多采用多变流器并联实现增容，但多个变流器之间存在输出特性差异容易导致系统环流与并联谐振；同时，海岛含有大量的冲击性阻感负荷及具备电力电子接口的非线性负荷，导致特种电源输出电压严重畸变和剧烈波动，严重影响电源系统稳定运行。
实用新型内容
本实用新型提供一种海岛柴储混合供电系统，通过控制变换器的工作状态抑制电压的大幅波动，提高海岛柴储混合供电系统输出电压的质量。
本实用新型实施例提供了一种海岛柴储混合供电系统，包括：变换器、采样模块、控制器以及驱动保护模块；其中，所述控制器包括第一控制器和第二控制器；
所述第一控制器的输入端与所述采样模块连接，所述第一控制器的输出端与第二控制器的输入端连接，以及，所述驱动保护模块的输入端与所述二控制器的输出端连接，所述驱动保护模块的输出端与所述变换器连接；
所述采样模块依据所述变换器的输出信号产生采样信号，并将所述采样信号传输至第一控制器；
所述第一控制器根据所述采样信号生成控制指令，并将所述控制指令输出至所述第二控制器；
所述第二控制器根据所述控制指令生成调制波信号，并将所述调制波信号输出至所述驱动保护模块；
所述驱动保护模块根据所述调制波信号向所述变换器输出控制信号，以控制所述变换器的工作状态。
进一步地，所述控制器还包括惯性控制器；
所述惯性控制器的输入端与所述采样模块连接，所述惯性控制器的输出端与所述第一控制器连接。
进一步地，所述海岛柴储混合供电系统还包括储能电池；所述储能电池与所述变换器连接。
进一步地，所述海岛柴储混合供电系统还包括：前级整流模块、后级逆变模块、整流滤波电路和整流器模块；其中，
所述后级逆变模块的输入端与所述前级整流模块的输出端，所述后级逆变模块的输出端与所述整流滤波电路的输入端连接；所述前级整流模块的输出端还与所述变换器连接；
所述整流器模块的输入端与所述整流滤波电路的输出端连接。
进一步地，所述海岛柴储混合供电系统还包括：负载模块；所述整流器模块的输出端与所述负载模块连接。
进一步地，所述整流器模块包括：逆变器、第一整流器和第二整流器，所述负载模块包括直流负载和交流负载；
所述第一整流器的输入端与所述整流滤波电路的输出端连接，且所述第一整流器的输出端与所述直流负载连接；
所述第二整流器的输入端与所述整流滤波电路的输出端连接，且所述第二整流器的输出端通过所述逆变器与所述交流负载连接。
进一步地，所述变换器包括电感和开关晶体管单元；所述电感的一端与所述开关晶体管单元的输出端连接，所述电感的另一端与所述储能电池连接。
进一步地，所述开关晶体管单元包括驱动端；
所述开关晶体管单元的驱动端与所述驱动保护模块连接，用于接收所述驱动保护模块输出的控制信号。
进一步地，所述前级整流模块的输出端与所述后级逆变模块的输入端之间设有储能电容。
本实用新型实施例提供的一种海岛柴储混合供电系统，采样模块依据变换器的输出信号产生采样信号，并将采样信号传输至第一控制器；第一控制器根据采样信号生成控制指令，并将控制指令输出至第二控制器；从而实现抑制直流电压大幅波动，通过第一控制器进行比例积分控制，无静差跟踪直流电压指令。第二控制器根据所述控制指令生成调制波信号，通过第二控制器比例控制降低电网电流畸变率；并将调制波信号输出至驱动保护模块；驱动保护模块根据调制波信号向变换器输出控制信号，以控制变换器的工作状态。实现根据采样到的直流侧输出信号控制变换器的工作状态，解决直流侧电压大幅波动的问题，使得海岛柴储混合供电系统稳定运行。
附图说明
图1是本实用新型实施例的一种海岛柴储混合供电系统的结构框图；
图2是本实用新型实施例的海岛柴储混合供电系统的控制器运算框图；
图3是本实用新型实施例的一种海岛柴储混合供电系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
实施例一
由于海岛柴储混合供电系统直流侧的负荷突变，导致直流电压大幅波动，使得海岛柴储混合供电系统输出的电压严重畸变和剧烈波动，严重影响海岛柴储混合供电系统稳定运行。为解决由于直流侧负荷突变而导致的电压畸变的问题，本实用新型提供一种海岛柴储混合供电系统，通过控制变换器的工作状态解决直流侧电压大幅波动的问题，使得海岛柴储混合供电系统稳定运行。
图1为本实用新型实施例的一种海岛柴储混合供电系统的结构框图，本实用新型实施例可适用于执行海岛柴储混合供电系统的直流控制方法，供电系统包括：变换器110、采样模块120、控制器130以及驱动保护模块140；其中，所述控制器130包括第一控制器131和第二控制器132；
所述第一控制器131的输入端与所述采样模块120连接，所述第一控制器131的输出端与第二控制器132的输入端连接，以及，所述驱动保护模块140的输入端与所述二控制器132的输出端连接，所述驱动保护模块140的输出端与所述变换器110连接；
所述采样模块120依据所述变换器110的输出信号产生采样信号，并将所述采样信号传输至第一控制器131。
需要说明的是，采样模块120通过采样端与海岛柴储混合供电系统中的变换器110连接，采样变换器110的输出信号。具体地，变换器为双向储能变换器，采样模块包括A\/D转换器，A\/D转换器将采样模块采样到的输出信号由电信号转换为数字信号从而生成采样信号，并将采样信号传输给与采样模块连接的第一控制器。
在本实用新型实施例的一个实施示例中，所述采样信号包括所述变换器输出的直流电流信号io<\/sub>、直流电压信号udc<\/sub>和电感电流信号iL<\/sub>中至少一种。
具体地，变换器110的输出信号包括直流侧输出的直流电流信号io<\/sub>和直流电压信号udc<\/sub>，并且变换器110中还包括电感，变换器通过此电感与储能电池连接。采样模块120除了采样变换器110的输出信号还采样变换器中的电感电流信号iL<\/sub>。
所述第一控制器131根据所述采样信号生成控制指令，并将所述控制指令输出至所述第二控制器132。
需要说明的是，第一控制器131包括PI(Proportion Integration，比例积分)控制器，当第一控制器接收到采样模块发送的采样信号后，第一控制器根据采样信号对直流电压进行无静差追踪并生成控制指令，第一控制器将生成的控制指令输出至第二控制器。
具体地，第一控制器131根据接收到的直流参考电压信号udc<\/sub>*<\/sup>和接收到的采样信号中的直流电压信号udc<\/sub>确定电压追踪差值ev<\/sub>。此电压追踪差值为由第一控制器根据接收到的直流参考电压值这一给定值与实际供电系统中变换器输出的直流电压值构成的电压控制偏差，第一控制器通过该电压控制偏差来进行电压跟踪调节，使得实际直流电压跟踪上给定的直流参考电压信号中的直流参考电压值。
第一控制器131确定电压追踪差值后，第一控制器通过对该电压追踪差值ev<\/sub>进行积分调节消除实际供电系统中变换器输出的直流电压值udc<\/sub>与给定的直流参考电压值udc<\/sub>*<\/sup>之间的静差，从而实现第一控制器根据采样信号对直流电压进行无静差追踪。并将该电压追踪差值ev<\/sub>的比例和积分通过线性组合构成控制量即生成控制指令。生成的控制指令为电流幅值控制指令Iv<\/sub>*<\/sup>，第一控制器将生成的控制指令限幅后输出，防止当第一控制器未能稳定控制时输出信号过大，避免引发过调制，并防止第一控制器中的积分器饱和。第一控制器将限幅后的控制指令Iv<\/sub>*<\/sup>输出至第二控制器，以使第二控制器根据该控制指令进行电流调节。
在本实用新型实施例的一种实施示例中，第一控制器131的比例积分控制的传递函数表达式为：
GPI<\/sub>(s)＝kp<\/sub>+ki<\/sub>\/s
其中，kp<\/sub>是第一控制器的比例系数，0.1≤kp<\/sub>≤20，ki<\/sub>是PI控制器的积分系数，0.01≤ki<\/sub>≤10，s为复频率。
所述第二控制器132根据所述控制指令生成调制波信号，并将所述调制波信号输出至所述驱动保护模块140。
具体地，第二控制器132包括P(Proportion，比例)控制器，第二控制器132根据第一控制器131发送的控制指令Iv<\/sub>*<\/sup>和采样模块采样得到的变换器内电感的电感电流信号iL<\/sub>生成调制波信号。在第二控制器132控制过程中，首先获得接收到的控制指令Iv<\/sub>*<\/sup>与采样信号中的电感电流信号iL<\/sub>的偏差，第二控制器132根据该偏差调节控制输出，从而生成调制波信号ur<\/sub>并将该调制波信号输出给驱动保护模块，使电流向着减小偏差的方向变化，实现抑制电流畸变。
在本实用新型实施例的一种实施示例中，第二控制器132的比例控制的传递函数表达式为：
GP<\/sub>(s)＝kip<\/sub>
其中，kip<\/sub>取值范围为0.1≤kip<\/sub>≤40，第二控制器的偏差调节速度取决于比例系数kip<\/sub>，比例系数越大偏差减小的越快。
所述驱动保护模块140根据所述调制波信号向所述变换器输出控制信号，以控制所述变换器110的工作状态。
具体地，驱动保护模块140包括PWM信号调制模块，当驱动保护模块接收到调制波信号ur<\/sub>后，驱动保护模块140对该调制波信号ur<\/sub>进行PWM信号调制，将调制波信号进行限幅调制后生成控制信号，以使该控制信号的电压幅值处于变换器内开关管电子器件的可承受范围内，避免变换器内开关管电子器件的损坏。在本实用新型实施例的一个实施示例中，海岛柴储混合供电系统中的变换器110包括两个全控型功率开关管，驱动保护模块对接收到调制波信号ur<\/sub>进行PWM信号调制后得到两个全控型功率开关管的控制信号m1<\/sub>和m2<\/sub>，以通过控制信号m1<\/sub>和m2<\/sub>驱动和控制变换器内两个全控型功率开关管的开通和关断实现控制变换器的工作状态，从而解决直流侧电压大幅波动的问题，使得海岛柴储混合供电系统稳定运行。
需要说明的是，本实用新型实施例提供的一种海岛柴储混合供电系统，采样模块依据变换器的输出信号产生采样信号，并将采样信号传输至第一控制器；第一控制器根据采样信号生成控制指令，并将控制指令输出至第二控制器；从而实现抑制直流电压大幅波动，通过第一控制器进行比例积分控制，无静差跟踪直流电压指令。第二控制器根据所述控制指令生成调制波信号，通过第二控制器比例控制降低电网电流畸变率；并将调制波信号输出至驱动保护模块；驱动保护模块根据调制波信号向变换器输出控制信号，以控制变换器的工作状态。实现根据采样到的直流侧输出信号控制变换器的工作状态，解决直流侧电压大幅波动的问题，使得海岛柴储混合供电系统稳定运行。
实施例二
在实施例一的基础上，在本实用新型实施例提供的海岛柴储混合供电系统中的控制器130还包括惯性控制器133；惯性控制器133用于进行海岛柴储混合供电系统直流侧电压惯性控制，以抑制直流电压波动。
所述惯性控制器133的输入端与所述采样模块120连接，所述惯性控制器133的输出端与所述第一控制器132连接。
如图2所示，是本实用新型实施例的海岛柴储混合供电系统的控制器运算框图。
具体地，惯性控制器133根据预设的直流电流额定值Iset<\/sub>与采样模块采样得到的直流电流信号io<\/sub>的差值，确定指令电流信号io<\/sub>*<\/sup>；预设的直流电流额定值Iset<\/sub>根据实际的供电系统的需求而设定。惯性控制器133根据预设的直流电压额定值Uset<\/sub>和指令电流信号io<\/sub>*<\/sup>确定电流偏差值Δio<\/sub>。预设的直流电压额定值Uset<\/sub>根据实际的供电系统的需求而设定。
在本实用新型实施例的一个实施示例中，惯性控制器133根据所述指令电流信号io<\/sub>*<\/sup>确定电流偏差值Δio<\/sub>的步骤包括：当供电系统处于初始运行状态时，预设的电压偏差初始值为零，惯性控制器基于所述指令电流信号和预设的电压偏差初始值，确定初始电流偏差值。具体为：惯性控制器133将预设的电压偏差初始值与电压振荡阻尼系数Db<\/sub>的乘积值与指令电流信号io<\/sub>*<\/sup>相减，得到的差值即为初始电流偏差值，并将所述初始电流偏差值确定为所述电流偏差值Δio<\/sub>。其中，电压振荡阻尼系数Db<\/sub>的取值范围为5≤Db<\/sub>≤100。
惯性控制器133将电流偏差值Δio<\/sub>除以虚拟电容值Cv<\/sub>和直流电压值Udc<\/sub>，并进行积分得到直流参考电压信号udc<\/sub>*<\/sup>；其中，在惯性控制器内直流参考电压信号udc<\/sub>*<\/sup>的具体计算过程为： 申请码:申请号:CN201920062918.7 申请日:2019-01-15 公开号:公开日:国家:CN 国家/省市:81(广州) 授权编号:CN209375150U 授权时间:20190910 主分类号:H02J 3/38 专利分类号:H02J3/38;H02J3/32 范畴分类:37C; 申请人:广东志成冠军集团有限公司 第一申请人:广东志成冠军集团有限公司 申请人地址:523000 广东省广州市塘厦镇田心工业区广东志成冠军集团有限公司 发明人:陈燕东;谢志为;伍文华;何志兴;徐千鸣;周乐明;帅智康;欧阳红林 第一发明人:陈燕东 当前权利人:广东志成冠军集团有限公司 代理人:孟金喆 代理机构:11332 代理机构编号:北京品源专利代理有限公司 优先权:关键词:当前状态:审核中 类型名称:外观设计设计图
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