CN104022567B - 利用逆变器恢复对交流微电网负荷供电的系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明所述的一种利用逆变器恢复对交流微电网负荷供电的系统及其控制方法，包括交流主网、直流微电网和交流微电网，所述直流微电网通过逆变器与交流微电网相连，所述交流主网的进线端经开关元件一与交流主网的主网母线相连，所述交流微电网中的交流母线经开关元件二与主网母线相连，所述交流微电网包括多个负荷，每个负荷通过至少两个支路开关元件与交流母线相连，所述逆变器通过联络开关元件与至少两个负荷相连。本发明解决了交流微电网内部故障后恢复对负荷供电的难题，同时也有益于最大限度的利用可再生能源所发的电量。

Description

利用逆变器恢复对交流微电网负荷供电的系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及微电网领域，具体涉及一种利用逆变器恢复对交流微电网负荷供电的系统及其控制方法。
背景技术
将分布式发电系统以微电网的形式接入大电网并网运行，与大电网互为支撑，是发挥分布式发电系统效能的最有效方式。微电网是将电源、负荷、储能装置形成一小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与大电网并网运行，也可以孤岛运行。
微电网可以是交流微电网，也可以是直流微电网。交流微电网中的电源、负荷、储能装置相互之间是经过交流线路以及交流变压器相连的，而直流微电网是将直流电源、直流负荷、储能装置相互之间通过直流母线连接在一起。直流微电网通常经逆变器与交流电网相连。
光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。太阳能电池可将太阳的光能变成电能，产生直流电。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵。若太阳能电池与建筑物结合便形成建筑光伏发电系统，以建筑光伏发电系统为主要形式的分布式电源最方便构成高密度光伏发电系统。所谓高密度光伏发电系统，即在地理位置较为接近，太阳辐照及其变化基本一致的某一区域内有多个光伏发电系统。因此，高密度光伏发电系统非常适宜构成直流微电网。
目前有关微电网的相关研究和工程示范多采用交流微电网的方式。当大电网出现故障时，交流微电网可以孤岛运行。显然有了交流微电网使得交流微电网内负荷的供电可靠性得到了提升。但当前技术层面亟待解决的难题是：如何实现交流微电网孤岛运行期间在发生故障时的故障点隔离，以及如何解决隔离后的交流微电网恢复对负荷继续供电的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种利用逆变器恢复对交流微电网负荷供电的方法，该方法能够实现对失电负荷的供电以及脱网逆变器重新并网运行。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
利用逆变器恢复对交流微电网负荷供电的系统，包括交流主网、直流微电网和交流微电网，所述直流微电网通过逆变器与交流微电网相连，所述交流主网的进线端经开关元件一与交流主网的主网母线相连，所述交流微电网中的交流母线经开关元件二与主网母线相连，所述交流微电网包括多个负荷，每个负荷通过至少两个支路开关元件与交流母线相连，所述逆变器通过联络开关元件与至少两个负荷相连。
利用逆变器恢复对交流微电网负荷供电的方法，包括以下步骤：
（1）通过测控装置监测微电网内、外部是否出现故障，若无故障，系统处于正常并网运行状态；
（2）当交流主网出现故障时，断开交流微电网与交流主网母线相连的开关元件，微电网由与主网并网运行转为孤岛运行；
（3）当交流主网恢复正常运行时，通过测控装置调整微电网内部分布式电源的交流输出电压大小及相位，满足并网条件时，闭合交流微电网与交流主网母线相连的开关元件，交流微电网重新并入交流主网运行；
（4）交流微电网内部出现故障时，断开与故障点相连的开关元件，测控装置检测到相应的开关元件处于断开状态后，若交流负荷失电，则先后向接在交流负荷电源输入端的联络开关元件和接在逆变器交流输出端的联络开关元件发出合闸命令，完成逆变器由正常运行状态到特定运行状态的转换，恢复对失电的交流负荷供电；
（5）当微电网内部故障处理完毕后，通过测控装置先断开联络开关元件，后闭合支路开关元件恢复对失电的负荷的供电。
所述步骤（4）中，当微电网内的交流负荷失去电源时，闭合与该负荷相连的联络开关元件，恢复逆变器对该负荷的供电；当逆变器脱网时，则闭合该逆变器与相邻交流负荷之间的联络开关元件，使逆变器更换路径重新并网运行。
所述步骤（1）、（3）、（4）、（5）中所述测控装置能够根据与逆变器交流输出端相连开关元件的断开状态，以及系统的电压情况，向逆变器发出不同运行模式指令。
所述逆变器能够根据测控装置指令进行并网运行模式和孤岛运行模式的正确切换。
本发明的有益效果是：本发明所述的微电网负荷供电系统及其控制方法，无论微电网处并网运行或是孤岛运行时，都能通过测控装置对逆变器交流输出端的联络开关元件和交流微电网内的负荷之间的联络线的开关元件进行投切控制，实现了对失电负荷的供电以及脱网逆变器重新并网。既解决了微电网内部故障后恢复对负荷供电的难题，同时也有益于最大限度利用可再生能源所发的电量。
附图说明
图1为本发明的微电网系统主结线示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
利用逆变器恢复对交流微电网负荷供电的系统，包括交流主网、直流微电网和交流微电网，直流微电网通过逆变器与交流微电网相连，交流主网的进线端经开关元件一QF1与交流主网中的主网母线相连，交流微电网中的交流母线经开关元件二QF2与主网母线相连，交流微电网包括多个负荷，每个负荷通过至少两个支路开关元件与交流母线相连，逆变器通过两个联络开关元件与至少两个负荷相连。
在本实施例中，交流微电网内部的负荷单元有4条负载线路，分别为L5、L6、L7、L8、；其中两条负载线路L5、L6可以和逆变器5相连接，另二条负载线路L7、L8可以和逆变器6相连接。如图1所示，图中AC/DC为逆变器；线路L5通过两台开关元件QF7、QF8将负荷1与电源相连，线路L6通过QF9、QF10及QF11将负荷2与电源相连，逆变器5通过开关元件QF12以及开关元件QF9、QF10与其它交流电源并网运行，逆变器5通过两个开关元件QF14、QF13与负荷1相连，还通过开关元件QF11、QF12与负荷2相连。线路L7通过开关元件QF15、QF16将负荷3与电源相连，线路L8通过开关元件QF17、QF18将负荷4与电源相连，线路L9通过开关元件QF19、QF20与逆变器6相连，逆变器6经开关元件QF21、QF22 、QF23可以分别和负荷3、负荷4相连。直流侧接于直流微电网母线的逆变器5和逆变器6的容量，以及储能元件和其它能够运行的电源容量之和能够满足交流微电网内部交流负荷在一段时间内正常运行的要求。
当交流主网正常运行时，微电网中的开关元件QF2 、QF6 —QF11、QF15—QF19处闭合状态，逆变器5、逆变器6经开关元件QF12与QF20接入交流电网实现并网运行，逆变器5和逆变器6至负荷之间联络线上的开关元件QF13、 QF14 、QF21、 QF22 和QF23处于断开状态。当电力系统发生故障，QF2立刻打开，交流微电网由与主电网并网运行转为孤岛运行。
当交流微电网内部发生故障，若设线路L5短路，保护动作令开关元件QF7、 QF8断开，负荷1失去电源，通过测控装置闭合开关元件QF13、 QF14，此时逆变器5经联络线2恢复了对负荷1的供电；若设线路L9短路，保护动作令开关元件QF19、 QF20断开，逆变器6脱离微电网，通过测控装置闭合开关元件QF22、 QF21，此时逆变器5经过联络线3重新并入微电网；若设线路L6短路，保护动作令开关元件QF9、 QF10断开，此时逆变器5可不间断对负荷2供电。
当交流主网恢复正常运行时，通过测控装置调整微电网内部分布式电源的交流输出电压大小及相位，当满足并网条件时，闭合开关元件二QF2，恢复到微电网并网运行状态；当微电网内部故障处理完毕恢复正常时，通过测控装置采用先断开联络开关元件而后再闭合线路开关元件的方法恢复对失电的负荷供电或恢复逆变器5经线路并入微电网运行。
所述测控装置能够根据与逆变器交流输出端相连开关元件的断开状态，及系统电压的情况，向逆变器发出不同运行模式指令。当检测到逆变器交流输出端任何一台开关元件对侧有电压时，向逆变器发出采用并网运行模式指令，当检测到两台开关元件对侧均无电压时，则向逆变器发出采用孤岛运行模式指令。

Claims (4)

1.一种利用逆变器恢复对交流微电网负荷供电系统的方法，该系统包括交流主网、直流微电网和交流微电网，所述直流微电网通过逆变器与交流微电网相连，所述交流主网的进线端经开关元件一与交流主网母线相连，所述交流微电网中的交流母线经开关元件二与交流主网母线相连，所述交流微电网包括多个交流负荷，每个交流负荷通过至少两个支路开关元件与交流母线相连，所述逆变器通过联络开关元件与至少两个交流负荷相连，其特征在于，包括以下步骤：
（1）通过测控装置监测交流主网和交流微电网内、外部是否出现故障，若无故障，系统处于正常并网运行状态；
（2）当交流主网出现故障时，断开交流微电网与交流主网母线相连的开关元件二，交流微电网由与交流主网并网运行转为孤岛运行；
（3）当交流主网恢复正常运行时，通过测控装置调整交流微电网内部分布式电源的交流输出电压大小及相位，满足并网条件时，闭合交流微电网与交流主网母线相连的开关元件二，交流微电网重新并入交流主网运行；
（4）当交流微电网内部出现故障时，断开与故障点相连的支路开关元件，测控装置检测到相应的支路开关元件处于断开状态后，若交流负荷失电，则先后向接在交流负荷电源输入端的联络开关元件和接在逆变器交流输出端的联络开关元件发出合闸命令，完成逆变器由正常运行状态到孤岛运行状态的转换，恢复对失电的交流负荷供电；
（5）当交流微电网内部故障处理完毕后，通过测控装置先断开联络开关元件，后闭合支路开关元件恢复对失电的交流负荷的供电。
2.根据权利要求1所述的利用逆变器恢复对交流微电网负荷供电系统的方法，其特征在于：所述步骤（4）中，当交流微电网内的交流负荷失去电源时，闭合与该交流负荷相连的联络开关元件，恢复逆变器对该交流负荷的供电；当逆变器脱网时，则闭合该逆变器与相邻交流负荷之间的联络开关元件，使逆变器更换路径重新并网运行。
3. 根据权利要求1所述的利用逆变器恢复对交流微电网负荷供电系统的方法，其特征在于：所述步骤（1）、（3）、（4）、（5）中所述测控装置能够根据与逆变器交流输出端相连联络开关元件的断开状态，以及系统的电压情况，向逆变器发出不同运行模式指令。
4.根据权利要求3所述的利用逆变器恢复对交流微电网负荷供电系统的方法，其特征在于：所述逆变器能够根据测控装置指令进行并网运行模式和孤岛运行模式的正确切换。
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