CN103997058A - 一种风光储微电网系统的控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种风光储微电网系统的控制方法，该方法可以使风光储微电网系统在并网模式与孤岛模式之间进行切换，在大电网发生故障时，将风光储微电网系统自动切换为孤岛运行模式；当大电网修复时，再将风光储微电网系统自动切换为并网运行模式，当风光储微电网系统处于并网模式时，针对当前实施的峰谷电价进行优化控制，及通过对储能设备的控制获得风光储微电网系统的最佳经济运行状态，且可以较好的保证风光储微电网系统的安全性及接入风光储微电网系统的负荷的正常运行。
Description
技术领域
本发明属于电气工程技术领域，具体涉及一种风光储微电网系统的控制方法。
背景技术
随着可再生能源及分布式发电技术的发展，目前基于可再生能源的分布式发电系统的应用也越来越广泛，分布式发电系统主要以微电网的形式与大电网互补为微电网中的负荷提供合格的电能并提高系统供电的可靠性。微电网是由分布式电源单元、负荷、电力电子变流装置、监控系统等组成的系统，其相对于大电网表现为一个整体。风光储微电网系统是当前电力领域的热点研究方向，也是国家大力支持的新能源项目，所以，对风光储发电系统的协调调度控制的研究具有重要的现实意义。
目前现有的专利仅针对某个风光储微电网系统进行控制并未考虑系统中遇到故障或者并网运行突然变为离网运行等特殊情况进行控制研究，对于电网而言，随着微电网系统的发电功率越来越大，其对电网的影响也逐渐增大，对于微网发电系统的指标要求不能仅仅局限于电压、电流、功率因数、谐波、闪变、短路能力等传统的规定，还必须将其纳入整体电网的潮流中来考察和管理，并对孤岛问题进行调度管理，以提高清洁能源的利用率以及实现电网接纳微网系统的安全经济运行。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种风光储微电网系统的控制方法。
本发明的技术方案：
一种风光储微电网系统的控制方法，包括如下步骤：
步骤1：利用孤岛检测方法确定风光储微电网系统的运行模式，若风光储微电网系统的运行模式为并网模式，则执行步骤2，若风光储微电网系统的运行模式为孤岛模式，则执行步骤5；
步骤2：实时对大电网母线电压进行检测并判断大电网母线是否失压，是，则执行步骤3，否，则执行步骤4；
步骤3：令风光储微电网系统与大电网之间断开连接，并令储能设备以恒压恒频模式放电，并执行步骤5；
步骤4：风光储微电网系统运行在并网模式，对风光储微电网系统的并网运行过程进行控制，其控制方法为：
步骤4.1：确定并网模式时是否采用峰谷电价运行模式，是，则执行步骤4.2，否，则执行步骤4.7；
步骤4.2：确定风机发电和光伏发电的装机容量以及接入风光储微电网系统的负荷大小和性质，并判断风机发电的实时功率和光伏发电的实时功率之和是否大于接入风光储微电网系统的负荷所需的实时功率，是，则执行步骤4.3，否，则执行步骤4.5；
步骤4.3：通过BMS电池管理系统判断储能设备是否储能完毕，是，则风机发电设备和光伏发电设备为接入风光储微电网系统的负荷供电，并且将多余电量上网，否，则执行步骤4.4；
步骤4.4：确定用电峰谷平时间标准，并根据用电峰谷平时间标准判断当前用电时间所属用电时段，若当前用电时间属于谷电价时段和平电价时段，则风机发电设备和光伏发电设备为接入风光储微电网系统的负荷供电，并且多余电量对储能设备进行充电，若当前用电时间属于峰电价时段，则风机发电设备和光伏发电设备为接入风光储微电网系统的负荷供电，并且将多余电量上网；
步骤4.5：根据用电峰谷平时间标准，判断当前用电时间所属用电时段，若当前用电时间属于谷电价时段和平电价时段，则由风机发电设备、光伏发电设备和大电网共同为接入风光储微电网系统的负荷供电，若当前用电时间属于峰电价时段，则执行步骤4.6；
步骤4.6：判断风光储微电网系统的实时功率之和是否大于接入风光储微电网系统的负荷所需的实时功率，是，由风光储微电网系统为接入风光储微电网系统的负荷供电，否，则由风光储微电网系统和大电网同时为接入风光储微电网系统的负荷供电；
步骤4.7：判断风机发电的实时功率和光伏发电的实时功率之和是否大于接入风光储微电网系统的负荷所需的实时功率，是，则执行步骤4.8，否，则执行步骤4.9；
步骤4.8：通过BMS电池管理系统判断储能设备是否储能完毕，是，则风机发电设备和光伏发电设备为接入风光储微电网系统的负荷供电，且将多余电量上网，否，则风机发电设备和光伏发电设备为接入风光储微电网系统的负荷供电，且多余电量对储能设备进行充电；
步骤4.9：判断风光储微电网系统的实时功率之和是否大于接入风光储微电网系统的负荷所需的实时功率，是，由风光储微电网系统为接入风光储微电网系统的负荷供电，否，则由风光储微电网系统和大电网同时为接入风光储微电网系统的负荷供电；
步骤5：风光储微电网系统运行在孤岛模式，对风光储微电网系统的孤岛运行过程进行控制，其控制方法为：
步骤5.1：判断风机发电的实时功率和光伏发电的实时功率之和是否大于接入风光储微电网系统的负荷所需的实时功率，是，则执行步骤5.2，否，则执行步骤5.3；
步骤5.2：通过BMS电池管理系统判断储能设备是否储能完毕，是，则由风机发电设备和光伏发电设备为接入风光储微电网系统的负荷供电，否，则由风机发电设备和光伏发电设备为接入风光储微电网系统的负荷供电，同时为储能设备充电；
步骤5.3：判断风光储微电网系统的实时功率之和是否大于接入风光储微电网系统的负荷所需的实时功率，是，则由风光储微电网系统为接入风光储微电网系统的负荷供电，否，则执行步骤5.4；
步骤5.4：根据普通负荷所需实时功率、次重要负荷所需实时功率和重要负荷所需实时功率，按照先切除部分或全部普通负荷、再切除部分或全部次重要负荷及最后切除部分重要负荷的顺序进行负荷切除处理，直至风光储微电网系统大于接入风光储微电网系统的负荷在切除负荷后所需的实时功率，使得供需平衡；
步骤6：实时对大电网母线电压进行检测，判断大电网母线电压是否恢复，是，则令风光储微电网系统接入大电网，执行步骤4，否，则保持风光储微电网系统与大电网之间断开连接，执行步骤5。
有益效果：本发明提出的控制方法为风光储微电网系统运行在并网模式时以峰谷电价运行进行控制以及孤岛运行模式下的监控，且在市电故障时能够自主切换，可以实现就地协调控制；也可以实现远程接入控制，通过风光储微电网系统的远程监控和管理，可实现风光储微电网系统在无人或少人值班情况下运行；峰谷电价的运行控制方法可以使风光储微电网系统的经济效益达到最优，同时使风光储微电网系统的安全性及接入风光储微电网系统的负荷的正常运行也能有较好的保证。
附图说明
图1为本发明一种实施方式的风光储微电网的控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一种实施方式作详细说明。
本实施方式针对的风光储微电网系统，风机发电的装机容量为40kW，光伏发电的装机容量为490kW，储能设备的装机容量为520kW·h，接入风光储微电网系统的负荷容量为231kW，其中重要负荷35kW，次重要负荷66kW，普通负荷130kW，本实施方式的风光储微电网系统采用S7-300PLC进行控制；本实施方式中用于检测风机发电设备的实时功率的功率采集仪表、光伏发电设备的实时功率的功率采集仪表和储能设备的实时功率的功率采集仪表均采用型号为PZ200E-S1的单相多功能电力仪表。
本实施方式的风光储微电网的控制方法，如图1所示，包括如下步骤：
步骤S1：利用孤岛检测方法确定风光储微电网系统的运行模式，若风光储微电网系统的运行模式为并网模式，则执行步骤S2，若风光储微电网系统的运行模式为孤岛模式，则执行步骤S9；
本实施方式采用基于过/欠电压孤岛检测方法，高/低频孤岛检测方法与电流注入式孤岛检测方法相结合的孤岛检测方法对本实施方式的风光储微电网系统所处运行状态进行判断，具体方法如下：
S7-300PLC首先通过检测风光储微电网系统与大电网的公共耦合点(PCC)处电压的变化和频率的变化来判断是否有孤岛现象发生，为避免过/欠电压孤岛检测方法和高/低频孤岛检测方法在接入风光储微电网系统的负荷达到功率平衡时，大电网断电后风光储微电网系统逆变器输出不变的缺陷，本实施方式结合采用电流注入式孤岛检测方法，即向风光储微电网系统中并网逆变器控制系统的电流控制环节注入一个电流扰动信号，这个电流扰动信号是低频且幅值非常小的一个正弦信号。当风光储微电网系统运行在孤岛模式时，注入的电流扰动信号改变了PCC点处的电压幅值，并使得PCC点处的频率发生偏移；当风光储微电网系统运行在并网模式正常工作时，S7-300PLC测不到这些扰动，一旦大电网断电，加入的电流扰动信号通过正反馈快速进行累积使微电网中母线电压、频率或相位超出允许的阈值范围，从而检测出孤岛现象的发生。
本实施方式中向风光储微电网系统中并网逆变器控制系统的电流控制环节注入一个幅值为0.02安培的正弦电流扰动信号，S7-300PLC未检测到PCC点处电信号的变化，从而确定本实施方式的风光储微电网系统处于并网状态，则执行步骤S2。
步骤S2：实时对大电网母线电压进行检测并判断大电网母线是否失压，是，则执行步骤S3，否，则执行步骤S6；
本实施方式中S7-300PLC于上午8时02分35秒对大电网母线电压进行检测以判断大电网母线是否失压，测得大电网母线电压为0V，即大电网母线失压，则执行步骤S3；
步骤S3：S7-300PLC令风光储微电网系统与大电网之间断开连接，并令储能设备以恒压恒频模式放电；
若风光储微电网系统中的所有光伏变流器和风机变流器均检测到并网母线电压或者频率超出正常范围后，断开与大电网的连接；储能设备进入待机状态；S7-300PLC在检测到风光储微电网系统低压母线失压后，断开风光储微电网系统与大电网之间的联络开关，并向储能设备下达模式转换指令，储能设备并网逆变器进入恒压恒频控制模式；
步骤S4：S7-300PLC于上午8时02分40秒对大电网母线电压进行检测，以判断大电网母线电压是否恢复，测得大电网母线电压为395V，即大电网母线电压恢复正常，S7-300PLC判定此次大电网母线失压为短时失压；
步骤S5：S7-300PLC令储能设备进入待机状态，风光储微电网系统中光伏发电设备和风机发电设备退出运行，闭合风光储微电网系统与大电网的联络开关，储能设备、风光储微电网系统中的所有光伏变流器和风机变流器在检测到母线电压正常后重新并网运行，并执行步骤S6；
步骤S6：风光储微电网系统运行在并网模式，对风光储微电网系统的并网运行过程进行控制，其控制过程为：
步骤S6.1：本实施方式通过上位机，设定本实施方式的风光储微电网系统运行于并网模式时采用峰谷电价运行模式，则执行步骤S6.2；
本实施方式的用电峰谷平时间标准如表1所示。
表1日用电峰谷平时间段
步骤S6.2：本实施方式中S7-300PLC判定上午8时03分属于平电价时段，接入风光储微电网系统的用电负荷的供电支路上装设有PZ200E-S1的单相多功能电力仪表，其检测出接入风光储微电网系统的用电负荷的实时用电功率为193kW，连接在风机发电设备上的PZ200E-S1单相多功能电力仪表检测出风机发电设备的实时发电功率为29kW，连接在光伏发电设备上的PZ200E-S1单相多功能电力仪表检测出光伏发电设备的实时发电功率为260kW，因此，风机发电的实时发电功率和光伏发电的实时发电功率之和为289kW，大于接入风光储微电网系统的负荷所需的实时功率193kW，且此时由BMS电池管理系统判断储能设备储能电量为505kW·h，即储能完毕，S7-300PLC判定风机发电设备和光伏发电设备为负载供电，并且将多余电量输送给大电网；
步骤S6.3：上午8时31分，S7-300PLC判定此时刻属于峰电价时段，连接在风机发电设备上的PZ200E-S1单相多功能电力仪表检测出风机发电的实时发电功率为25kW，连接在光伏发电设备上的PZ200E-S1单相多功能电力仪表检测出光伏发电的实时发电功率为310kW，因此，风机发电的实时发电功率和光伏发电的实时发电功率之和为335kW，大于接入风光储微电网系统的负荷所需的实时功率220kW，且此时由BMS电池管理系统判断储能设备储能电量为505kW·h，即储能完毕，S7-300PLC判定风机发电设备和光伏发电设备为负载供电，并且将多余电量输送给大电网；
步骤S7：S7-300PLC于上午10时05分12秒对大电网母线电压进行检测时测得大电网母线电压为0V，即大电网母线失压，风光储微电网系统中的所有光伏变流器和风机变流器检测到并网母线电压失压后，断开与大电网的连接，储能设备进入待机状态；S7-300PLC在检测到风光储微电网系统低压母线失压后，断开风光储微电网系统与大电网之间的联络开关，并向储能设备下达模式转换指令，储能设备并网逆变器进入恒压恒频供电模式运行；
步骤S8：S7-300PLC于上午10时05分30秒对大电网母线电压进行检测以判断大电网母线电压是否恢复，测得大电网母线电压仍为0V，S7-300PLC于上午10时06分50秒对大电网母线电压进行检测测得大电网母线电压仍为0V，判定此次失压为大电网母线停电，风光储微电网系统进入孤岛模式运行，执行步骤S9；
步骤S9：风光储微电网系统运行在孤岛模式，对风光储微电网系统的孤岛运行过程进行控制；其控制方法为：
步骤S9.1：上午10时07分，连接在风机发电设备上的PZ200E-S1单相多功能电力仪表检测出风机发电的的实时功率为21kW，连接在光伏发电设备上的PZ200E-S1单相多功能电力仪表检测出光伏发电的实时发电功率为350kW，因此，风机发电的实时发电功率和光伏发电的实时发电功率之和为371kW，大于接入风光储微电网系统的负荷所需的实时功率227kW，则执行步骤S9.2；
步骤S9.2：由BMS电池管理系统判断储能设备储能电量为505kW·h，即储能完毕，S7-300PLC判定风机发电设备和光伏发电设备为负载供电，并切除100kW光伏发电机组，以保证系统功率平衡，风光储微电网系统在孤岛模式正常运行；
步骤S10：S7-300PLC于上午10时40分对大电网母线电压进行检测以判断大电网母线电压是否恢复，测得大电网母线电压为401V，即大电网母线电压恢复正常；
步骤S11：S7-300PLC于上午10时41分再次对大电网母线电压进行检测，测得大电网母线电压为397V，S7-300PLC判定此次大电网停电事故恢复正常；
步骤S12：S7-300PLC下指令使储能系统进入待机状态，风光储微电网系统中的光伏发电设备、风机发电设备退出运行，闭合风光储微电网系统与大电网的联络开关，储能系统、风光储微电网系统中的所有光伏变流器和风机变流器在检测到母线电压正常后重新并网运行；
步骤S13：上午10时42分，S7-300PLC判定此时刻属于峰电价时段，连接在风机发电设备上的PZ200E-S1单相多功能电力仪表检测出风机发电的的实时功率为20kW，连接在光伏发电设备上的PZ200E-S1单相多功能电力仪表检测出光伏发电的实时发电功率为352kW，因此，风机发电的实时发电功率和光伏发电的实时发电功率之和为372kW，大于接入风光储微电网系统的负荷所需的实时功率229kW，由BMS电池管理系统判断储能设备储能电量为505kW·h，即储能完毕，S7-300PLC判定风机发电设备和光伏发电设备为负载供电，并且将多余电量输送给大电网。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域内熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和本质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。
Claims (3)
1.一种风光储微电网系统的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：利用孤岛检测方法确定风光储微电网系统的运行模式，若风光储微电网系统的运行模式为并网模式，则执行步骤2，若风光储微电网系统的运行模式为孤岛模式，则执行步骤5；
步骤2：实时对大电网母线电压进行检测并判断大电网母线是否失压，是，则执行步骤3，否，则执行步骤4；
步骤3：令风光储微电网系统与大电网之间断开连接，并令储能设备以恒压恒频模式放电，并执行步骤5；
步骤4：风光储微电网系统运行在并网模式，对风光储微电网系统的并网运行过程进行控制；
步骤5：风光储微电网系统运行在孤岛模式，对风光储微电网系统的孤岛运行过程进行控制；
步骤6：实时对大电网母线电压进行检测，判断大电网母线电压是否恢复，是，则令风光储微电网系统接入大电网，执行步骤4，否，则保持风光储微电网系统与大电网之间断开连接，执行步骤5。
2.根据权利要求1所述的风光储微电网系统的控制方法，其特征在于：步骤4的控制方法，包括如下步骤：
步骤4.1：确定并网模式时是否采用峰谷电价运行模式，是，则执行步骤4.2，否，则执行步骤4.7；
步骤4.2：确定风机发电和光伏发电的装机容量以及接入风光储微电网系统的负荷大小和性质，并判断风机发电的实时功率和光伏发电的实时功率之和是否大于接入风光储微电网系统的负荷所需的实时功率，是，则执行步骤4.3，否，则执行步骤4.5；
步骤4.3：通过BMS电池管理系统判断储能设备是否储能完毕，是，则风机发电设备和光伏发电设备为接入风光储微电网系统的负荷供电，并且将多余电量上网，否，则执行步骤4.4；
步骤4.4：确定用电峰谷平时间标准，并根据用电峰谷平时间标准判断当前用电时间所属用电时段，若当前用电时间属于谷电价时段和平电价时段，则风机发电设备和光伏发电设备为接入风光储微电网系统的负荷供电，并且多余电量对储能设备进行充电，若当前用电时间属于峰电价时段，则风机发电设备和光伏发电设备为接入风光储微电网系统的负荷供电，并且将多余电量上网；
步骤4.5：根据用电峰谷平时间标准，判断当前用电时间所属用电时段，若当前用电时间属于谷电价时段和平电价时段，则由风机发电设备、光伏发电设备和大电网共同为接入风光储微电网系统的负荷供电，若当前用电时间属于峰电价时段，则执行步骤4.6；
步骤4.6：判断风光储微电网系统的实时功率之和是否大于接入风光储微电网系统的负荷所需的实时功率，是，由风光储微电网系统为接入风光储微电网系统的负荷供电，否，则由风光储微电网系统和大电网同时为接入风光储微电网系统的负荷供电；
步骤4.7：判断风机发电的实时功率和光伏发电的实时功率之和是否大于接入风光储微电网系统的负荷所需的实时功率，是，则执行步骤4.8，否，则执行步骤4.9；
步骤4.8：通过BMS电池管理系统判断储能设备是否储能完毕，是，则风机发电设备和光伏发电设备为接入风光储微电网系统的负荷供电，且将多余电量上网，否，则风机发电设备和光伏发电设备为接入风光储微电网系统的负荷供电，且多余电量对储能设备进行充电；
步骤4.9：判断风光储微电网系统的实时功率之和是否大于接入风光储微电网系统的负荷所需的实时功率，是，由风光储微电网系统为接入风光储微电网系统的负荷供电，否，则由风光储微电网系统和大电网同时为接入风光储微电网系统的负荷供电。
3.根据权利要求1所述的风光储微电网系统的控制方法，其特征在于：步骤5的控制方法，包括如下步骤：
步骤5.1：判断风机发电的实时功率和光伏发电的实时功率之和是否大于接入风光储微电网系统的负荷所需的实时功率，是，则执行步骤5.2，否，则执行步骤5.3；
步骤5.2：通过BMS电池管理系统判断储能设备是否储能完毕，是，则由风机发电设备和光伏发电设备为接入风光储微电网系统的负荷供电，否，则由风机发电设备和光伏发电设备为接入风光储微电网系统的负荷供电，同时为储能设备充电；
步骤5.3：判断风光储微电网系统的实时功率之和是否大于接入风光储微电网系统的负荷所需的实时功率，是，则由风光储微电网系统为接入风光储微电网系统的负荷供电，否，则执行步骤5.4；
步骤5.4：根据普通负荷所需实时功率、次重要负荷所需实时功率和重要负荷所需实时功率，按照先切除部分或全部普通负荷、再切除部分或全部次重要负荷及最后切除部分重要负荷的顺序进行负荷切除处理，直至风光储微电网系统大于接入风光储微电网系统的负荷在切除负荷后所需的实时功率，使得供需平衡。
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