CN104065104B - 一种基于三相独立调节的微电网快速并网方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于三相独立调节的微电网快速并网方法，包括步骤1：微电网与配电网的并网保护控制器将采集到的配电网侧的三相电压值和并网断路器的状态信号发送到微电网侧的主电源控制器；步骤2：主电源控制器采用PI控制算法分别调整微电网侧每相的有功功率、无功功率和电压参数；步骤3：主电源控制器对配电网侧和微电网侧的电压参数进行实时比较，若比较结果满足电网的同期合闸判断条件，则向并网断路器发送合闸指令。与现有技术相比，本发明提供的一种基于三相独立调节的微电网快速并网方法，通过主电源控制器的快速调节，使配电网侧和微电网侧的三相电压幅值、频率、相位都满足同期并网的条件，保证微电网可靠、平稳的并入大电网。

Description

一种基于三相独立调节的微电网快速并网方法

技术领域

本发明涉及一种微电网并网方法，具体涉及一种基于三相独立调节的微电网快速并网方法。

背景技术

配电网具有固定的单向潮流模式，不需要进行同期并网控制，然而随着分布式发电的大量接入，传统配电网已经改为有源配电网。在有源配电网中，分布电源构成微电网，当微电网重新并入电网时需要同期判断，以防止非同期合闸引起电力设备损坏。

对电网的同期并列包括频率差、电压差和相角差三个要素。在并网过程中出现电压差将导致无功性质的冲击，频率差将导致有功性质的冲击，相角差则同时包含有功性质和无功性质的冲击。电网间同期并列应遵循以下基本原则：

①：并网断路器合闸时，冲击电流应尽可能小；各电网中的发电机组的冲击电流不应超过规定的允许值；

②：两电网并网后，各电网中的发电机组应能迅速进入同步运行状态，暂态过程要短，以减小对电力系统的扰动。

同期控制的微电网区别于大电网的特殊性包括：

①：低压配电网普遍存在三相电压不平衡，因此某一相达到同期标准，不代表三相都在同期标准要求之内；

②：在公共节点(Point of Common Coupling，PCC)上，微电网输出的频率、电压幅值和相位需要满足其相应的指标要求才可以并入系统。

③：微电网运行在独立供电模式下时，微电网系统抗扰动能力弱，尤其电力电子变换器作为主电源时，若经受较大冲击，电力电子变换器的自保护措施将直接导致整个微电网系统失电。

因此，需要提供一种微电网快速并网方法使得微电网的同期控制能够更加快速、准确，以将冲击减到最小，确保微电网内的供电可靠性。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种基于三相独立调节的微电网快速并网方法，所述方法用远程监控系统实时采集并网断路器的状态信号并依据所述状态信号下发并网指令；所述状态信号包括合闸状态和开闸状态；所述方法包括：

步骤1：微电网与配电网的并网保护控制器采集配电网侧的三相电压参数；

步骤2：微电网侧的主电源控制器依据所述三相电压参数调节微电网侧的三相电压参数；以及

步骤3：所述并网保护控制器依据所述配电网侧和微电网侧的三相电压参数进行微电网与配电网的同期合闸判断，若符合同期合闸判断条件，则控制所述并网断路器合闸实现并网。

优选的，所述步骤2中主电源控制器采用PI控制算法调整微电网侧各相的有功功率、无功功率和电压参数；

优选的，所述步骤3中并网保护控制器实时比较配电网侧和微电网侧的三相电压参数，若比较结果满足电网的同期合闸判断条件，则向并网断路器发送合闸指令，从而实现微电网无缝并入配电网；

优选的，所述主电源控制器包括控制模块、开入开出模块、信号采样模块和通信模块；

优选的，所述信号采样模块，用于将配电网侧的三相电压参数和电流信号发送到所述控制模块；

所述控制模块包括FPGA电路和双DSP电路；所述控制模块依据所述三相电压参数和电流信号调整微电网侧的三相电压参数；

所述双DSP电路对配电网侧的三相电压参数、电流信号和微电网侧的三相电压参数进行PI反馈控制计算，得到新的微电网侧的三相电压参数；

所述FPGA电路对所述双DSP电路发送的输出信号进行信号转换后向所述微电网侧的逆变器发送驱动信号，从而调整微电网侧的三相电压参数；

所述开入开出模块，依据所述控制模块发送的开关量信号接收所述并网保护控制器传送的并网指令；所述并网指令为远程监控系统向所述并网保护控制器下发的并网指令；

所述通信模块包括三路485通信单元和一路以太网通信单元；所述485通信单元分别用于主电源控制器与电池管理系统、就地控制单元和并网保护控制器进行通信；所述以太网通信单元，用于主电源控制器与远程监控系统进行通信；

优选的，所述并网保护控制器包括DSP控制模块、开入开出模块、信号采样模块和通信模块；

优选的，所述信号采样模块，用于将微电网侧的三相电压参数和配电网的三相电压参数发送到所述DSP控制模块；

所述DSP控制模块，对微电网侧的三相电压参数和配电网的三相电压参数进行比较，若满足同期合闸判断条件则向所述开入开出模块发送合闸指令；

所述开入开出模块，依据所述合闸指令控制并网断路器闭合；

所述通信模块包括三路485通信单元和一路以太网通信单元；所述485通信单元分别用于并网保护控制器与电池管理系统、就地控制单元和并网保护控制器进行通信；所述以太网通信单元，用于并网保护控制器与远程监控系统进行通信；

优选的，所述同期合闸判断条件包括：

频率指标|f1-f2|≤0.2％，其中，f1、f2分别为微电网侧频率和配电网侧频率；

相角指标|φ1-φ2|≤5°，其中φ1、φ2分别为微电网侧相角和配电网侧相角；

相电压幅值指标|Usi-Ui|≤±0.5％，其中i为a、b、c三相，Usi为配电网侧相电压，Ui为微电网侧相电压。

与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：

1、本发明技术方案中，采用并网保护控制器可以快速准确的进行故障的判断和隔离，同时集成同期并网的功能；

2、本发明技术方案中，采用主电源控制器的能够快速调节微电网的电压幅值和频率，以达到微电网快速同期并网的功能；

3、本发明技术方案中，利用快速PI控制算法分别调整微电网侧每相的有功功率和无功功率，能够快速调节微电网的电压幅值和频率；

4、本发明技术方案中，同期判断模块采用三相独立的同期合闸判断条件，根据配电网侧的电压不平衡的条件，快速调节微电网侧的电压幅值和频率，以达到微电网的平滑并网，减少并网同期过程的冲击电流；

5、本发明提供的一种基于三相独立调节的微电网快速并网方法通过微电网内的主电源控制器快速调节，使配电网侧和微电网侧的三相电压幅值、频率、相位都满足同期并网的条件，从而快速、准确的进行同期合闸，保证微电网可靠、平稳的并入大电网。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是：本发明实施例中基于三相独立调节的微电网快速并网方法示意图；

图2是：本发明实施例中主电源控制器的结构图；

图3是：本发明实施例中并网保护控制器的结构图；

图4是：本发明实施例中某海岛储能微电网控制结构图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提供了一种微电网快速并网方法使得微电网的同期控制能够更加快速、准确，尽可能的将冲击减到最小，提高微电网内的供电可靠性，具体步骤包括：

远程监控系统依据并网断路器的状态信号向微电网与配电网的并网保护控制器下发并网指令后，并网保护控制器开始进行并网动作；该状态信号包括合闸状态和分闸状态，若为分闸状态，远程监控系统的工作人员依据工况要求下发并网指令；

(1)并网保护控制器实时采集配电网侧的三相电压参数和并网断路器的状态信号，并将每相的电压参数发送到微电网侧的主电源控制器；电压参数包括电压幅值、电压相角和频率；

(2)微电网侧的主电源控制器采用PI控制算法分别调整微电网侧每相的有功功率、无功功率和三相电压参数；

(3)并网保护控制器对配电网侧和微电网侧的三相电压参数进行实时比较，若比较结果满足同期合闸判断条件，则向并网断路器发送合闸指令，从而实现微电网无缝并入配电网。

本实施例中主电源控制器包括控制模块、开入开出模块、信号采样模块和通信模块；

①：信号采样模块，用于采集微电网侧的三相电压参数和电流信号，并将三相电压参数和电流信号转换为数字信号后发送到控制模块；

②：控制模块包括FPGA电路和双DSP电路；控制模块依据三相电压参数和电流信号调整微电网的三相电压参数；

双DSP电路对配电网侧的三相电压参数、电流信号和微电网侧的三相电压参数进行PI反馈控制计算，得到新的微电网侧的三相电压参数；

FPGA电路对双DSP电路发送的输出信号进行信号转换后向微电网侧的逆变器发送驱动信号，从而实现对微电网侧的三相电压参数的调整。

③：开入开出模块，依据控制模块发送的开关量信号接收并网保护控制器传送的并网指令；

同时，并网保护控制器依据并网指令将配电网侧的三相电压参数发给信号采样模块；控制模块计算并调整微电网的三相频率、三相电压幅值和三相电压相角，对调整后的微电网侧的三相电压参数进行跟踪记录；

④：通信模块包括三路485通信单元和一路以太网通信单元；

485通信单元分别用于主电源控制器与电池管理系统、就地控制单元(Local Control Unit，LCU)和并网保护控制器进行通信；其中，电池管理系统，用于监控主电源控制器的电源模块的电池状态，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命；

以太网通信单元，用于主电源控制器与远程监控系统进行通信；其中，远程监控系统设置在电网控制中心，用于对微电网和配电网的状态进行监控，便于工作人员依据电网的工作状态下发并网指令。

本实施例中并网保护控制器包括DSP控制模块、开入开出模块、信号采样模块和通信模块；

①：信号采样模块，用于采集微电网侧的电压参数和配电网的三相电压参数，并将上述三相电压参数进行转换后发送到DSP控制模块；

②：DSP控制模块，对微电网侧的三相电压参数和配电网的三相电压参数进行比较，若满足同期合闸判断条件则向所述开入开出模块发送合闸指令；

③：开入开出模块，依据合闸指令控制并网断路器闭合；

④：通信模块包括三路485通信单元和一路以太网通信单元；

485通信单元分别用于并网保护控制器与电池管理系统、就地控制单元(Local ControlUnit，LCU)和并网保护控制器进行通信；其中，电池管理系统，用于监控并网保护控制器的电源模块的电池状态，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命；

以太网通信单元，用于并网保护控制器与远程监控系统进行通信；其中，远程监控系统设置在电网控制中心，用于对微电网和配电网的状态进行监控，便于工作人员依据电网的工作状态下发并网指令。

本实施例中同期合闸判断条件为：

在微电网与配电网的公共连接点(Point of Common Coupling，PCC)，微电网输出的频率、电压幅值和电压相角需满足：

①：频率指标|f1-f2|≤0.2％；

②：A相电压幅值指标|Usa-Ua|≤±0.5％；

③：B相电压幅值指标|Usb-Ub|≤±0.5％；

④：C相电压幅值指标|Usc-Uc|≤±0.5％；

⑤：相角指标|φ1-φ2|≤5°；其中，f1、f2分别为微电网侧频率和配电网侧频率；φ1、φ2分别为微电网侧相角和配电网侧相角；Ua、Ub、Uc分别为微电网侧A、B和C相电压；Usa、Usb、Usc分别为配电网侧A、B和C相电压。

如图4所示本实施例中某海岛储能微电网控制过程为：

微电网系统独立运行时微电网侧的主电源控制器为主电源，本实施例中主电源控制器采用PCS，此时主电源控制器采用V/F控制模式，建立微电网的电压与频率；

当微电网需要与配电网并网运行时，电网控制中心的工作人员通过远程监控系统向并网保护控制器下发并网指令。并网保护控制器依据并网指令将配电网侧的三相电压参数发给主电源控制器；主电源控制器计算并调整微电网的三相频率、三相电压幅值和三相电压相角，对调整后的微电网侧的三相电压参数进行跟踪记录；并网保护控制器对微电网侧电压和配电网侧三相电压的幅值、频率、相角进行实时检测和计算，若计算结果满足同期合闸判断条件时，并网保护控制器向并网断路器发出合闸指令，并网断路器完成合闸操作后微电网无冲击及平稳的并入配电网。

最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (6)

1.一种基于三相独立调节的微电网快速并网方法，所述方法用远程监控系统实时采集并网断路器的状态信号并依据所述状态信号下发并网指令；所述状态信号包括合闸状态和开闸状态；其特征在于，所述方法包括：

步骤1：微电网与配电网的并网保护控制器采集配电网侧的三相电压参数；

步骤2：微电网侧的主电源控制器依据所述三相电压参数调节微电网侧的三相电压参数；以及

步骤3：所述并网保护控制器依据所述配电网侧和微电网侧的三相电压参数进行微电网与配电网的同期合闸判断，若符合同期合闸判断条件，则控制所述并网断路器合闸实现并网；

所述主电源控制器包括控制模块、开入开出模块、信号采样模块和通信模块；

所述信号采样模块，用于将配电网侧的三相电压参数和电流信号发送到所述控制模块；

所述控制模块包括FPGA电路和双DSP电路；所述控制模块依据所述三相电压参数和电流信号调整微电网侧的三相电压参数；

所述双DSP电路对配电网侧的三相电压参数、电流信号和微电网侧的三相电压参数进行PI反馈控制计算，得到新的微电网侧的三相电压参数；

所述FPGA电路对所述双DSP电路发送的输出信号进行信号转换后向所述微电网侧的逆变器发送驱动信号，从而调整微电网侧的三相电压参数；

所述开入开出模块，依据所述控制模块发送的开关量信号接收所述并网保护控制器传送的并网指令；所述并网指令为远程监控系统向所述并网保护控制器下发的并网指令；

所述通信模块包括三路485通信单元和一路以太网通信单元；所述485通信单元分别用于主电源控制器与电池管理系统、就地控制单元和并网保护控制器进行通信；所述以太网通信单元，用于主电源控制器与远程监控系统进行通信。

2.如权利要求1所述的一种基于三相独立调节的微电网快速并网方法，其特征在于，所述步骤2中主电源控制器采用PI控制算法调整微电网侧各相的有功功率、无功功率和电压参数。

3.如权利要求1所述的一种基于三相独立调节的微电网快速并网方法，其特征在于，所述步骤3中并网保护控制器实时比较配电网侧和微电网侧的三相电压参数，若比较结果满足电网的同期合闸判断条件，则向并网断路器发送合闸指令，从而实现微电网无缝并入配电网。

4.如权利要求1所述的一种基于三相独立调节的微电网快速并网方法，其特征在于，所述并网保护控制器包括DSP控制模块、开入开出模块、信号采样模块和通信模块。

5.如权利要求4所述的一种基于三相独立调节的微电网快速并网方法，其特征在于，所述并网保护控制器的信号采样模块，用于将微电网侧的三相电压参数和配电网的三相电压参数发送到所述DSP控制模块；

所述DSP控制模块，对微电网侧的三相电压参数和配电网的三相电压参数进行比较，若满足同期合闸判断条件则向所述并网保护控制器的开入开出模块发送合闸指令；

所述并网保护控制器的开入开出模块，依据所述合闸指令控制并网断路器闭合；

所述并网保护控制器的通信模块包括三路485通信单元和一路以太网通信单元；所述485通信单元分别用于并网保护控制器与电池管理系统、就地控制单元和并网保护控制器进行通信；所述以太网通信单元，用于并网保护控制器与远程监控系统进行通信。

6.如权利要求5所述的一种基于三相独立调节的微电网快速并网方法，其特征在于，所述同期合闸判断条件包括：

频率指标|f1-f2|≤0.2％，其中，f1、f2分别为微电网侧频率和配电网侧频率；

相角指标|φ1-φ2|≤5°，其中φ1、φ2分别为微电网侧相角和配电网侧相角；

相电压幅值指标|Usi-Ui|≤0.5％，其中i为a、b、c三相，Usi为配电网侧相电压，Ui为微电网侧相电压。