CN102412594B - 微网系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微网系统的控制方法，所述微网系统包括微网间隔系统、微网主控系统和微网监控系统，微网间隔系统包括连接到低压母线的风力发电机、光伏系统、微网负荷单元、能量型储能元件和功率型储能元件，所述方法包括：微网监控系统对微网间隔系统中的各个设备进行实时状态监控，并且将微网间隔系统中的各个设备的实时状态提供给微网主控系统；微网主控系统基于微网间隔系统中的各个设备的实时状态，判断是否存在微网内部故障；如果微网主控系统确定不存在微网内部故障，则微网主控系统判断是否存在微网外部故障；如果微网主控系统确定不存在微网外部故障，则微网主控系统执行削峰填谷控制、功率平滑控制、反转峰谷控制中的至少一种。

Description

微网系统的控制方法

技术领域

本发明属于发电领域，涉及一种微网系统的控制方法。

背景技术

随着常规能源的逐渐枯竭以及日益严重的环境污染，可再生能源以及分布式发电(Distributed Generation)技术近年来在世界范围内得到了越来越多的重视和发展。目前，分布式发电一般是指发电功率在数千瓦至50兆瓦的小型化、模块化、分散式、布置在用户附近为用户供电的连接到配电系统的小型发电系统。目前已有的研究和实践已表明，将分布式发电供能系统以微型电网(MicroGrid)(简称微网)的形式接入大电网并网运行，与大电网互为支撑，是发挥分布式发电供能系统的效能的最有效方式。

作为分布式发电的重要组成形式之一，微网通常是由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷、监控系统、保护系统、电力传输设备等汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统。因为，微网既可以通过配电网与大型电网并联运行，形成一个大型电网与小型电网的联合运行系统，也可以独立地为当地负荷提供电力需求，其灵活运行模式大大提高了负荷侧的供电可靠性；同时，微网通过单点接入电网，可以减少大量小功率分布式电源接入电网后对传统电网的影响。此外，微网将分散的、不同类型的小型发电源(分布式电源)组合起来供电，能够使小型电源获得更高的利用效率。在大电网正常状态下，微网需要长期稳定运行；而在大电网受到干扰时，微网必须快速脱离大电网，进入并保持于孤岛运行状态，待大电网故障排除后重新自动并网运行。上述功能被概括为：削峰填谷、功率平滑、模式切换等。实现这些功能所需的控制策略，是微网技术的难点，当前正不断开发更优的控制方法和硬件组成。

近年来，随着风力发电、太阳能光伏发电等技术的发展，使得可再生能源发电得到了越来越多的利用，将可再生能源发电与微网形式相结合的技术，是复杂度更高、应用前景更广阔的技术，成为了电力系统研究的新领域。由于微网是一种新型电网，其系统复杂程度大大高于普通电网，这导致了微网的控制策略和控制方法的复杂度相对普通电网也大大提升。一般而言，同时实现多项控制目标，比一项控制目标要更加困难，但如果能够将多项控制目标有机融合在一起，可同时显示出微网的多项优点。针对每一项控制目标，好的控制方法在性能上有显著的提高。

目前，现有的微网系统通常由单一种类的分布式电源、负荷、电力传输设备简单组成。分布式电源通常是传统能源的电源类型，例如是以铅酸蓄电池、锂电池组为代表的能量型储能设备，也可配置具有一定容量的燃机。

图1示出了现有技术的常见的微网拓扑结构。在该微网系统中，微网分布式电源通常为燃机/储能系统，接入母线BUS1。微网负荷也接入同一母线BUS1。母线BUS1一般为低压交流母线，电压在220V～35KV之间，通过变压器与母线BUS2相连。母线BUS2一般为高压交流母线，可视为大电网，电压在10KV～220KV之间。并网开关(例如，断路器)设置在微网和大电网之间的公共连接点(PCC)处。

当大电网正常供电时，微网分布式电源停止发电，并网开关处于闭合状态，微网负荷完全由大电网供电；当大电网发生故障时，并网开关处于断开状态，微网分布式电源启动发电，为微网负荷供电。

该方案主要为了实现微网“模式切换”这一控制目标，通常将控制逻辑实现于微网分布式电源的变流器控制器中。

该方案较为简单地实现了微网在并网模式和孤岛模式间转换的功能，但是无法同时实现削峰填谷、功率平滑、反转峰谷等多项功能。这主要是因为，在现有技术中，没有在微网内部实现能够长时间运行的、互为备用的多种电源，而是利用了单一储能元件或者常规燃机，控制目标非常单一，所以没有同时实现微网多项功能所需的承载硬件。

同时，由于常用方法是将控制逻辑实现于微网分布式电源的变流器控制器中，缺乏全局的控制角度和控制能力，因此无法设计出多控制策略同时运行。

综上所述，现有技术自动化程度低，反应速度慢，控制目标单一、控制效果差。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种微网系统的控制方法，该控制方法能够实现微网系统在并网模式和孤岛模式间切换，同时实现削峰填谷、功率平滑、反转峰谷等控制，从而提升微网控制效果，全局动态响应能力更快。

根据本发明的一方面，提供一种微网系统的控制方法，所述微网系统包括微网间隔系统、微网主控系统和微网监控系统，微网间隔系统包括连接到低压母线的风力发电机、光伏系统、微网负荷单元、能量型储能元件和功率型储能元件，在低压母线和大电网的高压母线之间连接有并网变压器，所述控制方法包括：微网监控系统对微网间隔系统中的各个设备进行实时状态监控，并且将微网间隔系统中的各个设备的实时状态提供给微网主控系统；微网主控系统基于微网间隔系统中的各个设备的实时状态，判断是否存在微网内部故障；如果微网主控系统确定不存在微网内部故障，则微网主控系统判断是否存在微网外部故障；如果微网主控系统确定不存在微网外部故障，则微网主控系统执行削峰填谷控制、功率平滑控制、反转峰谷控制中的至少一种。

如果微网主控系统确定存在微网内部故障，则微网主控系统停止微网间隔系统的运行。

在并网变压器和高压母线之间可连接有并网开关，用于控制微网与大电网之间的连接/断开。

当大电网正常供电时，并网开关处于闭合状态，将微网与大电网连接；当大电网发生故障时，并网开关处于断开状态，断开微网与大电网的连接。

能量型储能元件由微网主控系统控制，建立低压母线电压和频率，并维持微网潮流平衡，以执行并网转孤岛模式切换操作以及孤岛转并网模式切换操作。

如果微网主控系统确定存在微网外部故障，则所述控制方法还可包括：微网主控系统启动并网转孤岛模式切换；微网主控系统启用备用电源；微网主控系统判断备用电源自投入是否失败；如果微网主控系统确定备用电源自投入失败，则微网主控系统执行并网转孤岛模式切换操作，将微网系统从并网模式切换为孤岛模式。

可按照下面的方式将微网系统从并网模式切换为孤岛模式：断开并网开关；断开用于将微网间隔系统内的负荷接入低压母线的所有负荷开关；启动能量型储能元件并使能量型储能元件以恒电压恒频率的方式运行；当低压母线电压大于或等于预定电压时，闭合微网间隔系统的负荷开关以投入微网间隔系统内的负荷；投入光伏系统，并使所述光伏系统工作在所述光伏系统输出的有功功率和无功功率分别等于各自的参考功率的控制模式；投入风力发电机，并使所述风力发电机工作在所述风力发电机输出的有功功率和无功功率分别等于各自的参考功率的控制模式。

在微网系统被切换为孤岛模式运行预定时间之后，微网主控系统判断微网外部故障是否消失，如果微网主控系统确定微网外部故障已经消失，则微网主控系统执行孤岛转并网模式切换操作，将微网系统从孤岛模式切换为并网模式。

可按照下面的方式将微网系统从孤岛模式切换为并网模式：停止运行微网间隔系统内的风力发电机和光伏系统；断开所有运行的负荷的开关；闭合并网开关；判断低压母线电压是否大于预定电压；如果低压母线电压大于所述预定电压，则闭合所有负荷的开关；投入能量型储能元件，并使能量型储能元件工作在能量型储能元件输出的有功功率和无功功率分别等于各自的参考功率的控制模式；投入光伏系统，并使光伏系统工作在从光伏系统输出的有功功率和无功功率分别等于各自的参考功率的控制模式；投入风力发电机，并使风力发电机工作在从风力发电机输出的有功功率和无功功率分别等于各自的参考功率的控制模式。

如果微网主控系统确定备用电源自投入成功，则微网主控系统退出并网转孤岛模式切换启动。

当微网主控系统确定不存在微网内部故障和微网外部故障时，风力发电机和光伏系统按照最大功率发电；能量型储能元件由微网主控系统进行削峰填谷控制，以维持微网潮流平衡；功率型储能元件由微网主控系统进行功率平滑控制，以提高微网内部电能质量。

可按照下面的方式进行削峰填谷控制：统计微网联络线的日平均功率曲线并获得波峰参考值和波谷参考值；基于波峰参考值和波谷参考值设置削峰门槛值和填谷门槛值；如果微网处于并网运行状态，则能量型储能元件根据微网联络线的负荷功率进行削峰填谷控制，其中，如果微网联络线的负荷功率高于削峰门槛值，则高于削峰门槛值的负荷功率将被能量型储能元件补偿；如果微网联络线的负荷功率低于填谷门槛值，则低于填谷门槛值的负荷功率将被能量型储能元件吸收。

可按照下面的方式进行功率平滑控制：在第一预定时间段内采集风力发电机和光伏系统的多个输出功率值；对所述多个输出功率值进行平滑滤波，获得与所述多个输出功率值一一对应的多个有功期望值；计算所述多个输出功率值中的每个输出功率值与在所述多个有功期望值中的对应的有功期望值之差，以获得多个功率控制值；根据功率型储能元件的极限功率来修正所述多个功率控制值，以获得多个修正功率控制值；根据功率型储能元件的荷电状态来确定功率型储能元件是否能够被充电和/或放电；在第二预定时间段内根据所述多个修正功率控制值和确定功率型储能元件是否能够被充电和/或放电的结果，控制功率型储能元件进行充电或放电。

可按照下面的方式进行反转峰谷控制：微网主控系统控制能量型储能元件和/或功率型储能元件在大电网负荷高峰期间放电，在大电网负荷低谷期间充电以存储能量。

微网内部故障可以是是并网变压器的电气故障和低压母线电气故障中的至少一种。

微网外部故障可以是大电网中发生的接地短路、区域安全稳定控制装置动作、开关无故障误跳中的至少一种。

附图说明

通过结合附图，从下面的实施例的描述中，本发明这些和/或其它方面及优点将会变得清楚，并且更易于理解，其中：

图1示出了现有技术的常见的微网拓扑结构；

图2是根据本发明示例性实施例的微网系统的结构框图；

图3是根据本发明示例性实施例的微网系统的控制方法的流程图。

具体实施方式

下面参照附图来详细描述根据本发明示例性实施例的微网系统。

图2是根据本发明示例性实施例的微网系统的结构框图。这里，微网系统能够存储由风能和/或光能(太阳能)转换的能量。

参照图2，微网系统包括微网间隔系统1、微网主控系统2、微网监控系统3。

微网间隔系统1包括风力发电机101、光伏系统102、能量型储能元件103、功率型储能元件104。风力发电机101、光伏系统102、能量型储能元件103、功率型储能元件104均连接到低压母线。

微网间隔系统1还可包括微网负荷单元105，微网负荷单元105也连接到低压母线。微网负荷单元105可以是电动机105-1、充电桩105-2和照明系统(未示出)中的至少一种。应该理解，本发明不限于此，微网负荷单元也可以是其它任何消耗电能的设备。

风力发电机101可以是2.5兆瓦永磁直驱式风力发电机，利用风能发电。光伏系统102可以是0.5兆瓦太阳能光伏系统，利用太阳能发电。风力发电机101和光伏系统102产生的能量可提供给负荷单元105以向其供电，或者可通过低压母线存储在能量型储能元件103和/或功率型储能元件104中以进行削峰填谷、功率平滑等控制。

能量型储能元件103可以是锂电池系统103-1、钒液流电池系统103-2、钠硫电池系统103-3中的至少一种。功率型储能元件104可以是超级电容器电池系统104-1和飞轮储能电池系统104-2中的至少一种。

微网间隔系统1还包括并网变压器106，连接在低压母线和大电网的高压母线之间，用于将微网提供的电能转换为具有预定电势的电能并输送到大电网，实现微网系统与大电网的并网。可根据实际需要来设置高压母线和低压母线的电压等级，例如，高压母线可以是10KV等级，低压母线可以是400V等级。

在并网变压器106和高压母线之间还连接有并网开关(例如，可以是断路器)，用于控制微网与大电网之间的连接/断开。并网开关可设置在并网变压器106和高压母线之间的公共连接点(PCC)处。当大电网正常供电时，微网(主要是风力发电机101和/或光伏系统102)可以停止发电也可以进行发电，并网开关处于闭合状态，将微网与大电网连接，微网负荷单元105可由大电网供电，或者也可由风力发电机101和/或光伏系统102供电；当大电网发生故障时，并网开关处于断开状态，断开微网与大电网的连接，风力发电机101和/或光伏系统102为微网负荷单元105供电。

另外，在风力发电机101和低压母线之间还连接有风机变压器107，用于将风力发电机101提供的电能转换为具有预定电势的电能，以适合于负荷单元105。

低压母线可以是低压交流母线或低压直流母线。在低压直流母线的情况下，需要在并网变压器106和低压直流母线之间连接全功率换流器。高压母线可以是高压交流母线。

微网主控系统2可基于嵌入式设计，接收微网间隔系统1中的各个设备的信号，对微网间隔系统1中的各个设备执行削峰填谷、功率平滑、孤岛-并网模式切换中的至少一种，是微网系统的核心控制中心。微网主控系统2还可同时接收来自大电网的信号。

微网监控系统3对微网间隔系统1中的各个设备进行实时状态监控，并进行数据记录。微网监控系统3可将微网间隔系统1中的各个设备实时状态提供给微网主控系统2，便于微网监控系统3对微网间隔系统1中的各个设备进行协调控制。

当大电网正常运行时，微网间隔系统1中的各个设备都投入运行。具体地，风力发电机101和光伏系统102可按照最大功率发电。能量型储能元件103存储由风力发电机101和光伏系统102产生的电能，并且微网主控系统2控制能量型储能元件103进行削峰填谷控制，以维持微网潮流平衡。功率型储能元件104存储由风力发电机101和光伏系统102产生的电能，并且微网主控系统2控制功率型储能元件104进行功率平滑控制，以提高微网内部电能质量。

微网负荷单元105可由大电网供电，或者也可由风力发电机101和/或光伏系统102供电，这可取决于微网负荷单元105的负荷量。即，当风力发电机101和光伏系统102提供的电能能够满足微网负荷单元105的负荷量时，微网负荷单元105可由风力发电机101和/或光伏系统102供电；当微网负荷单元105的负荷量增加，风力发电机101和光伏系统102提供的电能不能满足微网负荷单元105的负荷量时，微网负荷单元105可由大电网供电。风力发电机101和/或光伏系统102产生的未被微网负荷单元105消耗的电能可存储在能量型储能元件103和/或功率型储能元件104中，以进行削峰填谷、功率平滑等控制。

当大电网发生故障时，微网主控系统2进行模式切换控制。具体地，连接在并网变压器106和高压母线之间的并网开关断开，从而断开大电网和微网系统之间的连接；能量型储能元件103由微网主控系统2进行并网转孤岛模式切换控制，建立低压母线电压和频率(在建立低压母线电压和频率之后，可参照该低压母线电压和频率对其他设备进行控制)，并维持微网潮流平衡；风力发电机101和光伏系统102按照最大功率发电；微网负荷单元105可由风力发电机101和/或光伏系统102供电。在大电网故障消失后，微网主控系统2进行孤岛转并网模式切换控制，使得微网间隔系统1中的各个设备重新在常态工况下运行。

下面将描述根据本发明的微网系统的控制方法。图3是根据本发明示例性实施例的微网系统的控制方法的流程图。

参照图3，在步骤301，微网监控系统3对微网间隔系统1中的各个设备进行实时状态监控，并且可将微网间隔系统1中的各个设备实时状态提供给微网主控系统2。

在步骤302，微网主控系统2基于微网间隔系统1中的各个设备的实时状态，判断是否存在微网内部故障。这里，微网内部故障可以是并网变压器106的电气故障、低压母线电气故障等，本发明不限于此。内部故障发生于微网间隔系统1的内部，影响面广，且发生微网内部故障时微网系统无法通过控制达到自愈，必须进行停机检修。

如果在步骤302微网主控系统2确定不存在微网内部故障，则在步骤303，微网主控系统2判断是否存在微网外部故障。这里，微网外部故障指的是微网并网开关之外的、在大电网中发生的、影响微网系统供电的故障。微网外部故障可以是大电网中发生的各种接地短路、区域安全稳定控制装置动作、开关无故障误跳等，本发明不限于此。

如果在步骤303微网主控系统2确定不存在微网外部故障，则在步骤304，微网主控系统2执行削峰填谷控制、功率平滑控制、反转峰谷控制中的至少一种。

当在步骤302和303微网主控系统2确定不存在微网内部故障和微网外部故障时，风力发电机101和光伏系统102按照最大功率发电；能量型储能元件103由微网主控系统2进行削峰填谷控制，以维持微网潮流平衡；功率型储能元件104由微网主控系统2进行功率平滑控制，以提高微网内部电能质量。

如果在步骤302微网主控系统2确定存在微网内部故障，则在步骤305，微网主控系统2发出微网内部故障警告。接着在步骤306，微网主控系统2停止微网间隔系统1的运行，以进行停机检修。应该理解，可省略步骤305，而直接进行到步骤306。

如果在步骤303，微网主控系统2确定存在微网外部故障，则在步骤307，微网主控系统2启动并网转孤岛模式切换(即，控制所有运行的分布式电源进行变流器阻断，并跳开对应的交流断路器)。应该理解，这里的启动并网转孤岛模式切换并不是执行并网转孤岛模式切换操作，而是为执行并网转孤岛模式切换操作做好准备，进入到将要执行并网转孤岛模式切换操作的状态。

接着，在步骤308，微网主控系统2启用备用电源，并且可等待预定一段时间。然后，在步骤309，微网主控系统2判断备用电源自投入是否失败。这里，备用电源自投入指的是备用电源为各个微网负荷单元105供电，暂时不需要将并网模式切换为孤岛模式。

如果在步骤309微网主控系统2确定备用电源自投入失败，则微网主控系统2执行并网转孤岛模式切换操作，将微网系统从并网模式切换为孤岛模式，即，断开微网与大电网的连接，微网可自发自用。微网主控系统2可控制并网开关断开，从而断开微网与大电网的连接。

在微网系统被切换为孤岛模式运行预定时间之后，在步骤311，微网主控系统2判断微网外部故障是否消失。

如果在步骤311微网主控系统2确定微网外部故障已经消失，则在步骤312，微网主控系统2执行孤岛转并网模式切换操作，将微网系统从孤岛模式切换为并网模式，即，将微网与大电网重新连接，并且可继续执行填谷控制、功率平滑控制、反转峰谷控制中的至少一种。微网主控系统2可控制并网开关闭合，从而将微网与大电网连接。

能量型储能元件103可由微网主控系统2控制，建立低压母线电压和频率，并维持微网潮流平衡，以执行并网转孤岛模式切换操作以及孤岛转并网模式切换操作。

此外，如果微网主控系统2判断备用电源自投入成功，则在步骤313，并网转孤岛模式切换启动返回。

下面将对削峰填谷控制、功率平滑控制、并网转孤岛模式切换控制、孤岛转并网模式切换控制的具体方式进行详细描述。

削峰填谷控制

微网通过并网变压器106和并网开关接入高压母线，实现与大电网的并网。微网联络线一般定义为微网和大电网之间的线路。在微网联络线的选择中，与微网和大电网连接的高压侧并网开关的位置(如图1所示的PCC处)，为微网联络线功率的采集点。PCC点可认为是微网联络线的采集点。由于微网的日均负荷曲线呈现了一定的波动，因此可通过调节风力发电机101和光伏系统102的出力，抵消曲线中的高峰段和低谷段，控制该PCC点的功率，使之约等于指定功率值。

微网中存在分布式电源(即，风力发电机101和光伏系统102)，它们的输出功率具有很高的随机性，例如风力发电受到了间歇性风力的影响，光伏发电受到昼夜、光照强度的影响。微网负荷基本体现出白昼负荷高，夜间负荷低的规律。分布式电源的输出功率相互叠加，导致微网联络线的功率曲线更加具有随机性，波动频繁。

削峰填谷控制的具体方式如下：统计微网联络线的日平均功率曲线并获得波峰参考值和波谷参考值；基于波峰参考值和波谷参考值设置削峰门槛值和填谷门槛值；通过微网联络线和微网低压母线电压监测判断微网是否处于并网运行状态，如果微网处于并网运行状态，则能量型储能元件103根据微网联络线的负荷功率进行削峰填谷控制。

这里，如果微网联络线的负荷功率高于削峰门槛值，则高于该削峰门槛值的负荷功率将被能量型储能元件103补偿(执行削峰控制，使能量型储能元件103输出功率，进入放电状态，补偿高于削峰门槛值的负荷功率，降低联络线上的功率消耗)；如果微网联络线的负荷功率低于填谷门槛值，则低于填谷门槛值的负荷功率将被能量型储能元件103吸收(执行填谷控制，使能量型储能元件103吸收功率，进入充电状态，吸收低于填谷门槛值的负荷功率)。这里，需要设计适合微网的削峰触发源和填谷触发源，所述削峰触发源用于触发能量型储能元件103对高于该削峰门槛值的负荷功率进行补偿，而填谷触发源用于触发能量型储能元件103吸收低于填谷门槛值的负荷功率。其中，所述削峰触发源和填谷触发源可被设计为基于时间的触发或基于功率的触发，也可设计为考虑了时间和功率的复合触发。

功率平滑控制

风力发电机101和光伏系统102是输出功率曲线波动剧烈的电源。为了消除风力发电机101和光伏系统102的功率波动，可采用滤波电路来滤除风力发电机101和光伏系统102的功率曲线的短期突变量。

功率平滑控制的具体方式包括如下步骤：

步骤1：在预定时间段T1内以预定频率采集风力发电机101和光伏系统102的多个输出功率值P1(该预定频率可被理解为恒定频率或变化的频率)。

步骤2：对采集的多个输出功率值进行平滑滤波，获得与所述多个输出功率值一一对应的多个有功期望值P2。

步骤3：计算所述多个输出功率值中的每个输出功率值与对应的有功期望值之差，以获得多个功率控制值P3。

步骤4：根据功率型储能元件104的极限功率来修正所述多个功率控制值P3，获得多个修正功率控制值P4。

具体地说，当功率控制值P3大于最大充电功率值(为正值)时，将该功率控制值修正为所述最大充电功率值；当功率控制值P3小于最大放电功率值(为负值)时，将该功率控制值修正为所述最大放电功率值；在其他情况下，功率控制值P3不变。

当修正功率控制值P4为正值时，表示对功率型储能元件104进行充电，并且充电功率为该功率控制值。当修正功率控制值P4为负值时，表示对功率型储能元件104进行放电，并且放电功率为该功率控制值。当修正功率控制值P4为零时，对功率型储能元件104既不充电也不放电。

步骤5：根据功率型储能元件104的荷电状态(SOC)来确定功率型储能元件104开放了充电态和放电态中的哪些状态。

充电态表示能够对功率型储能元件104进行充电。放电态表示能够对功率型储能元件104进行放电。

当功率型储能元件104的荷电状态大于第一阈值时，表示功率型储能元件104仅开放了放电态，只能够进行放电。

当功率型储能元件104的荷电状态小于第二阈值时，表示功率型储能元件104仅开放了充电态，只能够进行充电。

当功率型储能元件104的荷电状态小于等于第一阈值并且大于等于第二阈值时，表示功率型储能元件104开放了充电态和放电态，能够进行充电和放电。

应该理解，第一阈值大于第二阈值。

步骤6：在预定时间段T1之后的下一预定时间段T2内，按照所述多个修正功率控制值P4的时序，根据所述多个修正功率控制值P4和确定的状态，控制功率型储能元件104进行充电或放电。

根据前面对功率控制值和状态的描述可知：在功率型储能元件104开放了充电态，并且修正功率控制值P4大于零时，控制功率型储能元件104进行充电，并且控制功率型储能元件104的输入功率为所述修正功率控制值P4；在功率型储能元件104开放了放电态，并且修正功率控制值P4小于零时，控制功率型储能元件104进行放电，并且控制功率型储能元件104的输出功率为所述修正功率控制值P4。

应该理解，每个修正功率控制值P4的时序即为与之对应的在步骤1采集的输出功率值P1的时序。此外，还应理解，在根据一个修正功率控制值P4控制功率型储能元件104进行放电或充电时，在达到下一个修正功率控制值P4的时序之前，放电或充电功率保持不变。

当需要在多个预定时间段内进行输出功率控制时，当在所述下一预定时间段T2内执行步骤6的同时，可同时在所述下一预定时间段T2内执行步骤1，从而在预定时间段T2之后的下一预定时间段T3控制功率型储能元件104进行充放电。这样，针对每个预定时间段重复执行步骤1-6来对输出功率进行平滑控制。

此外，可能存在需要以预定时长(也可称为评估周期，例如，0.5分钟到5分钟)为周期来对风力发电机101和光伏系统102的输出功率进行平滑(即，以所述预定时长为单位，抑制风力发电机101和光伏系统102的输出功率的突变)的情况，此时上述预定时间段(也可称为控制周期)的长度应小于所述预定时长的二分之一。

根据上述功率平滑控制方法，尽管输出功率的控制有一定的滞后性，但控制周期仅是评估周期中的一个部分(例如，在两个相邻的控制周期内的输出功率都处于上升突变)，因此在整体上仍然可以实现功率的有效平滑。

优选地，评估周期的长度为控制周期的长度的整数倍。

由于根据功率型储能元件104的荷电状态而主动开放充电态和放电态，在充电态下只能吸收功率，在放电态下只能发出功率，因此使功率型储能元件104工作于性能更佳的区间，而且不会频繁的在充放电之间切换，从而延长了储能元件的寿命。例如，在对含有200kW×10s的超级电容器与500kW太阳能光伏发电的微网系统中测试中，当控制周期为1秒，评估周期为60秒时，最大延长了超级电容器寿命30倍。

并网转孤岛模式切换控制

当大电网发生故障时，微网主控系统2需要进行并网转孤岛模式切换控制。

并网转孤岛模式切换控制的具体方式包括如下步骤：

步骤1：断开并网开关。

步骤2：断开用于将微网间隔系统内的负荷接入微网低压母线的所有负荷开关。

步骤3：选择能量型储能元件103作为主分布式电源。可根据主分布式电源的荷电状态是否大于预定阈值来确定主分布式电源是否可以工作。例如(但不限于)，所述预定阈值可以是80％。如果主分布式电源的荷电状态大于或等于预定阈值，则该主分布式电源可以工作以建立微网的电压和频率；如果主分布式电源的荷电状态小于预定阈值，则确定该主分布式电源不可以工作。

步骤4，启动能量型储能元件103并控制其以恒电压恒频率的方式运行。

步骤5，判断微网的低压母线电压是否大于预定电压以判断微网低压母线电压是否恢复。

步骤6：当判断出微网母线电压恢复时，闭合微网间隔系统的负荷开关，以投入微网间隔系统内的负荷。如果低压母线电压小于预定电压，则终止从并网模式到孤岛模式的切换。

步骤7：投入光伏系统，并使所述光伏系统工作在所述光伏系统输出的有功功率和无功功率分别等于各自的参考功率的控制模式(称为PQ控制模式)；

步骤8：投入风力发电机，并使所述风力发电机工作在所述风力发电机输出的有功功率和无功功率分别等于各自的参考功率的控制模式。

另外，需要注意的是，在整个从并网模式到孤岛模式的模式切换过程中，设计有适当的延时机制以确保暂态的冲击电流最小以及元件之间的环流影响最小。

根据本发明的另一示例性实施例，在检测到大电网故障时，立刻停止微网间隔系统内部一切正在运行的设备，断开并网开关，待确认大电网无法继续供电后，从步骤3开始操作。

另外，当判断出大电网还可以继续供电时，需要分阶段闭合并网开关、投入微网负荷以及光伏系统102和风力发电机101。

孤岛转并网模式切换控制

微网在孤岛运行时，实时监测大电网的供电线路的电压恢复情况，当判断出大电网故障已经消失，电压恢复稳定一段时间后，将启动孤岛转并网模式切换控制，将按顺序停止运行微网设备，闭合并网开关，再按顺序将微网设备并入到大电网。在此过程中如果发生意外，则启用模式切换安全终止机制，将各设备安全隔离。其中，微网从孤岛模式切换到并网模式的依据是检测到大电网恢复正常供电。此时，微网内的风力发电机101和光伏系统102首先停止运行而导致微网失压，负荷短时断电，其它分布式电源(能量型储能元件103和功率型储能元件104)在检测到微网并网点失压后停止运行。然后闭合微网并网开关，负荷恢复供电，经过一定时间间隔后，微网内的所有分布式电源重新并网。

孤岛转并网模式切换控制的具体方式包括如下步骤：

步骤1：在检测到大电网恢复正常后，停止运行微网间隔系统内的风力发电机101和光伏系统102。

步骤2：断开所有运行的负荷的开关。

步骤3：闭合并网开关。

步骤4：判断微网的低压母线电压是否大于预定电压。

步骤5：如果微网的母线电压大于所述预定电压，则闭合所有负荷的开关。如果低压母线电压小于等于预定电压，则终止从孤岛模式到并网模式的切换。

步骤6：投入能量型储能元件103，并使能量型储能元件103工作在能量型储能元件103输出的有功功率和无功功率分别等于各自的参考功率的控制模式。

步骤7：投入光伏系统102，并使光伏系统102工作在从光伏系统102输出的有功功率和无功功率分别等于各自的参考功率的控制模式。

步骤8：投入风力发电机101，并使风力发电机101工作在从风力发电机101输出的有功功率和无功功率分别等于各自的参考功率的控制模式。

根据本发明的另一示例性实施例，在检测到大电网故障消除并且大电网的供电线路电压稳定后，停止微网间隔系统内所有正在运行的设备，断开并网开关，同时手动或自动投入并网开关、微网负荷、微网分布式电源(即，风力发电机101和光伏系统102)。

反转峰谷控制

微网主控系统控制能量型储能元件103和/或功率型储能元件104在大电网负荷高峰期间放电，在大电网负荷低谷期间充电以存储能量。例如，白天大电网处于负荷高峰期间，能量型储能元件103和/或功率型储能元件104对外部放电；夜晚大电网处于负荷低谷期间，能量型储能元件103和/或功率型储能元件104从外部吸收并存储能量。

通过采用根据本发明的微网系统的控制方法，可实现以下技术效果。

1、在存在微网内部故障时，可采取相应的应对措施，快速缩小故障面，减少设备损失，延长设备寿命。

2、在存在微网外部故障时，可快速、有序进行微网系统和大电网的分离，保证微网设备的供电。

3、集成了并网-孤岛模式切换、削峰填谷、功率平滑、反转峰谷等策略功能，使系统控制手段多样，潮流动态控制、电能质量控制的效果更佳。

4、实现了风力发电、光伏发电、能量存储的协调运行。

虽然本发明是参照其示例性的实施例被具体描述和显示的，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种改变。

Claims (12)

1.一种微网系统的控制方法，所述微网系统包括微网间隔系统、微网主控系统和微网监控系统，微网间隔系统包括连接到低压母线的风力发电机、光伏系统、微网负荷单元、能量型储能元件和功率型储能元件，在低压母线和大电网的高压母线之间连接有并网变压器，所述控制方法包括：

微网监控系统对微网间隔系统中的各个设备进行实时状态监控，并且将微网间隔系统中的各个设备的实时状态提供给微网主控系统；

微网主控系统基于微网间隔系统中的各个设备的实时状态，判断是否存在微网内部故障；

如果微网主控系统确定不存在微网内部故障，则微网主控系统判断是否存在微网外部故障；

如果微网主控系统确定不存在微网外部故障，则微网主控系统执行削峰填谷控制、功率平滑控制、反转峰谷控制中的至少一种，

其中，如果微网主控系统确定存在微网外部故障，则所述控制方法还包括：微网主控系统启动并网转孤岛模式切换；微网主控系统启用备用电源；微网主控系统判断备用电源自投入是否失败；如果微网主控系统确定备用电源自投入失败，则微网主控系统执行并网转孤岛模式切换操作，将微网系统从并网模式切换为孤岛模式，

其中，按照下面的方式将微网系统从并网模式切换为孤岛模式：断开并网开关；断开用于将微网间隔系统内的负荷接入低压母线的所有负荷开关；启动能量型储能元件并使能量型储能元件以恒电压恒频率的方式运行；当低压母线电压大于或等于预定电压时，闭合微网间隔系统的负荷开关以投入微网间隔系统内的负荷；投入光伏系统，并使所述光伏系统工作在所述光伏系统输出的有功功率和无功功率分别等于各自的参考功率的控制模式；投入风力发电机，并使所述风力发电机工作在所述风力发电机输出的有功功率和无功功率分别等于各自的参考功率的控制模式，

其中，在微网系统被切换为孤岛模式运行预定时间之后，微网主控系统判断微网外部故障是否消失，如果微网主控系统确定微网外部故障已经消失，则微网主控系统执行孤岛转并网模式切换操作，将微网系统从孤岛模式切换为并网模式，

其中，按照下面的方式将微网系统从孤岛模式切换为并网模式：停止运行微网间隔系统内的风力发电机和光伏系统；断开所有运行的负荷的开关；闭合并网开关；判断低压母线电压是否大于预定电压；如果低压母线电压大于所述预定电压，则闭合所有负荷的开关；投入能量型储能元件，并使能量型储能元件工作在能量型储能元件输出的有功功率和无功功率分别等于各自的参考功率的控制模式；投入光伏系统，并使光伏系统工作在从光伏系统输出的有功功率和无功功率分别等于各自的参考功率的控制模式；投入风力发电机，并使风力发电机工作在从风力发电机输出的有功功率和无功功率分别等于各自的参考功率的控制模式。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其中，如果微网主控系统确定存在微网内部故障，则微网主控系统停止微网间隔系统的运行。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其中，在并网变压器和高压母线之间连接有并网开关，用于控制微网与大电网之间的连接/断开。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其中，当大电网正常供电时，并网开关处于闭合状态，将微网与大电网连接；当大电网发生故障时，并网开关处于断开状态，断开微网与大电网的连接。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其中，能量型储能元件由微网主控系统控制，建立低压母线电压和频率，并维持微网潮流平衡，以执行并网转孤岛模式切换操作以及孤岛转并网模式切换操作。

6.根据权利要求1所述的控制方法，其中，如果微网主控系统确定备用电源自投入成功，则微网主控系统退出并网转孤岛模式切换启动。

7.根据权利要求1所述的控制方法，其中，当微网主控系统确定不存在微网内部故障和微网外部故障时，风力发电机和光伏系统按照最大功率发电；能量型储能元件由微网主控系统进行削峰填谷控制，以维持微网潮流平衡；功率型储能元件由微网主控系统进行功率平滑控制，以提高微网内部电能质量。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其中，按照下面的方式进行削峰填谷控制：

统计微网联络线的日平均功率曲线并获得波峰参考值和波谷参考值；

基于波峰参考值和波谷参考值设置削峰门槛值和填谷门槛值；

如果微网处于并网运行状态，则能量型储能元件根据微网联络线的负荷功率进行削峰填谷控制，

其中，如果微网联络线的负荷功率高于削峰门槛值，则高于削峰门槛值的负荷功率将被能量型储能元件补偿；如果微网联络线的负荷功率低于填谷门槛值，则低于填谷门槛值的负荷功率将被能量型储能元件吸收。

9.根据权利要求7所述的控制方法，其中，其中，按照下面的方式进行功率平滑控制：

在第一预定时间段内采集风力发电机和光伏系统的多个输出功率值；

对所述多个输出功率值进行平滑滤波，获得与所述多个输出功率值一一对应的多个有功期望值；

计算所述多个输出功率值中的每个输出功率值与在所述多个有功期望值中的对应的有功期望值之差，以获得多个功率控制值；

根据功率型储能元件的极限功率来修正所述多个功率控制值，以获得多个修正功率控制值；

根据功率型储能元件的荷电状态来确定功率型储能元件是否能够被充电和/或放电；

在第二预定时间段内根据所述多个修正功率控制值和确定功率型储能元件是否能够被充电和/或放电的结果，控制功率型储能元件进行充电或放电。

10.根据权利要求1所述的控制方法，其中，按照下面的方式进行反转峰谷控制：微网主控系统控制能量型储能元件和/或功率型储能元件在大电网负荷高峰期间放电，在大电网负荷低谷期间充电以存储能量。

11.根据权利要求1所述的控制方法，其中，微网内部故障是并网变压器的电气故障和低压母线电气故障中的至少一种。

12.根据权利要求1所述的控制方法，其中，微网外部故障是大电网中发生的接地短路、区域安全稳定控制装置动作、开关无故障误跳中的至少一种。

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