CN105305408A - 一种岸电电源系统控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种岸电电源系统控制方法，包括如下步骤：1)：双向AC/DC变流器持续检测交流电网的电压，判断岸电电源系统是否处于正常运行状态；正常运行则双向AC/DC变流器控制直流母线电压稳定；否则转到步骤2)；2)：双向AC/DC变流器停止对直流母线电压的稳定控制，并向双向DC/DC变换器发送离网运行指令，使其控制直流母线电压稳定，同时还检测交流电网电压，恢复正常则转到步骤3)，否则持续运行步骤2)；步骤3)：双向AC/DC变流器重新恢复对直流母线电压的稳定控制，双向DC/DC变换器退出对直流母线电压的稳定控制。本发明能有效避免现有交流微电网岸电电源系统在离网转并网时存在的电压频率和相位同步问题，简化系统控制的复杂性，提高其可靠性。

Description

一种岸电电源系统控制方法

技术领域

本发明涉及一种基于分布式直流微电网新型岸电电源系统的控制方法。

背景技术

目前，国内外岸电电源系统一般采用“整流器+逆变器”相组合的方式，在实际应用过程中，其单一的供电电源设计，降低了岸电系统的可靠性。为了保证岸电系统供电的可靠性，现有的岸电电源系统中已经开始引入分布式微网系统替代原有的“整流器+逆变器”的系统。

但是，由于交流微电网系统在应用过程中，存在电压频率和相位同步的问题，使得使用交流微电网的岸电系统控制策略复杂，同时也增加了岸电系统的投资成本，因此提出了应用直流微电网系统的岸电系统，用以避免具有分布式微电网的岸电系统在运行控制过程中存在的电压频率和相位同步的问题，提高岸电电源系统的可靠性。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于分布式直流微电网岸电系统的控制方法，用以解决现有岸电电源系统可靠性不高的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

一种岸电电源系统控制方法，该控制方法所基于的岸电电源系统中直流微电网通过直流母线连接双向AC/DC变流器后接入大电网，分布式发电设备通过双向DC/DC变换器连接到直流微电网的直流母线，所述控制方法包括如下步骤：

步骤1)：双向AC/DC变流器持续检测交流电网的电压，判断岸电电源系统是否处于正常运行状态；如果处于正常运行状态则双向AC/DC变流器控制直流母线电压稳定；如果处于非正常运行状态则转到步骤2)进行失电控制；

步骤2)：确认双向DC/DC变换器是否处于正常工作状态，然后双向AC/DC变流器向直流微电网中处于正常工作状态的双向DC/DC变换器发送离网运行指令，使其控制直流母线电压稳定，同时双向AC/DC变流器检测交流电网电压，若恢复正常则转到步骤3)进行电网恢复，若没有恢复正常则持续运行步骤2)；

步骤3)：双向AC/DC变流器重新恢复对直流母线电压的稳定控制，双向DC/DC变换器退出对直流母线电压的稳定控制。

进一步的，在进行失电控制时，首先判断是否存在计划孤岛设置；若存在计划孤岛设置，则在执行步骤2)时双向AC/DC变流器停止控制直流母线电压，再向双向DC/DC变换器发送离网命令；若不存在计划孤岛设置则直接执行步骤2)。

进一步的，步骤3中电网恢复包括计划孤岛设置下的恢复和非计划孤岛下的恢复；若是计划孤岛下的恢复则先退出计划孤岛设置，则系统进入非计划孤岛下的恢复控制策略，若电网真实恢复，则执行步骤3，若电网未真实恢复，则保持孤岛状态；若是非计划孤岛下的恢复则直接执行步骤3)；其中，计划孤岛是指电网并非真实失电，只是通过开关设备使系统与电网隔开的状态；非计划孤岛时，电网真实失电，无论开关设备是否使系统与电网隔开的状态。进一步的，直流微电网储能系统具有单个储能单元，则直接执行步骤2)，单个储能单元的双向DC/DC变换器变换控制模式来稳定直流母线电压。

进一步的，直流微电网储能系统具有多个主从式储能单元，执行步骤2)时设置一台双向DC/DC变换器为主机来转换控制模式，用以稳定直流母线电压，其他双向DC/DC变换器工作状态不变。

直流微电网具有多个并机式储能单元，执行步骤2)时所有双向DC/DC变换器均转换控制模式来稳定直流母线电压。

本发明提供一种基于分布式直流微电网岸电电源系统的控制方法，在离网转并网时，不需要检测微电网系统的频率、相位与大电网系统的频率、相位即可进行并网，因而能够有效的避免现有交流微电网岸电电源系统中存在的电压频率和相位同步问题，简化系统控制的复杂性，提高岸电电源的可靠性。

同时，在电网恢复时，分为计划孤岛设置和非计划孤岛设置，可以有效的防止在电网处于非真实失电、仅是通过开关设备使系统与电网隔开状态时，出现电网真实失电，又恢复所述计划孤岛这一工作情况。

附图说明

图1是基于分布式直流微电网岸电电源系统原理图；

图2是基于分布式直流微电网岸电电压系统网络架构图；

图3是系统具有单个储能单元时并网转离网的控制策略示意图；

图4是系统具有单个储能单元时离网转并网的控制策略示意图；

图5是系统具有多个主从式储能单元时并网转离网的控制策略示意图；

图6是系统具有多个主从式储能单元时离网转并网的控制策略示意图；

图7是系统具有多个并机式储能单元时并网转离网的控制策略示意图；

图8是系统具有多个并机式储能单元时离网转并网的控制策略示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

本发明提供的一种分布式直流微电网岸电电源系统的控制方法，如图1所示，是本发明基于分布式直流微电网岸电电源系统的原理图，采用分布式直流微电网系统替代原有的整流器+逆变器相结合的系统，在各种分布式直流电源装置连接到直流微电网的直流母线上，直流母线连接双向AC/DC变流器将直流微电网连接到大电网。具体的，网络架构如图2所示，光伏发电系统、风力发电系统、负荷以及船舶等通过双向DC/DC变换器连接到直流微电网的直流母线上，功率转换系统PCS、保护及测控单元连接到直流微电网的直流母线上，各个双向DC/DC变换器、PCS中的HMI和BMS等通过总线连接到控制装置和HMI进行实时监控。

根据岸电电源系统中直流微电网功率转换单元的不同(单个储能单元、多个主从式储能单元、多个并机式储能单元)，实施不同的控制方法，同时，在进行失电控制和电网恢复时，将岸电系统分为计划孤岛和非计划孤岛两种情况，其中计划孤岛，是指电网并非真实失电，只是通过开关设备使系统与电网隔开；非计划孤岛，是指电网真实失电，无论开关设备是否使系统与电网隔开。根据上述三种不同的模式，具体控制方法如下：

1)单个储能单元

如图3所示，是本发明中分布式直流微电网具有单个储能单元时并网转离网下控制方法的示意图，此时储能单元支撑直流母线电压。所谓单个储能单元，是指功率转换系统PCS中具有一套控制系统和一套储能装置。分布式直流微电网岸电电源系统正常运行时，处于并网运行状态，双向AC/DC变流器控制直流母线保证其电压稳定，同时双向AC/DC变流器时刻检测交流侧电压。

如果电网出现离网孤岛情况，则进行电网失电控制：分为计划孤岛和非计划孤岛两种控制方式。若存在计划孤岛设置，则双向AC/DC变流器检测双向DC/DC变换器的工作状态，确认其处在正常工作状态后，双向AC/DC变流器停止控制直流母线电压，同时向双向DC/DC变换器下发离网运行指令，双向DC/DC变换器接收到离网运行指令后，转换控制模式，控制直流母线电压保证其稳定；若存在非计划孤岛，则双向AC/DC变流器检测到交流侧电压跌落，并确认双向DC/DC变换器处在正常工作状态后，向双向DC/DC变换器下发离网运行指令，双向DC/DC变换器转换模式控制直流母线电压，保证其电压稳定。

如图4所示，是本发明中分布式直流微电网具有单个储能单元时离网转并网下控制方法的示意图，此时电网侧双向AC/DC变流器支撑母线电压。电网恢复时，首先查看岸电电源系统是否存在计划孤岛或者非计划孤岛的设置。双向AC/DC变流器检测到交流电压恢复，且不存在计划孤岛设置时，双向AC/DC变流器恢复直流母线电压支撑控制，待控制稳定后，向双向DC/DC变换器下发并网运行指令，双向DC/DC变换器接收到并网运行指令后，转换控制模式，退出直流母线电压的控制支撑；若存在计划孤岛设置时，不进行任何操作。待退出计划孤岛设置后，再执行无计划孤岛设置时的并网控制策略。

2)多个主从式储能单元

如图5所示，是本发明中分布式直流微电网具有多个主从式储能单元时并网转离网下控制方法的示意图，此时储能单元支撑直流母线电压。所谓多个主从式储能单元，是指在功率转换系统PCS具有一套控制系统控制多套储能装置，其中一套储能装置作为主机，其余储能装置作为从机，只有主机在电网失电和恢复时进行控制模式转换策略。分布式直流微电网岸电电源系统正常运行时，处于并网运行状态，电网侧双向AC/DC变流器控制直流母线电压，保证其电压稳定，同时双向AC/DC变流器时刻检测交流侧电压。

同样，当电网出现孤岛离网情况时，则进行电网失电控制：分为计划孤岛和非计划孤岛两种控制方式。若存在计划孤岛设置，则双向AC/DC变流器检测双向DC/DC变换器的工作状态，选择一台正常工作的DC/DC变换器设置为主机，然后双向AC/DC变流器停止对直流母线电压的控制，同时向双向DC/DC变换器(主机)下发离网运行指令，双向DC/DC变换器(主机)接收到离网运行指令后，转换控制模式，开始控制直流母线电压并保证其稳定，在此过程中，双向DC/DC变换器(从机)工作状态不发生变化；若存在非计划孤岛，则双向AC/DC变流器检测到交流侧电压跌落后，双向AC/DC变流器检测双向DC/DC变换器的工作状态，选择一台正常工作的DC/DC变换器设置为主机，并向双向DC/DC变换器(主机)下发离网运行指令，双向DC/DC变换器(主机)转换模式控制直流母线电压并保证其稳定，在此过程中，双向DC/DC变换器(从机)工作状态不发生变化。

如图6所示，是本发明中分布式直流微电网具有多个主从式储能单元时离网转并网下控制方法的示意图，此时电网侧双向AC/DC变流器支撑母线电压。电网恢复时，首先查看岸电电源系统是否存在计划孤岛或者非计划孤岛的设置。若双向AC/DC变流器检测到交流电压恢复，且不存在计划孤岛设置，则双向AC/DC变流器恢复对直流母线电压的控制，待控制稳定后，双向AC/DC变流器向双向DC/DC变换器(主机)下发并网运行指令，双向DC/DC变换器(主机)接收到并网运行指令后，转换控制模式，退出对直流母线电压的控制，同时清除主机设置；若存在计划孤岛设置时，不进行任何操作。待退出计划孤岛设置后，再执行无计划孤岛设置时的并网控制策略。

3)多个并机式储能单元

如图7所示，是本发明中分布式直流微电网具有多个并机式储能单元时并网转离网下控制方法的示意图，此时储能单元支撑直流母线电压。所谓多个并机式储能单元，是指在功率转换系统PCS具有一套控制系统控制多套储能装置且无主从机设置，在电网失电和恢复时均执行控制模式转换策略。分布式直流微电网岸电电源系统正常运行时，处于并网运行状态，电网侧双向AC/DC变流器控制直流母线电压并保证其稳定，同时，双向AC/DC变流器时刻检测交流侧电压。

如果电网出现离网孤岛情况，则电网进行失电控制：若存在计划孤岛设置，则双向AC/DC变流器检测双向DC/DC变换器的工作状态，确认处在正常工作状态的设备编号，然后双向AC/DC变流器停止对直流母线电压的控制，同时向处于正常工作状态的多台双向DC/DC变换器同时下发离网运行指令，双向DC/DC变换器接收到离网运行指令后，同时转换控制模式，并机运行共同为直流母线提供电压支撑；若存在非计划孤岛，则双向AC/DC变流器检测到交流侧电压跌落后，确认处在正常工作状态的设备编号，同时向处于正常工作状态的多台双向DC/DC变换器同时下发离网运行指令，多台双向DC/DC变换器同时转换模式为直流母线电压提供支撑。

如图8所示，是本发明中分布式直流微电网具有多个并机式储能单元时离网转并网下控制方法的示意图，此时电网侧双向AC/DC变流器支撑母线电压。电网恢复时，首先查看岸电电源系统是否存在计划孤岛或者非计划孤岛的设置。若双向AC/DC变流器检测到交流电压恢复，且不存在计划孤岛设置，则双向AC/DC变流器恢复对直流母线电压的控制，待控制稳定后，向多台双向DC/DC变换器同时下发并网运行指令，多台双向DC/DC变换器接收到并网运行指令后，同时转换控制模式，退出对直流母线电压的控制；若存在计划孤岛设置时，不进行任何操作。待退出计划孤岛设置后，再执行无计划孤岛设置时的并网控制策略

以上给出了本发明具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种岸电电源系统控制方法，其特征在于，该控制方法所基于的岸电电源系统中直流微电网通过直流母线连接双向AC/DC变流器后接入大电网，分布式发电设备通过双向DC/DC变换器连接到直流微电网的直流母线，所述控制方法包括如下步骤：

步骤1)：双向AC/DC变流器持续检测交流电网的电压，判断岸电电源系统是否处于正常运行状态；如果处于正常运行状态则双向AC/DC变流器控制直流母线电压稳定；如果处于非正常运行状态则转到步骤2)进行失电控制；

步骤2)：确认双向DC/DC变换器是否处于正常工作状态，然后双向AC/DC变流器向直流微电网中处于正常工作状态的双向DC/DC变换器发送离网运行指令，使其控制直流母线电压稳定，同时双向AC/DC变流器检测交流电网电压，若恢复正常则转到步骤3)进行电网恢复，若没有恢复正常则持续运行步骤2)；

步骤3)：双向AC/DC变流器重新恢复对直流母线电压的稳定控制，双向DC/DC变换器退出对直流母线电压的稳定控制。

2.根据权利要求1所述的一种岸电电源系统控制方法，其特征在于，在进行失电控制时，首先判断是否存在计划孤岛设置；若存在计划孤岛设置，则在执行步骤2)时双向AC/DC变流器停止控制直流母线电压，再向双向DC/DC变换器发送离网命令；若不存在计划孤岛设置则直接执行步骤2)。

3.根据权利要求1所述的一种岸电电源系统控制方法，其特征在于，步骤3中电网恢复包括计划孤岛设置下的恢复和非计划孤岛下的恢复；若是计划孤岛下的恢复则先退出计划孤岛设置，则系统进入非计划孤岛下的恢复控制策略，若电网真实恢复，则执行步骤3，若电网未真实恢复，则保持孤岛状态；若是非计划孤岛下的恢复则直接执行步骤3)；其中，计划孤岛是指电网并非真实失电，只是通过开关设备使系统与电网隔开的状态；非计划孤岛时，电网真实失电，无论开关设备是否是系统与电网隔开的状态。

4.根据权利要求1所述的一种岸电电源系统控制方法，其特征在于，所述直流微电网具有单个储能单元，确认双向DC/DC变换器正常工作后执行步骤2)，单个储能单元的双向DC/DC变换器变换控制模式来稳定直流母线电压。

5.根据权利要求1所述的一种岸电电源系统控制方法，其特征在于，所述直流微电网具有多个主从式储能单元，首先确认双向DC/DC变换器的工作状态，并选择一台正常工作的双向DC/DC变换器作为主机，然后执行步骤2)，其他双向DC/DC变换器工作状态不变。

6.根据权利要求1所述的一种岸电电源系统控制方法，其特征在于，所述直流微电网具有多个并机式储能单元，首先确认双向DC/DC变换器的工作状态，然后执行步骤2)，所有处于正常工作状态的双向DC/DC变换器均转换控制模式来稳定直流母线电压。