CN103023132A

CN103023132A - 一种采用储能变流器实现被动离网无缝切换控制方法

Info

Publication number: CN103023132A
Application number: CN2012104698831A
Authority: CN
Inventors: 李官军; 胡金杭; 陶以彬; 杨波; 俞斌; 桑丙玉; 冯鑫振
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Priority date: 2012-11-19
Filing date: 2012-11-19
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2032-11-19
Also published as: CN103023132B

Abstract

本发明涉及储能变流控制技术，具体涉及一种采用储能变流器实现被动离网无缝切换控制方法，包括下述步骤：（1）确定储能系统的能量转换系统PCS处于并网状态；（2）记录第N次电网三相线电压采样值；N为自然数；（3）确定第N次电网三相线电压采样值与第N-M次电网三相线电压采样值之间差值；（4）判断电网三相中任一相涉及的步骤（3）中差值是否大于额定线电压最大值的15%；（5）当计数器K大于或者等于3，被动离网标志位置位；（6）当被动离网标志位置位时，储能系统的能量转换系统PCS进入离网状态。本发明实现微网由并网转向离网独立运行无缝切换，确保微网内电压、频率连续稳定不间断供电，提高了微网内负荷供电可靠性。

Description

一种采用储能变流器实现被动离网无缝切换控制方法

技术领域

本发明涉及储能变流控制技术，具体涉及一种采用储能变流器实现被动离网无缝切换控制方法。

背景技术

储能技术的应用是坚强智能电网建设的重要组成部分，可以有效地实现需求侧管理、消除昼夜峰谷差、平滑负荷，可以提高电力设备运行效率、降低供电成本，还可以作为促进可再生能源应用，提高电网运行稳定性、调整频率、补偿负荷波动的一种手段。

储能装置主要实现能量的储存、释放或快速功率交换。电网接入装置实现储能装置与电网之间的能量双向传递与转换，实现电力调峰、能源优化、提高供电可靠性和电力系统稳定性等功能。储能系统的容量范围比较宽，从几十千瓦到几百兆瓦；放电时间跨度大，从毫秒级到小时级；应用范围广，贯穿整个发电、输电、配电、用电系统；大规模电力储能技术的研究和应用才刚起步，是一个全新的课题，也是国内外研究的一个热点领域。

储能技术主要的应用方向有：1)风力发电与光伏发电互补系统组成的局域网，用于偏远地区供电、工厂及办公楼供电；2)通信系统中作为不间断电源和应急电能系统；3)风力发电和光伏发电系统的并网电能质量调整；4)作为大规模电力存储和负荷调峰手段；5)电动汽车储能装置；6)作为国家重要部门的大型后备电源等。

在微网系统中，储能变流器运行工况分并网和离网两种。要确保微网内负荷实现不间断可靠供电，储能变流器就必须具备进入离网时无缝切换功能，离网切换分为主动离网（计划性离网）与被动离网（非计划性离网），在预知电网停电的情况下，主动离网能满足无缝切换要求，但实际运行中，电网往往出现突发的停电与故障，此时只能采用被动离网才能确保微网内电压、频率连续稳定。目前，主动离网功能在国内多家储能变流器厂商已经实现，但是被动离网无缝切换控制技术还未见公开研究成果。因此，安全可靠的被动离网功能是储能变流器控制技术一个难点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种采用储能变流器实现被动离网无缝切换控制方法，该控制方法解决了如何准确判断出主网与微网分开的时刻，捕捉该时刻电网电压、相位，实现主网与微网之间无缝断开的问题。

本发明的目的是采用下述技术方案实现：

一种采用储能变流器实现被动离网无缝切换控制方法，所述方法用的系统为微电网系统，包括380V母线、并网开关QF1、开关QF2、QF3、QF4和QF5、储能系统、分布式电源以及负荷；

所述并网开关QF1接入电网；所述并网开关QF1通过380V母线分别与开关QF2、QF3、QF4以及QF5连接；所述开关QF2与电机连接；所述开关QF3与负荷连接；所述开关QF4与分布式电源连接；所述开关QF5与储能系统连接；

其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：

（1）确定储能系统的能量转换系统PCS处于并网状态；

（2）记录第N次电网三相线电压采样值；N为自然数；

（3）确定第N次电网三相线电压采样值与第N-M次电网三相线电压采样值之间差值；（M为一个周波内采样次数）

（4）判断电网三相中任一相涉及的步骤（3）中差值是否大于额定线电压最大值的15%；

（5）当计数器K（记录连续满足步骤(4)的次数）大于或者等于3，被动离网标志位置位；

（6）当被动离网标志位置位时，储能系统的能量转换系统PCS进入离网状态。

其中，所述步骤（4）中，若差值大于额定线电压最大值的15%，则记录当前电网相位值θ_N与电压有效值U_N，同时被动离网标志位计数器K加1；若差值小于额定线电压最大值的15%，则被动离网标志位计数器K清零。

其中，所述步骤（5）中，若被动离网标志位计数器K小于3，则返回步骤（2）；若被动离网标志位计数器K大于或者等于3，则启动被动离网，并以θ_N-2为初始相位，以U_N-2为初始电压有效值，进行定电压定功率V/F控制，同时进行步骤（6）。

其中，所述负荷采用电阻可调负载；所述分布式电源包括光伏并网逆变器和直流源；所述储能系统包括依次连接的能量转换系统和电池；所述能量转换系统包括储能变流器。

其中，所述储能系统的运行模式包括并网模式、离网模式、同期并网模式和被动离网模式；所述同期并网指的是离网模式转换至并网模式；所述被动离网指的是并网模式转换至离网模式。

其中，在并网模式下，采用有功功率和无功功率控制，即P-Q控制；该模式下，储能系统根据电网需求进行有功、无功控制。

其中，在离网模式下，采取定电压和定频率控制略，即V/F控制。

与现有技术比，本发明达到的有益效果是：

本发明提供的采用储能变流器实现被动离网无缝切换控制方法，能量转换系统PCS的储能变流器处于待机或者充放电状态时，通过快速间断主网与微网之间断电时刻，采用被动离网无缝切换控制方法，实现微网由并网转向离网独立运行无缝切换，确保微网内电压、频率连续稳定不间断供电，提高了微网内负荷供电可靠性。

附图说明

图1是含分布式电源微网系统结构图；

图2是能量转换系统PCS并网控制框图；

图3是本发明提供的能量转换系统PCS离网控制框图；

图4是本发明提供的微电网实验结构图；

图5是本发明提供的并网80kW被动离网带负载实验波形图；

图6是本发明提供的采用储能变流器实现被动离网无缝切换控制方法流程图。

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。

含分布式电源的微网系统结构如图1，微网系统配电网380V母线，经过并网开关QF1与储能系统、新能源、负荷构成。新能源包括风电、光伏系统。

当电网断电时，跳开并网开关QF1，储能系统进行V/F控制对负荷供电，风电、光伏按照并网工况对微电网进行功率输送；当电网供电时，合上并网开关QF1，储能系统、风电、光伏系统均按照并网控制运行。为保证负荷在微网运行工况切换时不间断供电，需要进行被动离网无缝切换控制，确保微网内负荷不间断供电。

微网系统中，储能系统工况分为并网模式、离网模式、同期并网（离网模式转换至并网模式）、被动离网（并网模式转换至离网模式）；

并网模式下，采用有功功率和无功功率控制（即P-Q控制）。该模式下，储能系统主要根据电网需求进行有功、无功控制，其控制框图如图2。P_ref和Q_ref：分别表示有功、无功功率指令；P、Q：分别表示实测有功、无功功率；idref、iqref：分别表示有功电流、无功电流给定；id、iq：同步坐标系下有功、无功电流；ud和uq：分别表示同步坐标系下的电压直周、交轴分量；θ：同步坐标系直轴与静止坐标系之间夹角；dq/αβ：同步坐标转换静止坐标系模块；SVPWM：脉冲生成模块。

离网模式下，储能系统独立给负荷供电或储能系统在微网中作主电源运行时，要为负荷提供电压和频率支撑，维持供电点电压和频率的稳定，采取定电压和定频率控制策略（V/F控制），控制框图如图3所示。Uref：电压有效值指令；Ua、Ub、Uc：分别表示实测A、B、C三相电压有效值；F：频率指令值；SPWM：脉冲生成模块。

本发明提供的一种采用储能变流器实现被动离网无缝切换控制方法，该方法用的系统为微电网系统，如图4所示，包括380V母线、并网开关QF1、开关QF2、QF3、QF4和QF5、储能系统、分布式电源以及负荷；并网开关QF1接入电网；所述并网开关QF1通过380V母线分别与开关QF2、QF3、QF4以及QF5连接；所述开关QF2与电机连接；所述开关QF3与负荷连接；所述开关QF4与分布式电源连接；所述开关QF5与储能系统连接。

负荷采用电阻可调负载；分布式电源包括光伏并网逆变器和直流源；所述储能系统包括依次连接的能量转换系统和电池；能量转换系统包括储能变流器。

被动离网无缝切换控制策略：储能变流器处于并网状态时，通过检测图1中Vm点电压，当电压连续3个采样点与上一个周波电压对应采样点发生电压跌落或者上升15%时，即认为主网与微网断开或者主网故障，能量转换系统PCS自动切换到离网控制模式，同时，开出接点跳开主网开关QF1实现被动离网。

本发明提供的采用储能变流器实现被动离网无缝切换控制方法流程图如图6所示，具体包括如下步骤：

第一步，确定能量转换系统PCS处于并网状态；

第二步，记录第N次三相线电压采样值；

第三步，求解第N次采样的网侧三相线电压与第N-M次（M为一个周波内采样次数）采样点之间差值；

第四步，如果三相中任一相差值大于额定线电压最大值的15%，则记录当前电网相位值θ_N与电压有效值U_N，同时计数器K加1；如果任一相差值小于额定线电压最大值的15%，计数器K清零；

第五步，如果计数器K小于3，循环至第二步；

第六步，如果计数器K大于或者等于3，被动离网标志位置位；启动被动离网程序，并以θ_N-2为初始相位，以U_N-2为初始电压有效值，进行定电压和定频率V/F控制，同时能量转换系统PCS进入离网状态。

图5为能量转换系统PCS处于并网80kW充电转态时，主网开关断开，能量转换系统PCS自动转入离网运行，微网负载包括光伏20kW、5kW电机、35kW电阻负载（波形1：A相电流波形，波形2：A相线电压波形）。

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范围当中。

Claims

1.一种采用储能变流器实现被动离网无缝切换控制方法，所述方法用的系统为微电网系统，包括380V母线、并网开关QF1、开关QF2、QF3、QF4和QF5、储能系统、分布式电源以及负荷；

其特征在于，所述方法包括下述步骤：

（1）确定储能系统的能量转换系统PCS处于并网状态；

（2）记录第N次电网三相线电压采样值；N为自然数；

（3）确定第N次电网三相线电压采样值与第N-M次电网三相线电压采样值之间差值；

（5）当计数器K大于或者等于3，被动离网标志位置位；

2.如权利要求1所述的采用储能变流器实现被动离网无缝切换控制方法，其特征在于，所述步骤（4）中，若差值大于额定线电压最大值的15%，则记录当前电网相位值θN与电压有效值UN，同时被动离网标志位计数器K加1；若差值小于额定线电压最大值的15%，则被动离网标志位计数器K清零。

3.如权利要求1所述的采用储能变流器实现被动离网无缝切换控制方法，其特征在于，所述步骤（5）中，若被动离网标志位计数器K小于3，则返回步骤（2）；若被动离网标志位计数器K大于或者等于3，则启动被动离网，并以θN_-2为初始相位，以U_N-2为初始电压有效值，进行定电压定功率V/F控制，同时进行步骤（6）。

4.如权利要求1所述的采用储能变流器实现被动离网无缝切换控制方法，其特征在于，所述负荷采用电阻可调负载；所述分布式电源包括光伏并网逆变器和直流源；所述储能系统包括依次连接的能量转换系统和电池；所述能量转换系统包括储能变流器。

5.如权利要求1所述的采用储能变流器实现被动离网无缝切换控制方法，其特征在于，所述储能系统的运行模式包括并网模式、离网模式、同期并网模式和被动离网模式；所述同期并网指的是离网模式转换至并网模式；所述被动离网指的是并网模式转换至离网模式。

6.如权利要求5所述的采用储能变流器实现被动离网无缝切换控制方法，其特征在于，在并网模式下，采用有功功率和无功功率控制，即P-Q控制；该模式下，储能系统根据电网需求进行有功、无功控制。

7.如权利要求5所述的采用储能变流器实现被动离网无缝切换控制方法，其特征在于，在离网模式下，采取定电压和定频率控制略，即V/F控制。