CN105226692A - 一种基于锌溴液流储能的微电网控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于锌溴液流储能的微电网控制系统，包含：380V微电网母线；分别与380V微电网母线连接的大电网、供电单元、储能单元及负载单元；所述的供电单元包含光伏供电单元及风机供电单元；所述的储能单元包含锌溴液流储能单元及铅酸储能单元；所述的负载单元包含一般负载及重要负载，分别连接至380V微电网母线。本发明还公开了一种基于锌溴液流储能的微电网控制方法。本发明能够实现微电网与大电网并网运行模式、微电网与大电网独立运行的孤网运行模式及从孤网运行模式到并网运行模式的无缝模式切换，以及微电网的定功率运行，有效解决微电网与大电网的同步和微电网内部自平衡问题。

Description

一种基于锌溴液流储能的微电网控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及电力供电控制技术领域，具体涉及一种基于锌溴液流储能的微电网控制系统及其控制方法。

背景技术

由于分布式能源具有随机性、波动性和间隙性等特点，可能会对电网造成冲击，影响传统电网的安全稳定运行。为了解决该问题，储能技术越来越受人们的关注。储能技术可有效降低光伏、风电等新能源对电网的冲击，从而提高微电网供电稳定性，改善电能质量。

目前，我国的一些微电网示范工程，大多采用锂电、铅酸等传统电池作为储能系统，然而锌溴液流储能电池作为一种新型储能技术，也越来越引起社会的关注。锌溴液流储能电池是一种新型液流电化学储能装置，它以储存在储液罐中的溴化锌电解液为储能介质，以电堆为反应器，利用泵及管路系统将储液罐中的电解液泵入到电堆中，完成锌离子和溴离子的充放电化学反应。它具有使用寿命长、容量大，一致性好，放电时间长、运行成本低、安全性高、环境适应性强等优点。

随着人们对微电网项目研究的逐步深入，如何找到一种可长时间稳定支撑电网运行的储能系统，是目前急需解决的问题。鉴于溴锌液流储能电池的独特优点和技术，我们在微网项目中引入溴锌液流储能系统作为微网的能量支撑，通过完善的微网控制策略，从而实现并网、孤网运行，以及无缝并网。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于锌溴液流储能的微电网控制系统及其控制方法，能够实现微电网与大电网并网运行模式、微电网与大电网独立运行的孤网运行模式及从孤网运行模式到并网运行模式的无缝模式切换，有效解决微电网与大电网的同步问题。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种基于锌溴液流储能的微电网控制系统，其特点是，包含：

380V微电网母线；

分别与380V微电网母线连接的大电网、供电单元、储能单元及负载单元；

所述的供电单元包含光伏供电单元及风机供电单元；

所述的光伏供电单元包含依次连接的光伏模块、第一AC/DC转换器及第一控制开关，所述的第一控制开关连接至380V微电网母线；

所述的风机供电单元包含依次连接的风机模块、第二AC/DC转换器及第二控制开关，所述的第二控制开关连接至380V微电网母线；

所述的储能单元包含锌溴液流储能单元及铅酸储能单元；

所述的锌溴液流储能单元包含依次连接的锌溴液流储能电池、第三AC/DC转换器及第三控制开关，所述的第三控制开关连接至380V微电网母线；

所述的铅酸储能单元包含依次连接的铅酸储能电池、第四AC/DC转换器及第四控制开关，所述的第四控制开关连接至380V微电网母线；

所述的负载单元包含一般负载及重要负载，分别连接至380V微电网母线。

所述的大电网通过一380V一般母线连接至380V微电网母线，所述的380V一般母线与380V微电网母线之间设置联络开关及进线开关。

所述的一般负载与380V微电网母线之间设置有第五控制开关。

所述的重要负载通过一380V母线连接至380V微电网母线，所述380V母线与380V微电网母线之间设置第六控制开关及备用电源。

所述的微电网控制系统还包含一充电桩，所述的充电桩通过一第七控制开关连接至380V微电网母线。

一种基于锌溴液流储能的微电网控制方法，用于大电网与微电网并行工作时，其特点是，包含以下步骤：

A1、供电单元输出能量至储能单元及负载单元；

A2、当供电单元输出能量不足时，大电网进行补充；

A3、当无能量输出时，储能单元放电，向负载单元供电。

所述的步骤A3之后还包含步骤A4：

A4、当并网点的功率为预设功率值时，供电单元或储能单元放电的多余电量由微网内部平衡。

所述的步骤A4中的预设功率值为零。

一种基于锌溴液流储能的微电网控制方法，用于大电网与微电网孤网运行工作时，其特点是，包含以下步骤：

B1、接收到启动微电网命令；

B2、判断交流侧是否失电；

若否，则返回步骤B1；

若是，则执行步骤B3；

B3、判断进线开关是否断开；

若否，则跳开进线开关后执行步骤B3；

若是，则执行步骤B4；

B4、启动储能单元，微电网运行。

一种基于锌溴液流储能的微电网控制方法，用于大电网与微电网由孤网运行模式向并网运行模式切换时，其特点是，包含以下步骤：

C1、实时采样大电网的电压、频率及相位；

C2、当检测到大电网电压恢复后，撤回原下发的离网启动命令，开始锁相，并对微电网内部的电压、频率及相位进行调整；

C3、当微电网内部与大电网的电压、频率、相位达到一致时，发出联络开关的合闸指令；

C4、确认进线开关闭合后，由孤网运行模式切换至并网运行模式。

本发明一种基于锌溴液流储能的微电网控制系统及其控制方法与现有技术相比具有以下优点：采用锌溴液流储能单元，不仅能克服传统电池的相关缺点，还能进行长时间放电，以支撑微电网的稳定运行；能够实现微电网与大电网并网运行模式、微电网与大电网独立运行的孤网运行模式及从孤网运行模式到并网运行模式的无缝模式切换，以及微电网的定功率运行，有效解决微电网与大电网的同步和微网内部自平衡问题。

附图说明

图1为本发明一种基于锌溴液流储能的微电网控制系统的整体结构示意图；

图2为大电网与微电网并网运行时的系统潮流方向图；

图3为大电网与微电网孤网运行时的系统潮流方向图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1所示，一种基于锌溴液流储能微电网控制系统，包含：380V微电网母线100；分别与380V微电网母线100连接的大电网、供电单元、储能单元及负载单元；所述的供电单元包含光伏供电单元及风机供电单元；所述的光伏供电单元包含依次连接的光伏模块201、第一AC/DC转换器202及第一控制开关203，所述的第一控制开关203连接至380V微电网母线100；所述的风机供电单元包含依次连接的风机模块301、第二AC/DC转换器302及第二控制开关303，所述的第二控制开关303连接至380V微电网母线100；所述的储能单元包含锌溴液流储能单元及铅酸储能单元；所述的锌溴液流储能单元包含依次连接的锌溴液流储能电池401、第三AC/DC转换器402及第三控制开关403，所述的第三控制开关连接至380V微电网母线100；所述的铅酸储能单元包含依次连接的铅酸储能电池501、第四AC/DC转换器502及第四控制开关503，所述的第四控制开关503连接至380V微电网母线100；所述的负载单元包含一般负载600及重要负载700，分别连接至380V微电网母线。

在本实施例中，较佳地，光伏模块201包含设置在屋顶及车棚上的光伏模块。

在本实施例中，较佳地，所述的大电网通过一380V一般母线800连接至380V微电网母线100，所述的380V一般母线800与380V微电网母线100之间设置联络开关801及进线开关802。

在本实施例中，较佳地，所述的一般负载600与所述的380V微电网母线100之间设置有第五控制开关601。

在本实施例中，较佳地，所述的重要负载700通过一380V母线701连接至380V微电网母线100，所述380V母线701与380V微电网母线100之间设置第六控制开关702及备用电源703。

在本实施例中，所述的微电网控制系统还包含一充电桩900，所述的充电桩900通过一第七控制开关901连接至380V微电网母线100。

一种基于锌溴液流储能的微电网控制方法，用于大电网与微电网并行工作时，包含以下步骤：

A1、供电单元输出能量至储能单元及负载单元；

A2、当供电单元输出能量不足时，大电网进行补充；

A3、当无能量输出时，储能单元放电，向负载单元供电。

A4、当并网点的功率为预设功率值时（例如并网点的功率为零时），供电单元或储能单元放电的多余电量由微网内部平衡。

一种基于锌溴液流储能的微电网控制方法，用于大电网与微电网孤网运行工作时，包含以下步骤：

B1、接收到启动微电网命令；

B2、判断交流侧是否失电；

若否，则返回步骤B1；

若是，则执行步骤B3；

B3、判断进线开关是否断开；

若否，则跳开进线开关后执行步骤B3；

若是，则执行步骤B4；

B4、启动储能单元，微电网运行。

一种基于锌溴液流储能的微电网控制方法，用于大电网与微电网由孤网运行模式向并网运行模式切换时，包含以下步骤：

C1、实时采样大电网的电压、频率及相位；

C2、当检测到大电网电压恢复后，撤回原下发的离网启动命令，开始锁相，并对微电网内部的电压、频率及相位进行调整；

C3、当微电网内部与大电网的电压、频率、相位达到一致时，发出联络开关的合闸指令；

C4、确认进线开关闭合后，由孤网运行模式切换至并网运行模式。

具体应用：（一）微电网与大电网并网运行及PCC定功率

微电网在并网运行时，通过PCC点（并网点，联络开关）实现与外部大电网的连接，电压及频率的调整由大电网来完成，各分布式能源（供电单元）提供局部电压支撑。在并网运行期间，各分布式能源（供电单元）的接口PCS（储能变流器）均可采用PQ控制（恒功率控制），储能单元则根据分布式能源的发电情况、负荷情况以及剩余电量是否允许馈入电网等，进行相应的控制方式。基于快速功率跟踪技术，微电网控制系统实时采样PCC点的功率曲线，通过PQ控制，实时调整PCS充、放电策略，同时对微电网内部的其他分布式电源进行管理，对微电网PCC点的功率曲线进行平滑，以减少分布式发电对配电网的冲击。

微电网并网运行时，光伏发电单元输出能量给锌溴液流储能单元和铅酸储能单元充电，以及其他负载的供电，当光伏发电单元发电能量不足时，由大电网进行补充。当无光伏输出时，由锌溴液流储能单元和铅酸储能单元进行放电，向负载提供能量，多余电量可根据是否允许馈入电网的情况来进行控制，如果设定PCC点功率为0，则多余能量可通过对锌溴液流储能单元和铅酸储能单元的控制，进行内部平衡。因此PCC点的潮流方向是根据供电单元、储能单元以及负载的情况叠加起来的。既有可能是大电网向微电网供电，也可能是微电网向大电网输电。并网时的系统潮流方向图如图2所示。

（二）孤网运行

大电网与微电网并网运行期间，当微电网控制系统检测到外部大电网出现故障或要主动离网运行时（PCC点电压瞬间跌落到额定电压的20%以下），微电网控制器则会自动跳开并网开关，使微电网系统与外部电网分离，同时发命令给锌溴液流储能单元和光伏逆变器。当锌溴液流储能单元接到微电网控制器的启动微电网命令的同时检测交流侧是否失电并判断并网开关是否断开，以上工作均完成后，再由原来的并网运行状态切换成微电网运行状态。

并、孤网切换时，微电网选取储能单元作为主微源，采取VF控制（恒压恒频控制），用于支撑微电网中电压和频率的稳定。而分布式能源则作为从微源，可采用PQ或MPPT控制。这种控制方式需要采集微电网各组成部分的实时状态，计算出维持微电网平衡所需的功率差值，进而决定锌溴液流储能单元的充放电模式及出力大小。

孤网启动后，锌溴液流储能单元则通过特有的DC/DC控制来实现对各负载的供电。而分布式能源在电压跌落时进行了孤岛保护，当微电网启动后，光伏供电单元检测到正常的380V交流电压后，则开始自动并网恢复，并向各负载和储能单元提供所需能量。因此所有的能量均是在微电网内部消耗，储能单元会根据负载情况来改变充放电状态，以保持微电网能量平衡。孤网运行期间，PCC点电流为0A，大电网与微电网将完全独立。孤网时的系统潮流方向如图3所示。

（三）无缝并网

如何有效实现从孤网运行到并网运行的模式切换，关键是要解决微电网与外部大电网的同步问题。本发明主要是基于锁相环原理的主动同步控制策略，即是利用DSP的硬件捕获单元，对电网电压过零点进行捕获，并通过计算两次捕获中断的时间间隔，来确定当时电网电压频率，锁相环会通过其内部的反馈系统来主动调节变流器的输出使微电网母线电压的幅值、频率和相位与大电网保持同步，当满足条件后，PCS才能锁相成功，进入并网运行模式。

为了有效实现无缝并网（并网时间≤0.8s），本发明是通过PCS实时采样外部大电网的电压、频率和相位，当检测到外部电网电压恢复后，微电网控制器撤回原下发的离网启动命令，PCS开始锁相，并及时对微电网内部的电压、频率和相位进行调整，当微电网内部与大电网的电压、频率和相位达到一致时，PCS则发出并网开关的合闸指令，再确认并网开关(PCC点)闭合后，PCS将自动从微电网运行模式切换成并网运行模式，从而有效实现微电网与外部大电网的无缝切换功能。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种基于锌溴液流储能的微电网控制系统，其特征在于，包含：

380V微电网母线；

分别与380V微电网母线连接的大电网、供电单元、储能单元及负载单元；

所述的供电单元包含光伏供电单元及风机供电单元；

所述的光伏供电单元包含依次连接的光伏模块、第一AC/DC转换器及第一控制开关，所述的第一控制开关连接至380V微电网母线；

所述的风机供电单元包含依次连接的风机模块、第二AC/DC转换器及第二控制开关，所述的第二控制开关连接至380V微电网母线；

所述的储能单元包含锌溴液流储能单元及铅酸储能单元；

所述的锌溴液流储能单元包含依次连接的锌溴液流储能电池、第三AC/DC转换器及第三控制开关，所述的第三控制开关连接至380V微电网母线；

所述的铅酸储能单元包含依次连接的铅酸储能电池、第四AC/DC转换器及第四控制开关，所述的第四控制开关连接至380V微电网母线；

所述的负载单元包含一般负载及重要负载，分别连接至380V微电网母线。

2.如权利要求1所述的微电网控制系统，其特征在于，所述的大电网通过一380V一般母线连接至380V微电网母线，所述的380V一般母线与380V微电网母线之间设置联络开关及进线开关。

3.如权利要求1所述的微电网控制系统，其特征在于，所述的一般负载与380V微电网母线之间设置有第五控制开关。

4.如权利要求1所述的微电网控制系统，其特征在于，所述的重要负载通过一380V母线连接至380V微电网母线，所述380V母线与380V微电网母线之间设置第六控制开关及备用电源。

5.如权利要求1所述的微电网控制系统，其特征在于，进一步包含一充电桩，所述的充电桩通过一第七控制开关连接至380V微电网母线。

6.一种基于锌溴液流储能的微电网控制方法，用于大电网与微电网并行工作时，其特征在于，包含以下步骤：

A1、供电单元输出能量至储能单元及负载单元；

A2、当供电单元输出能量不足时，大电网进行补充；

A3、当无能量输出时，储能单元放电，向负载单元供电。

7.如权利要求6所述的微电网控制方法，其特征在于，所述的步骤A3之后还包含步骤A4：

A4、当并网点的功率为预设功率值时，供电单元或储能单元放电的多余电量由微网内部平衡。

8.如权利要求7所述的微电网控制方法，其特征在于，所述的步骤A4中的预设功率值为零。

9.一种基于锌溴液流储能的微电网控制方法，用于大电网与微电网孤网运行工作时，其特征在于，包含以下步骤：

B1、接收到启动微电网命令；

B2、判断交流侧是否失电；

若否，则返回步骤B1；

若是，则执行步骤B3；

B3、判断进线开关是否断开；

若否，则跳开进线开关后执行步骤B3；

若是，则执行步骤B4；

B4、启动储能单元，微电网运行。

10.一种基于锌溴液流储能的微电网控制方法，用于大电网与微电网由孤网运行模式向并网运行模式切换时，其特征在于，包含以下步骤：

C1、实时采样大电网的电压、频率及相位；

C2、当检测到大电网电压恢复后，撤回原下发的离网启动命令，开始锁相，并对微电网内部的电压、频率及相位进行调整；

C3、当微电网内部与大电网的电压、频率、相位达到一致时，发出进线开关的合闸指令；

C4、确认进线开关闭合后，由孤网运行模式切换至并网运行模式。