CN103683322A - 一种微网的离网控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微网的离网控制方法，该方法在Ppcs>20kW时，先遍历5个小光伏电源，再遍历5个小光伏电源的两两组合，切除超过一定功率范围的小光伏，然后遍历3个大光伏电源，最后再遍历3个大光伏电源的两两组合，并切除超过一定功率范围的大光伏；同时，在Ppcs<-20kW时，将全部光伏都投上，切除超过一定功率范围的负荷。该方法通过调节网内可再生能源的大小，必要时通过切除网内负荷，保证PCS功率在合适的工作范围之内。解决了微网孤网频率和电压控制难度大，影响微网运行可靠性和安全性的问题。

Description

一种微网的离网控制方法
技术领域
本发明涉及微网技术领域，具体涉及一种微网的离网控制方法。
背景技术
微网是由分布式电源、能源转换装置、负荷、监控和保护装置等汇集而成的小型电力系统。微网既可以与大型电力网并联运行，也可以独立地为当地负荷提供电力需求。微网既可并网运行，又可以离网运行，大大提高了负荷侧的供电可靠性。通过微网接入电网，可以实现微网内部波动的平抑消纳，减少分布式电源接入电网的影响，另外通过分布式电源和分布式储能的优化组合运行，可以提高分布式电源的消纳能力，因此微网已经成为充分利用分布式发电的较好形式之一。
当大电网故障或其电能质量无法满足微网内部负荷要求时，微网将与之断开进入孤网运行模式。微网的孤网运行能提高供电可靠性并保障对重要负荷的持续供电。由于孤网运行时缺乏大电网的支撑，且微网采用大量电力电子设备作为接口，系统惯性较小或无惯性，另外可再生能源发电型微电源出力间歇性和波动性及负载的多变性等因素使得微电网的孤网频率和电压控制具有一定的难度，此时需要有灵活的控制策略维持其稳定运行，并使频率和电压在合理的运行范围之内。
基于PWM技术的电压源型逆变器—能量转换系统（power conversionsystem,PCS），作为微网内的主电源，承担了微网在孤岛运行模式下维持电网频率和电压的作用。受额定功率限制，PCS存在一个合适的工作范围，如果PCS功率超过该工作范围，就很有可能失去维持网内电能质量的作用，导致整个微网的崩溃。离网控制的目标，就是通过调节网内可再生能源的大小，必要时通过切除网内负荷，保证PCS功率在合适的工作范围之内。
目前，微网在离网运行时，还没有很好的控制策略以保证PCS功率在合适的工作范围之内，由于电网规模较大，一旦出现故障，影响面很大，容易由局部故障而影响全局，乃至发生恶性连锁反应，造成灾难性的严重后果。
发明内容
本发明的目的是提供一种微网的离网控制方法，保证储能管理系统功率在合适的工作范围之内，使微网能够稳定可靠的运行，用以解决微网孤网频率和电压控制难度大，影响微网运行可靠性和安全性的问题。
为实现上述目的，本发明的方案是：一种微网的离网控制方法，该微网是一个含有小型风力发电机、多种光伏发电系统、储能系统的综合性微网，多种光伏发电系统包括至少5个小光伏电源和3个大光伏电源，该方法包括如下步骤：
（1）当储能管理系统的功率大于功率预设值的上限时，则认为电池的充电功率过大，计算需要切除的光伏功率，储能管理系统的功率为储能管理系统的功率减去功率的预设值；
（2）遍历5个小光伏电源，如果有小光伏电源功率大于需要切除的光伏功率，则切除该小光伏电源；如果没有小光伏电源功率大于需要切除的光伏功率，则遍历5个小光伏电源的两两组合；
（2）如果有小光伏电源组合的功率之和大于需要切除的光伏功率，则切除这个小光伏电源组合；如果没有小光伏电源组合的功率之和大于需要切除的光伏功率，则遍历3个大光伏电源；
（4）如果有大光伏电源的功率大于需要切除的光伏功率，则切除该大光伏电源，否则遍历3个大光伏电源的两两组合；
（5）如果有大光伏电源组合的功率之和大于需要切除的光伏功率，则切除该大光伏电源组合，如果没有，则此次离网控制结束；
（6）当储能管理系统的功率小于功率预设值的下限时，则认为电池的放电功率过大，此时将全部光伏都投上，如果电池的放电功率仍然超过功率预设值的上限，则计算需要切除的负荷功率，需要切除的负荷等于储能管理系统的功率加上功率预设值的上限；
（7）通过设定好的负载柜档位，遥控负载柜使其功率小于负载柜当前的功率减去需要切除的负荷功率，此次离网控制结束。
该方法具有黑启动的功能，具体的实现方法是：当检测到储能系统变流器上送的交流过流动作信号，附加储能管理系统的非运行状态判据，就会判断储能系统变流器由于充放电功率过大而跳机，此时，进入黑启动策略。
黑启动策略的遥控动作顺序为：先切除3个大光伏电源，再调节负荷至5kW，最后离网启动储能系统。
所述功率预设值的上限值为20KW，所述功率预设值的下限值为-20KW。
储能控制系统功率的范围为20～30KW。
当微网内的负荷突增或者光伏出力骤降，使储能控制系统功率超过30kW，则储能控制系统会由保护退出。
本发明达到的有益效果：本发明在Ppcs>20kW时，先遍历5个小光伏电源，再遍历5个小光伏电源的两两组合，切除超过一定功率范围的小光伏，然后遍历3个大光伏电源，最后再遍历3个大光伏电源的两两组合，并切除超过一定功率范围的大光伏；同时，在Ppcs<-20kW时，将全部光伏都投上，切除超过一定功率范围的负荷。该方法通过调节网内可再生能源的大小，必要时通过切除网内负荷，保证PCS功率在合适的工作范围之内。
本发明还设有黑启动功能，在大电网故障时，能够通过具有自启动能力机组，带动无启动能力的机组，逐步扩大系统的恢复范围，最终实现整个系统的恢复，能够最大限度地、快速而有序地恢复系统，最大限度地减少损失，避免了因电网的局部故障而导致恶性连锁反应，造成严重后果。
附图说明
图1是本发明微网的结构原理图；
图2是本发明离网控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
本发明微网的离网控制方法的具体包括如下步骤：
（1）当储能管理系统的功率大于功率预设值的上限时，则认为电池的充电功率过大，计算需要切除的光伏功率，储能管理系统的功率为储能管理系统的功率减去功率的预设值；
（2）遍历5个小光伏电源，如果有小光伏电源功率大于需要切除的光伏功率，则切除该小光伏电源；如果没有小光伏电源功率大于需要切除的光伏功率，则遍历5个小光伏电源的两两组合；
（2）如果有小光伏电源组合的功率之和大于需要切除的光伏功率，则切除这个小光伏电源组合；如果没有小光伏电源组合的功率之和大于需要切除的光伏功率，则遍历3个大光伏电源；
（4）如果有大光伏电源的功率大于需要切除的光伏功率，则切除该大光伏电源，否则遍历3个大光伏电源的两两组合；
（5）如果有大光伏电源组合的功率之和大于需要切除的光伏功率，则切除该大光伏电源组合，如果没有，则此次离网控制结束；
（6）当储能管理系统的功率小于功率预设值的下限时，则认为电池的放电功率过大，此时将全部光伏都投上，如果电池的放电功率仍然超过功率预设值的上限，则计算需要切除的负荷功率，需要切除的负荷等于储能管理系统的功率加上功率预设值的上限；
（7）通过设定好的负载柜档位，遥控负载柜使其功率小于负载柜当前的功率减去需要切除的负荷功率，此次离网控制结束。
本实施例的微网是一个含有小型风力发电机、多种光伏发电系统、储能系统的综合性微网，试验母线上连接有可调试验负载，微网采用主从控制策略，本实施例，将储能系统作为主电源，光伏发电系统和风力发电系统作为从电源，试验母线的一端连接有第一母联电缆，主母线的一端连接有第二母联电缆，主母线的另一端通过并网开关并入大电网，试验母线的另一端接入大电网的电源出线端，第一母联电缆和第二母联电缆均通过一个母线开关连接储能系统、光伏发电系统和风力发电系统，光伏发电系统包括单晶硅、多晶硅、单晶双面玻璃、双轴跟踪光伏、薄膜式和聚光式多种形式的太阳能光伏。如图2，该微网的离网控制方法具体包括如下步骤：
（1）当储能管理系统的功率Ppcs>20kW时，则认为电池的充电功率过大，计算需要切除的光伏功率Pdelta1=Ppcs-20，Pdelta1表示需要切除的光伏功率，Ppcs表示储能管理系统的功率；
（2）遍历5个小光伏电源，如果有小光伏电源功率大于Pdelta1，则切除该小光伏电源；如果没有光伏电源功率大于Pdelta1，则遍历5个小光伏电源的两两组合；
（2）如果有小光伏电源组合的功率之和大于Pdelta1，则切除这个小光伏电源组合；如果没有小光伏电源组合的功率之和大于Pdelta1，则遍历3个大光伏电源；
（4）如果有大光伏电源的功率大于Pdelta1，则切除该大光伏电源，否则遍历3个大光伏电源的两两组合；
（5）如果有大光伏电源组合的功率之和大于Pdelta1，则切除该大光伏电源组合，如果没有，则此次离网控制结束；
（6）当储能管理系统的功率Ppcs<-20kW时，则认为电池的放电功率过大，此时将全部光伏都投上，如果电池的放电功率仍然超过20kW，则计算需要切除的负荷大小Pdelta2=Ppcs+20，Pdelta2表示需要切除的负荷；
（7）通过设定好的负载柜档位，遥控负载柜使其功率小于Pload-Pdelta，此次离网控制结束，其中，Pload为负载柜的当前功率。
上述方法中，当Ppcs20时，则判断电池的充电功率过大，计算需要切除的光伏功率Pdelta1=Ppcs-20，动作逻辑为：先遍历5个小光伏，如果有光伏电源功率大于Pdelta，则切除该光伏电源；再以5个小光伏的两两组合为遍历对象，如果两个光伏电源功率之和大于Pdelta1，则切除这两个小光伏电源；再以3个大光伏电源为遍历对象，如果有大光伏电源功率大于Pdelta，则切除该大光伏电源，最后以3个大光伏电源的两两组合为遍历对象，如果两个大光伏电源功率之和大于Pdelta1，则切除这两个大光伏电源。
当Ppcs<-20时，则判断电池的放电功率过大，此时先投上全部光伏，如果电池的放电功率仍然超过20kW，则计算需要切除的负荷大小Pdelta2=Ppcs+20，通过设定好的负载柜档位，遥控负载柜使其功率小于Pload-Pdelta2。
Ppcs的合适的工作范围为20～30KW，当网内的负荷突增或者光伏出力骤降，使Ppcs越过20～30KW范围直接超过30kW，PCS会由保护退出。
现代电力系统，由于电网规模较大，一旦出现故障，影响面也很大，容易由局部故障而影响全局，乃至发生恶性连锁反应，造成灾难性的严重后果。因此，本发明的控制方法设置有黑启动功能，所谓黑启动是指整个系统因故障停运后，系统全部停电，处于全“黑”状态，在无法依靠其它电网送电恢复的条件下，通过启动系统中具有自启动能力机组，带动无启动能力的机组，逐步扩大系统的恢复范围，最终实现整个系统的恢复。
黑启动的主要任务是最大限度地、快速而有序地恢复系统，最大限度地减少损失。本实施例黑启动的具体实现方法是：程序检测到PCS上送的交流过流动作信号，附加PCS的非运行状态判据，就会判断PCS由于充放电功率过大而跳机。此时进入黑启动策略，程序中设定的遥控动作顺序为：先切除3个大光伏电源。再调节负荷至5kW，最后离网启动PCS。
本发明微网在离网运行与并网运行之间进行切换的过程为：
当外部大电网故障时，微网内的分布式电源首先断电，即：对于逆变电源，停止触发脉冲，对于同步发电机，则可以处于备用状态，打开电源与外部大电网连接的接触器；然后断开微网与外部大电网的并网开关，微网内负荷短时停电；当确认微网与外部大电网的并网开关断开后，切换双向逆变器控制模式，重新建立微网的电压和频率，微网独立运行。微网从独立运行切换到并网的判据是检测到外部大电网恢复正常，微网内的主电源首先退出运行，即：触发脉冲关断或者发电机进入旋转备用状态，微网失压，负荷短时断电，其它分布式电源在检测到并网点失压后退出运行，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接入微网400V主母线。微网在离网运行与并网运行之间进行有缝切换的具体实施流程如下：
当外部电网发生故障时，并网母线失压，模式控制器在检测到外部大电网的电压不正常后，微网内所有逆变器自动关断，断开微网与大电网连接的并网开关，当确认微网与外部并网开关断开后，向双向逆变器（储能或直/交逆变器）下达模式转换指令，双向逆变器转入恒压/恒频控制，独立带负载运行，风机逆变器、光伏逆变器在检测到并网母线电压正常后，重新并入微网可调试验负载所连的试验母线运行。
当外部电网恢复正常后，模式控制器在检测到外部大电网电压正常后，首先关断双向逆变器，随后关断风机、光伏逆变器（交流微网情况下），然后闭合微网并网开关，由外部大电网带可调负载运行。所有逆变器在检测到外部大电网的电压恢复正常后，切换到400V主母线运行，此时蓄电池进入并网充电状态。
并网转孤网时，打开并网开关后，先打开所有连接到微网400V主母线的逆变器开关，再合上所有连接到微网400V实验母线的逆变器开关；孤网转并网时，先打开所有连接到微网400V实验母线的逆变器开关，再合上所有连接到微网400V主母线的逆变器开关，最后合上并网开关。
有缝切换不受储能系统双向逆变器工况的影响，只是不同工况下转换的时间不同。双向逆变器待机时模式转换时间在10s左右，双向逆变器停机时模式转换时间在30s左右，这主要是双向逆变器从停机到待机准备的时间比较长。双向逆变器运行时模式转换时间在35s左右。
本发明的方法在Ppcs>20kW时，先遍历5个小光伏电源，再遍历5个小光伏电源的两两组合，切除超过一定功率范围的小光伏，然后遍历3个大光伏电源，最后再遍历3个大光伏电源的两两组合，并切除超过一定功率范围的大光伏；同时，在Ppcs<-20kW时，将全部光伏都投上，切除超过一定功率范围的负荷。该方法通过调节微网内可再生能源的大小，必要时通过切除网内负荷，可以保证PCS功率在合适的工作范围之内。

Claims (6)

1.一种微网的离网控制方法，该微网是一个含有小型风力发电机、多种光伏发电系统、储能系统的综合性微网，多种光伏发电系统包括至少5个小光伏电源和3个大光伏电源，其特征在于：该方法包括如下步骤：
（1）当储能管理系统的功率大于功率预设值的上限时，则认为电池的充电功率过大，计算需要切除的光伏功率，储能管理系统的功率为储能管理系统的功率减去功率的预设值；
（2）遍历5个小光伏电源，如果有小光伏电源功率大于需要切除的光伏功率，则切除该小光伏电源；如果没有小光伏电源功率大于需要切除的光伏功率，则遍历5个小光伏电源的两两组合；
（2）如果有小光伏电源组合的功率之和大于需要切除的光伏功率，则切除这个小光伏电源组合；如果没有小光伏电源组合的功率之和大于需要切除的光伏功率，则遍历3个大光伏电源；
（4）如果有大光伏电源的功率大于需要切除的光伏功率，则切除该大光伏电源，否则遍历3个大光伏电源的两两组合；
（5）如果有大光伏电源组合的功率之和大于需要切除的光伏功率，则切除该大光伏电源组合，如果没有，则此次离网控制结束；
（6）当储能管理系统的功率小于功率预设值的下限时，则认为电池的放电功率过大，此时将全部光伏都投上，如果电池的放电功率仍然超过功率预设值的上限，则计算需要切除的负荷功率，需要切除的负荷等于储能管理系统的功率加上功率预设值的上限；
（7）通过设定好的负载柜档位，遥控负载柜使其功率小于负载柜当前的功率减去需要切除的负荷功率，此次离网控制结束。
2.根据权利要求1所述的微网的离网控制方法，其特征在于该方法具有黑启动的功能，具体的实现方法是：当检测到储能系统变流器上送的交流过流动作信号，附加储能管理系统的非运行状态判据，就会判断储能系统变流器由于充放电功率过大而跳机，此时，进入黑启动策略。
3.根据权利要求2所述的微网的离网控制方法，其特征在于黑启动策略的遥控动作顺序为：先切除3个大光伏电源，再调节负荷至5kW，最后离网启动储能系统。
4.根据权利要求1所述的微网的离网控制方法，其特征在于所述功率预设值的上限值为20KW，所述功率预设值的下限值为-20KW。
5.根据权利要求1所述的微网的离网控制方法，其特征在于储能控制系统功率的范围为20～30KW。
6.根据权利要求4所述的微网的离网控制方法，其特征在于当微网内的负荷突增或者光伏出力骤降，使储能控制系统功率超过30kW，则储能控制系统会由保护退出。
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