專利名稱：一種微電網(wǎng)并網(wǎng)與孤網(wǎng)自動無縫切換的控制方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及微電網(wǎng)的運行與控制，具體涉及一種微電網(wǎng)并網(wǎng)與孤網(wǎng)自動無縫切換的控制方法。
背景技術(shù)：
微電網(wǎng)是由分布式電源、儲能單元、負荷以及控制保護裝置組成的集合，是一個能夠自我控制、保護和管理的自治系統(tǒng)。微電網(wǎng)有并網(wǎng)和孤網(wǎng)兩種運行模式，并網(wǎng)模式是指在正常情況下，微電網(wǎng)與大電網(wǎng)并網(wǎng)運行，向電網(wǎng)提供多余的電能或由電網(wǎng)補充自身發(fā)電量的不足。孤網(wǎng)模式是指當檢測到大電網(wǎng)故障或電能質(zhì)量不滿足要求時，微電網(wǎng)可以與大電網(wǎng)斷開形成孤網(wǎng)模式，由分布式電源向微電網(wǎng)內(nèi)的負荷提供高可靠性和高質(zhì)量電能。當檢測到大電網(wǎng)狀態(tài)恢復正常后，微電網(wǎng)將同期并網(wǎng)運行。因此，微電網(wǎng)的并網(wǎng)與孤網(wǎng)雙模式自動切換是實現(xiàn)微電網(wǎng)靈活可靠運行的關鍵技術(shù)。運行于并網(wǎng)模式時，微電網(wǎng)內(nèi)部的分布式電源以大電網(wǎng)作為參考電源并網(wǎng)運行； 運行于孤網(wǎng)模式時，要求系統(tǒng)內(nèi)部有一個電源為系統(tǒng)提供參考電壓和頻率信號，充當微電網(wǎng)的參考電源，此電源即為微電網(wǎng)的主網(wǎng)單元。微電網(wǎng)的雙模式切換主要依靠主網(wǎng)單元的控制實現(xiàn)。目前，國內(nèi)外能夠?qū)崿F(xiàn)微電網(wǎng)并網(wǎng)與孤網(wǎng)雙模式切換的技術(shù)分以下幾種(1)以柴油發(fā)電機或燃氣輪機等常規(guī)電源作為主網(wǎng)單元。以常規(guī)電源作為主網(wǎng)單元，對化石燃料資源的依賴程度大，容易造成環(huán)境污染，而且獨立運行時為保持微電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，風電和光伏等間歇性新能源所占的比例不能太大或必須停運，影響了微電網(wǎng)節(jié)能環(huán)保的作用。(2)以儲能單元作為主網(wǎng)單元。目前小容量的單相儲能雙模式換流器技術(shù)較成熟， 某些微電網(wǎng)采用三個單相儲能換流器組成三相系統(tǒng)的主網(wǎng)單元，通過三個單相換流器模式切換的協(xié)調(diào)配合實現(xiàn)微電網(wǎng)的雙模式切換。雖然儲能換流器運行靈活、響應快，但三個換流器的并網(wǎng)/孤網(wǎng)雙模式切換過程中的同步配合成為系統(tǒng)切換的一個制約因素，目前采用該技術(shù)的微電網(wǎng)規(guī)模只能做到數(shù)十千瓦。(3)依靠運行模式控制器和儲能主網(wǎng)單元實現(xiàn)。運行模式控制器根據(jù)實時的電網(wǎng)狀態(tài)確定微電網(wǎng)的運行模式，向儲能主網(wǎng)單元下達模式切換指令，儲能主網(wǎng)單元根據(jù)模式切換指令完成P-Q和V-F的雙模式切換。由于通信技術(shù)存在一定的時間延時，且模式切換過程中需要微電網(wǎng)啟停，因此采用該技術(shù)實現(xiàn)微電網(wǎng)并網(wǎng)/孤網(wǎng)雙模式切換過程中需要短暫的停電，完成的是一種有縫切換。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，根據(jù)大電網(wǎng)不同的實時運行狀態(tài)，提供一種實現(xiàn)微電網(wǎng)并網(wǎng)與孤網(wǎng)自動無縫切換的控制方法，該控制方法在實現(xiàn)微電網(wǎng)與主電網(wǎng)進行能量互補的同時，進一步提高微電網(wǎng)供電的可靠性，可以實現(xiàn)以儲能單元作為微電網(wǎng)主網(wǎng)單元的微電網(wǎng)并網(wǎng)與孤網(wǎng)雙模式的自動無縫切換運行。
為實現(xiàn)微電網(wǎng)并網(wǎng)與孤網(wǎng)雙模式自動無縫切換，需要解決大電網(wǎng)實時運行狀態(tài)快速準確識別、儲能雙模式換流器P-Q模式與V-F模式的平滑切換、以及微電網(wǎng)平穩(wěn)同期并網(wǎng)三大技術(shù)問題。(1)電網(wǎng)狀態(tài)快速準確識別方法微電網(wǎng)在實現(xiàn)并網(wǎng)/孤網(wǎng)雙模式切換過程中，快速準確識別大電網(wǎng)的運行狀態(tài)是實現(xiàn)自動無縫切換的關鍵技術(shù)之一。本發(fā)明利用主網(wǎng)單元儲能雙模式換流器完成大電網(wǎng)運行狀態(tài)識別，由儲能雙模式換流器直接采集大電網(wǎng)信息進行狀態(tài)識別，儲能雙模式換流器根據(jù)識別結(jié)果，實現(xiàn)自身運行模式的靈活可靠切換，同時通過就地控制信號實現(xiàn)微電網(wǎng)與大電網(wǎng)聯(lián)絡開關的通斷，完成微電網(wǎng)運行模式的自動無縫切換，避免了控制過程中的通信環(huán)節(jié)，能夠有效提高微電網(wǎng)的雙模式切換速度。本發(fā)明分析微電網(wǎng)內(nèi)電源與負載匹配程度與電壓和頻率等特征狀態(tài)的對應關系， 開展被動式的識別方法研究工作；分析鎖相環(huán)輸出偏差與主動式識別方法的相互關系，開展基于鎖相技術(shù)的主動式識別方法研究工作。為了克服被動式識別技術(shù)存在較大盲區(qū)和主動式識別技術(shù)影響儲能雙模式換流器輸出電能質(zhì)量的缺點，研究“主動被動混合式”電網(wǎng)狀態(tài)快速準確識別方法，從而提高電網(wǎng)狀態(tài)識別速度、降低識別過程對系統(tǒng)電能質(zhì)量和穩(wěn)定性的影響。(2)雙模式儲能換流器模式平滑切換技術(shù)在微電網(wǎng)并網(wǎng)運行時，微電網(wǎng)的電壓和頻率參考信號由大電網(wǎng)提供，微電網(wǎng)內(nèi)的所有分布式電源和儲能單元全部運行于P-Q模式；在微電網(wǎng)孤網(wǎng)運行時，雙模式儲能單元是微電網(wǎng)的主網(wǎng)單元，運行于V-F模式，為微電網(wǎng)提供電壓和頻率參考信號，微電網(wǎng)內(nèi)的其他分布式電源運行于P-Q模式。儲能雙模式換流器工作在P-Q模式時，控制模型輸入量為有功和無功功率參考值，采用功率外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的控制結(jié)構(gòu)；儲能雙模式換流器工作在V-F模式時，控制模型輸入量為系統(tǒng)電壓和頻率參考值，采用電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的控制結(jié)構(gòu)。由于儲能雙模式換流器采用電力電子技術(shù)，過流能力弱，在實現(xiàn)雙模式切換過程中容易由于控制不當造成過流，使雙模式換流器退出運行導致微電網(wǎng)癱瘓。因此建立適用于雙模式換流器的“外環(huán)并行，內(nèi)環(huán)歸一化”的控制模型，是微電網(wǎng)并網(wǎng)與孤網(wǎng)自動無縫切換技術(shù)研究的關鍵技術(shù)之
ο(3)微電網(wǎng)平穩(wěn)同期并網(wǎng)技術(shù)當大電網(wǎng)狀態(tài)恢復正常后，微電網(wǎng)與大電網(wǎng)經(jīng)過一個同期調(diào)節(jié)過程，當滿足同期條件時，微電網(wǎng)并網(wǎng)運行。微電網(wǎng)的同期過程利用儲能雙模式換流器實現(xiàn)。儲能雙模式換流器通過比較聯(lián)絡開關兩端微電網(wǎng)電壓矢量和大電網(wǎng)電壓矢量偏差，調(diào)節(jié)儲能雙模式換流器輸出電壓矢量，進而調(diào)節(jié)微電網(wǎng)電壓矢量，直至微電網(wǎng)電壓矢量與大電網(wǎng)電壓矢量滿足并網(wǎng)條件時，閉合聯(lián)絡開關實現(xiàn)微電網(wǎng)同期并網(wǎng)。微電網(wǎng)在同期過程中，系統(tǒng)內(nèi)其他分布式電源始終以P-Q模式并網(wǎng)運行，由功角特性調(diào)節(jié)原理可知，微電網(wǎng)母線電壓矢量突變會引起其他分布式電源脫網(wǎng)，此外，微電網(wǎng)微小的同期偏差會引起各分布式電源很大的電流沖擊，導致各分布式電源脫網(wǎng)。因此，本發(fā)明提供的基于儲能雙模式換流器電壓矢量定向同期調(diào)節(jié)的微電網(wǎng)同期技術(shù)，實現(xiàn)微電網(wǎng)平穩(wěn)CN 102545260 A
同期并網(wǎng)。本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的一種微電網(wǎng)并網(wǎng)與孤網(wǎng)自動無縫切換的控制方法，其改進之處在于，所述方法包括用儲能雙模式換流器作為主網(wǎng)單元；識別電網(wǎng)狀態(tài)，根據(jù)識別的電網(wǎng)狀態(tài)進行儲能雙模式換流器模式平滑切換；或微電網(wǎng)平穩(wěn)同期并網(wǎng)。本發(fā)明提供的一種優(yōu)選的技術(shù)方案是所述識別電網(wǎng)狀態(tài)包括判斷電網(wǎng)是否出現(xiàn)故障；所述識別電網(wǎng)狀態(tài)方法包括基于鎖相環(huán)的頻率擾動主動式識別、電源-負載不匹配特征信號被動識別和主動被動混合式的狀態(tài)識別。本發(fā)明提供的第二優(yōu)選的技術(shù)方案是所述基于鎖相環(huán)的頻率擾動主動識別包括對系統(tǒng)鎖相環(huán)環(huán)節(jié)增加頻率擾動的有差鎖相識別。本發(fā)明提供的第三優(yōu)選的技術(shù)方案是根據(jù)系統(tǒng)電壓幅值和頻率的特性信號對所述電源-負載不匹配特征信號進行被動識別。本發(fā)明提供的第四優(yōu)選的技術(shù)方案是所述主動被動混合式的狀態(tài)識別是基于鎖相環(huán)的頻率擾動主動式識別和電源-負載不匹配特征信號被動識別綜合識別。本發(fā)明提供的第五優(yōu)選的技術(shù)方案是所述儲能雙模式換流器的模式包括P-Q模式、V-F模式和歸一化模式；所述P-Q模式、V-F模式和歸一化模式分別采用P-Q控制模型、 V-F控制模型和歸一化控制模型。本發(fā)明提供的第六優(yōu)選的技術(shù)方案是所述儲能雙模式換流器的P-Q控制模型采用功率外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)雙閉環(huán)的控制模型，所述儲能雙模式換流器的P-Q控制模型的輸入量為有功和無功功率參考值。本發(fā)明提供的第七優(yōu)選的技術(shù)方案是所述儲能雙模式換流器的V-F控制模型采用電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)雙閉環(huán)的控制模型，所述儲能雙模式換流器的V-F控制模型的輸入量為電壓和頻率參考值。本發(fā)明提供的第八優(yōu)選的技術(shù)方案是所述儲能雙模式換流器的歸一化模型采用 P-Q模式和V-F模式供電流內(nèi)環(huán)以及P-Q模式的功率外環(huán)和V-F模式的電壓外環(huán)并行的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供的第九優(yōu)選的技術(shù)方案是所述微電網(wǎng)平穩(wěn)同期并網(wǎng)的過程是V-F模式儲能雙模式換流器與分布式電源的P-Q模式儲能雙模式換流器的同期調(diào)節(jié)過程；所述微電網(wǎng)平穩(wěn)同期調(diào)節(jié)包括電壓矢量頻率同期調(diào)節(jié)、電壓矢量相位同期調(diào)節(jié)和電壓矢量幅值同期調(diào)節(jié)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明達到的有益效果是1、本發(fā)明提供的控制方法應用于并網(wǎng)型微電網(wǎng)，實現(xiàn)微電網(wǎng)并網(wǎng)模式與孤網(wǎng)模式之間的自動無縫切換，避免目前微電網(wǎng)雙模式切換時需要停電的弊端，提高微電網(wǎng)供電可
靠性；2、本發(fā)明提供的控制方法應用于多能互補共交流母線型孤立微電網(wǎng)，如風光水儲、風光柴儲、風光儲等多源互補型孤立微電網(wǎng)，實現(xiàn)儲能主網(wǎng)與同步發(fā)電機主網(wǎng)之間的自動無縫切換，提高孤立微電網(wǎng)的供電可靠性和控制的靈活性；3、本發(fā)明提供的控制方法用于實現(xiàn)微電網(wǎng)中的電能全部由風電和光伏等新能源提供，由儲能單元實現(xiàn)主網(wǎng)單元，微電網(wǎng)中無需柴油發(fā)電機等同步發(fā)電機，提高了微電網(wǎng)的節(jié)能環(huán)保效益；4、本發(fā)明提供的控制方法有效降低微電網(wǎng)由孤網(wǎng)模式向并網(wǎng)模式切換時的沖擊， 避免由于切換沖擊導致的風電、光伏等電源脫網(wǎng)問題；5、本發(fā)明提供的控制方法實現(xiàn)大電網(wǎng)運行狀態(tài)的快速、準確檢測，當大電網(wǎng)故障 或電能質(zhì)量不滿足要求時，實現(xiàn)微電網(wǎng)與大電網(wǎng)的自動斷開運行，提高微電網(wǎng)運行的可靠 性。


圖1是本發(fā)明的微電網(wǎng)并網(wǎng)與孤網(wǎng)自動無縫切換原理圖；圖2是本發(fā)明的主動被動混合式電網(wǎng)狀態(tài)識別原理框圖；圖3是本發(fā)明的儲能雙模式換流器歸一化控制模型原理框圖；圖4是本發(fā)明的微電網(wǎng)同期調(diào)節(jié)原理圖；圖5是本發(fā)明的基于電壓矢量定向微電網(wǎng)同期控制原理框圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做進一步的詳細說明。本發(fā)明提供一種實現(xiàn)微電網(wǎng)并網(wǎng)與孤網(wǎng)自動無縫切換控制方法，工作原理圖如圖 1所示。本發(fā)明的微電網(wǎng)并網(wǎng)與孤網(wǎng)自動無縫切換方法涉及的系統(tǒng)包括光伏發(fā)電系統(tǒng)、風 力發(fā)電系統(tǒng)、儲能主網(wǎng)單元、微電網(wǎng)負荷、濾波補償裝置、聯(lián)絡開關和同步發(fā)電機。由聯(lián)絡開 關通斷指令發(fā)送給聯(lián)絡開關，通過比較微電網(wǎng)電壓與大電網(wǎng)電壓的電壓偏差，把微電網(wǎng)電 壓反饋信號和大電網(wǎng)電壓反饋信號通過聯(lián)絡開關傳遞給儲能主網(wǎng)單元。本發(fā)明首先進行電網(wǎng)狀態(tài)的快速準確識別，然后根據(jù)識別出的電網(wǎng)狀態(tài)進行雙模 式儲能換流器平滑切換或微電網(wǎng)平穩(wěn)同期并網(wǎng)；進行電網(wǎng)狀態(tài)識別是判斷電網(wǎng)是否出現(xiàn)故 障。(一 )電網(wǎng)狀態(tài)識別方法包括如下幾種1. 1基于鎖相環(huán)的頻率擾動主動式識別包括如下步驟①初始化每個工頻周期鎖相角度的初始值θ0 = 0 ；(1)
權(quán)利要求
1.一種微電網(wǎng)并網(wǎng)與孤網(wǎng)自動無縫切換的控制方法，其特征在于，所述方法包括用儲能雙模式換流器作為主網(wǎng)單元；識別電網(wǎng)狀態(tài)，根據(jù)識別的電網(wǎng)狀態(tài)進行儲能雙模式換流器模式平滑切換；或微電網(wǎng)平穩(wěn)同期并網(wǎng)。
2.如權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述識別電網(wǎng)狀態(tài)包括判斷電網(wǎng)是否出現(xiàn)故障；所述識別電網(wǎng)狀態(tài)方法包括基于鎖相環(huán)的頻率擾動主動式識別、電源-負載不匹配特征信號被動識別和主動被動混合式的狀態(tài)識別。
3.如權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述基于鎖相環(huán)的頻率擾動主動識別包括對系統(tǒng)鎖相環(huán)環(huán)節(jié)增加頻率擾動的有差鎖相識別。
4.如權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征在于，根據(jù)系統(tǒng)電壓幅值和頻率的特性信號對所述電源-負載不匹配特征信號進行被動識別。
5.如權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述主動被動混合式的狀態(tài)識別是基于鎖相環(huán)的頻率擾動主動式識別和電源-負載不匹配特征信號被動識別綜合識別。
6.如權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述儲能雙模式換流器的模式包括P-Q 模式、V-F模式和歸一化模式；所述P-Q模式、V-F模式和歸一化模式分別采用P-Q控制模型、V-F控制模型和歸一化控制模型。
7.如權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述儲能雙模式換流器的P-Q控制模型采用功率外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)雙閉環(huán)的控制模型，所述儲能雙模式換流器的P-Q控制模型的輸入量為有功和無功功率參考值。
8.如權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述儲能雙模式換流器的V-F控制模型采用電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)雙閉環(huán)的控制模型，所述儲能雙模式換流器的V-F控制模型的輸入量為電壓和頻率參考值。
9.如權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述儲能雙模式換流器的歸一化模型采用P-Q模式和V-F模式供電流內(nèi)環(huán)以及P-Q模式的功率外環(huán)和V-F模式的電壓外環(huán)并行的結(jié)構(gòu)。
10.如權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述微電網(wǎng)平穩(wěn)同期并網(wǎng)的過程是 V-F模式儲能雙模式換流器與分布式電源的P-Q模式儲能雙模式換流器的同期調(diào)節(jié)過程； 所述微電網(wǎng)平穩(wěn)同期調(diào)節(jié)包括電壓矢量頻率同期調(diào)節(jié)、電壓矢量相位同期調(diào)節(jié)和電壓矢量幅值同期調(diào)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明涉及微電網(wǎng)的運行與控制，具體涉及一種微電網(wǎng)并網(wǎng)與孤網(wǎng)自動無縫切換的控制方法。該控制方法包括用儲能雙模式換流器作為主網(wǎng)單元；識別電網(wǎng)狀態(tài)，根據(jù)識別的電網(wǎng)狀態(tài)進行儲能雙模式換流器模式平滑切換；或微電網(wǎng)平穩(wěn)同期并網(wǎng)；本發(fā)明提供的方案在實現(xiàn)微電網(wǎng)與主電網(wǎng)進行能量互補的同時，進一步提高微電網(wǎng)供電的可靠性，可以實現(xiàn)以儲能單元作為微電網(wǎng)主網(wǎng)單元的微電網(wǎng)并網(wǎng)/孤網(wǎng)雙模式的自動無縫切換運行。
文檔編號H02J3/38GK102545260SQ201210011880
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月16日
發(fā)明者何國慶, 劉純, 李光輝, 郭立東, 鮑薇 申請人:中國電力科學研究院