CN105162169A - 一种基于相位逐步逼近的微电网同期并网方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种基于相位逐步逼近的微电网同期并网方法，本发明通过检测离网运行下微电网系统电压相位和电网侧电压相位信息；按照设定的相位调节步长更新微电网系统的电压相位值，直至更新后的微电网系统电压相位与电网侧电压相位之间的相位差Δθ小于设定值，微电网系统的电压相位与电网侧电压相位基本同步，将此时电网侧电压相位作为微电网系统离网运行时的相位实现与电网电压相位的完全同步目的，进而发送公共连接点断路器合闸命令，并网完成后，将微电网在储能主电源转换为PQ并网控制方式。本发明采用相位逐步逼近的闭环控制算法可准确实现微电网相位与电网侧电压相位同步，并且能够消除公共连接点断路器合闸时间对同期检测的影响。

Description

一种基于相位逐步逼近的微电网同期并网方法

技术领域

本发明涉及一种基于相位逐步逼近的微电网同期并网方法，属于智能电网技术领域。

背景技术

微电网具有并网和离网(即离网运行)两种运行模式，可提高电力系统安全和供电可靠性，是大电网的有益补充。微电网离网运行方式下，主电源工作在V/f控制模式下，输出稳定的电压和频率为微电网中其他分布式电源以及负荷提供电压和频率参考。微电网由离网转换为并网运行时，由于微电网侧和系统侧的电压幅值、相位存在差异，如果直接并网肯定会产生较大的冲击，可能导致微电网内分布式DG退出运行，所以需采用预同步并网方式。微电网同步过程需满足三个要素：(1)两侧电源电压幅值相等；(2)两侧电压的频率相等；(3)两侧电压相位相等。但实际上电压幅值与电网电压幅值一般差别较小，而且对电压幅值的调整很容易，同期过程可认为主要就是捕捉相位差为零的过程，实时相位差为0其实就意味着频率已经锁定。

目前，微电网实际工程中基本都是采用传统发电厂领域的同期技术，但微电网和同步发电机不同，同步发电机的频率、电压幅值可由同期装置启动调整，很容易满足同期条件，另外相比微电网中储能变流器、逆变器，同步发电机更能承受同期合闸误差造成的较大冲击电流，保持系统稳定。而微电网中V/f控制模式下的储能系统主电源在正常运行过程中电压频率、幅值恒定，而系统侧电压的频率、幅值正常情况下也基本保持不变，两者都在电力系统电能质量严格要求的范围之内，所以微网侧和系统侧很可能处在一种两侧电压频率相等、电压幅值和相位差相对静止的运行状态，同期条件很难满足，同时公共连接点断路器的合闸时间也会对同期判别造成很大的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于相位逐步逼近的微电网同期并网方法，以解决微电网离网转并网运行过程中存在的冲击电流大的问题。

本发明为解决上述技术问题提供了一种基于相位逐步逼近的微电网同期并网方法，该并网方法的步骤如下：

1)检测离网运行下微电网系统电压相位和电网侧电压相位信息；

2)按照设定的相位调节步长更新微电网系统的电压相位值，直至更新后的微电网系统电压相位与电网侧电压相位之间的相位差Δθ小于设定值，微电网侧与电网侧电压相位同步；

3)当微电网系统侧和电网侧电压相位同步后，将此时电网侧电压相位作为微电网系统离网运行时的相位信息，发送公共连接点断路器合闸命令，进行并网。

所述步骤2)中微电网系统电压相位的更新值为：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\θ}}_{MG}^{\′}={\mathrm{\θ}}_{MG}-step*sign\\ {\mathrm{\θ}}_{MG}={\mathrm{\θ}}_{MG}^{\′}\end{array}\right.$

$sign=\left\{\begin{array}{cc}1,& \mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&theta;}>0\\ -1,& \mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&theta;}<0\\ 0,& \mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&theta;}=0\end{array}\right.$

Δθ＝θ'_MG-θ_g

其中Δθ为相位差，θ'_MG为微电网系统电压相位的更新值，θ_MG为微电网系统电压相位，θ_g为电网侧电压相位，sign为符号变量，step为相位调节步长。

所述当更新后的微电网系统电压相位与电网侧电压相位之间的相位差Δθ小于设定值时，即认为微电网系统电压与电网侧电压处于同步状态。

为避免更新后的微电网系统电压相位一直处于范围内的调节状态，微电网系统按照电网侧电压相位工作，以实现完全同步。

所述步骤4)当微电网系统转入并网运行模式时，微电网系统侧的主电源由V/f控制模式切换为P/Q控制模式。

本发明的有益效果是:本发明通过检测离网运行下微电网系统电压相位和电网侧电压相位信息；按照设定的相位调节步长更新微电网系统的电压相位值，直至更新后的微电网系统电压相位与电网侧电压相位之间的相位差Δθ小于设定值，使微电网系统的电压相位逐步逼近电网侧电压相位；当微电网系统侧和电网侧电压相位同步后，发送公共连接点断路器合闸命令，使微电网转入并网运行模式。本发明采用逐步逼近的闭环控制算法可准确实现微电网相位与电网侧电压相位同步，并且能够消除公共连接点断路器合闸时间对同期检测的影响。

附图说明

图1是微电网系统离网转并网时的相位调节控制框图；

图2是本发明所采用的相位逐步逼近实现流程图；

图3是调节前Δθ为π/6时采用相位逐步逼近的相位差曲线图；

图4是调节前Δθ为π/2时采用相位逐步逼近的相位差曲线图；

图5是调节前Δθ为π时采用相位逐步逼近的相位差曲线图；

图6是调节前Δθ为π/6时相位逐步逼近的两侧电压波形示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

本发明通过微电网中主电源实时采集系统侧电压相位信息，当微电网离网转并网运行时，储能系统主电源将其输出电压相位调整至系统侧电压相位，待相位完全同步后，发出公共连接点断路器合闸命令，完全消除公共连接点断路器合闸时间对同期检测的影响。其中相位调整的控制过程如图1所示，采用相位逐步逼近修订算法实现，该算法的流程如图2所示，具体实施过程如下：

1.实时获取离网运行下微电网系统的电压相位和电网侧电压相位信息，并等待离网转并网指令下发。

2.接收到离网转并网指令后，执行相位逐步逼近修订算法，更新微电网系统的电压相位，使微电网侧电压相位逐步逼近电网侧电压相位。

相位逐步逼近修订算法所采用的公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\&theta;}}_{MG}^{\&prime;}={\mathrm{\&theta;}}_{MG}-step*sign\\ {\mathrm{\&theta;}}_{MG}={\mathrm{\&theta;}}_{MG}^{\&prime;}\end{array}\right.$

$sign=\left\{\begin{array}{cc}1,& \mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&theta;}>0\\ -1,& \mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&theta;}<0\\ 0,& \mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&theta;}=0\end{array}\right.$

Δθ＝θ'_MG-θ_g

其中θ'_MG为微电网系统电压相位的更新值，θ_MG为微电网系统电压相位，θ_g为电网侧电压相位，Δθ为相位差，sign为符号变量，step为相位调节步长。当Δθ>0时，说明微电网系统电压超前电网侧电压；当Δθ<0时，说明微电网系统电压滞后电网侧电压；当Δθ＝0时，说明微电网系统电压与电网侧电压完全同步。当Δθ>0时，sign＝1，需减小当前微电网电压相位，当Δθ<0时，sign＝-1，需增加当前微电网电压相位。

3.判断更新后相位差Δθ的大小，若微电网系统电压相位与电网侧电压相位差绝对值在很小的范围内，即认为相位处于同步状态；此时，为了避免更新后的微电网电压相位与电网侧电压相位的差值一直处于设定阈值范围内的调节状态，微电网系统按照电网电压相位工作，即调整微电网侧电压相位与电网侧电压相位相等，进而实现完全同步状态。

4.当为电网系统侧和电网侧电压相位同步后，发送公共连接点断路器合闸命令，微电网侧主电源由V/f控制模式切换为P/Q控制模式，微电网转入并网运行模式。

本发明采用逐步逼近的闭环控制算法可准确的实现微电网相位与电网侧点电压相位的同步，而且能够消除公共连接点断路器合闸时间对同期检测的影响。

以上实施例仅以说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，尽管参照上述实施例对发明进行了详细说明，所属领域的普通人员依然可以对本发明的实施方式进行修改后者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何改动或等同替换，均落入本发明的权利要求书保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于相位逐步逼近的微电网同期并网方法，其特征在于，该并网方法的步骤如下：

1)检测离网运行下微电网系统电压相位和电网侧电压相位信息；

2)按照设定的相位调节步长更新微电网系统的电压相位值，直至更新后的微电网系统电压相位与电网侧电压相位之间的相位差Δθ小于设定值，微电网侧与电网侧电压相位同步；

3)当微电网系统侧和电网侧电压相位同步后，将此时电网侧电压相位作为微电网系统离网运行时的相位信息，发送公共连接点断路器合闸命令，进行并网。

2.根据权利要求1所述的基于相位逐步逼近的微电网同期并网方法，其特征在于，所述步骤2)中微电网系统电压相位的更新值为：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\&theta;}}_{MG}^{\&prime;}={\mathrm{\&theta;}}_{MG}-step*sign\\ {\mathrm{\&theta;}}_{MG}={\mathrm{\&theta;}}_{MG}^{\&prime;}\end{array}\right.$

$sign=\left\{\begin{array}{cc}1,& \mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&theta;}>0\\ -1,& \mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&theta;}<0\\ 0,& \mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&theta;}=0\end{array}\right.$

Δθ＝θ'_MG-θ_g

其中Δθ为相位差，θ'_MG为微电网系统电压相位的更新值，θ_MG为微电网系统电压相位，θ_g为电网侧电压相位，sign为符号变量，step为相位调节步长。

3.根据权利要求2所述的基于相位逐步逼近的微电网同期并网方法，其特征在于，所述当更新后的微电网系统电压相位与电网侧电压相位之间的相位差Δθ小于设定值时，即认为微电网系统电压与电网侧电压处于同步状态。

4.根据权利要求3所述的基于相位逐步逼近的微电网同期并网方法，其特征在于，为避免更新后的微电网系统电压相位一直处于范围内的调节状态，微电网系统按照电网侧电压相位工作，以实现系统两侧电压相位完全同步且无相位调节状态。

5.根据权利要求4所述的基于相位逐步逼近的微电网同期并网方法，其特征在于，所述步骤4)当微电网系统转入并网运行模式后，微电网系统侧的主电源由V/f控制模式切换为P/Q控制模式。