CN105449714B - 一种直流微网的孤岛切换控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直流微网的孤岛切换控制方法，包括：在并网状态下，并网双向变换器检测交流电网的电压值，储能双向变换器检测直流微网母线的电压值；当交流电网的电压值出现异常跌落时，并网双向变换器控制交流电网进入限流运行状态；当交流电网进入限流运行状态且直流微网母线的电压值满足第一孤岛切换条件或第二孤岛切换条件时，储能双向变换器控制储能装置切换至孤岛运行状态。该方法无需另外增加元器件就能实现孤岛切换的控制。此外，当需要孤岛切换控制时，并网双向变换器或储能双向变换器无需将检测结果发送至其它部件，而是亲自执行切换控制，节约时间，达到快速切换控制的目的。此外，本发明还公开一种直流微网的孤岛切换控制系统。
Description
技术领域
本发明涉及电力技术领域，特别是涉及一种直流微网的孤岛切换控制方法及系统。
背景技术
直流微网是在交流微网基础上进一步产生的专门针对可再生能源和储能装置并网设计的新型微网，可节省微网的一次性成本投资、提高系统供电效率，并可以大大提高在外部交流电网故障时的供电可靠性。直流微网相对于交流微网的优势之一在于，维持系统运行只需要稳定直流电压，而不需要维持系统频率。直流微网相较于交流微网在理论上具备更强的无缝切换能力，但其难点在于直流微网不具备交流大电网由系统发电机转子维持的较大系统惯性，其系统的惯性完全由直流母线电容维持。当母线电容失去交流网侧功率支持时，会出现孤岛现象，直流微网系统内部功率发生不平衡，功率的不平衡将会导致母线电容在若干毫秒内放电/充电至过电压/低电压状态，引发系统崩溃解列。
直流微网系统通常包含两部分，一部分是交流电网通过并网双向变换器与直流微网母线连接，另一部分是储能装置通过储能双向变换器与直流微网母线连接。在并网运行状态下，两个储能双向变换器均处于正常工作。但是当出现孤岛现象时，由于孤岛过程时间短，无法采用任何基于装置间通信的方式确保该过程的快速迅速完成。
由此可见，在出现孤岛现象时，如何快速实现孤岛切换是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种直流微网的孤岛切换控制方法，用于在出现孤岛现象时，如何快速实现孤岛切换。此外，本发明的目的还提供一种直流微网的孤岛切换控制系统。
为解决上述技术问题，本发明提供一种直流微网的孤岛切换控制方法，包括：
在并网状态下，并网双向变换器检测交流电网的电压值，储能双向变换器检测直流微网母线的电压值；
当所述交流电网的电压值出现异常跌落时，所述并网双向变换器控制所述交流电网进入限流运行状态；
当所述交流电网进入限流运行状态且所述直流微网母线的电压值满足第一孤岛切换条件或第二孤岛切换条件时，所述储能双向变换器控制储能装置切换至孤岛运行状态。
优选地，所述第一孤岛切换条件为：
所述直流微网母线的电压值小于所述直流微网的电压偏移系数与所述直流微网母线的额定电压值的乘积；
其中，所述交流电网的电压偏移系数大于0且小于1。
优选地，所述第二孤岛切换条件为：
所述直流微网母线的电压值大于所述直流微网母线的电压偏移系数与所述直流微网母线的额定电压值的乘积；
其中，所述直流微网母线的电压偏移系数大于1。
优选地，所述储能双向变换器控制储能装置切换至孤岛运行状态具体包括：
所述储能双向变换器获取其在并网状态与孤岛状态临界时刻的总输出电流命令；
所述储能双向变换器根据所述总输出电流命令相应的获取孤岛状态下的输出电流命令；
所述储能双向变换器根据所述孤岛状态下的输出电流命令控制所述储能装置输出；
其中，所述总输出电流命令存储于寄存器中。
优选地，还包括：直流微网中央控制器监控所述并网双向变换器的控制状态和所述储能双向变换器的控制状态。
一种直流微网的孤岛切换控制系统，包括：
并网双向变换器，用于在并网状态下检测交流电网的电压值，当所述交流电网的电压值出现异常跌落时，所述并网双向变换器还用于控制所述交流电网进入限流运行状态；
储能双向变换器，用于当所述交流电网进入限流运行状态且所述直流微网母线的电压值满足第一孤岛切换条件或第二孤岛切换条件时，所述储能双向变换器控制储能装置切换至孤岛运行状态
优选地，所述第一孤岛切换条件为：
所述直流微网母线的电压值小于所述直流微网的电压偏移系数与所述直流微网母线的额定电压值的乘积；
其中，所述交流电网的电压偏移系数大于0且小于1。
优选地，所述第二孤岛切换条件为：
所述直流微网母线的电压值大于所述直流微网母线的电压偏移系数与所述直流微网母线的额定电压值的乘积；
其中，所述直流微网母线的电压偏移系数大于1。
优选地，所述储能双向变换器具体包括：
第一获取单元，用于获取所述储能双向变换器在并网状态与孤岛状态临界时刻的总输出电流命令；
第二获取单元，用于根据所述总输出电流命令相应的获取孤岛状态下的输出电流命令；
控制单元，用于根据所述孤岛状态下的输出电流命令控制所述储能装置输出；
其中，所述总输出电流命令存储于寄存器中。
优选地，还包括：直流微网中央控制器，用于监控所述并网双向变换器的控制状态和所述储能双向变换器的控制状态。
本发明所提供的直流微网的孤岛切换控制方法，通过并网双向变换器检测交流电网的电压值以及储能双向变换器检测直流微网母线的电压值，当交流电网的电压值出现异常跌落时，并网双向变换器控制交流电网进入限流运行状态；当交流电网进入限流运行状态且直流微网母线的电压值满足第一孤岛切换条件或第二孤岛切换条件时，储能双向变换器控制储能装置切换至孤岛运行状态。该方法无需另外增加元器件就能实现孤岛切换的控制。此外，当需要孤岛切换控制时，储能双向变换器无需将检测结果发送至其它部件，而是亲自执行切换控制，节约时间，达到快速切换控制的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种直流微网的孤岛切换控制方法的流程图；
图2为本发明提供的一种直流微网的孤岛切换控制系统的结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护范围。
本发明的核心是提供一种直流微网的孤岛切换控制方法及系统。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
实施例一
图1为本发明提供的一种直流微网的孤岛切换控制方法的流程图。直流微网的孤岛切换控制方法，包括：
S10：在并网状态下，并网双向变换器检测交流电网的电压值，储能双向变换器检测直流微网母线的电压值。
在并网状态下，直流微网母线能够获取交流电网和储能装置的电能。并网双向变换器与交流母线连接，将交流母线的电压进行转换传输至直流微网母线，或者将直流微网母线的电压进行转换，传输至交流母线。并网双向变换器实时检测交流电网的电压值。储能双向变换器与储能装置连接，将储能装置的电压进行转换传输至直流微网母线，或者将直流微网母线的电压进行转换，传输至储能装置。
S11：当交流电网的电压值出现异常跌落时，并网双向变换器控制交流电网进入限流运行状态。
S12：当交流电网进入限流运行状态且直流微网母线的电压值满足第一孤岛切换条件或第二孤岛切换条件时，储能双向变换器控制储能装置切换至孤岛运行状态。
并网双向变换器能够实时检测交流电网的电压值，当检测到交流电网的电压值出现异常跌落时，控制交流电网进入限流运行状态。如果交流电网的电压值出现异常，则也会引起直流微网母线的电压值出现异常。储能双向变换器能够实时检测直流微网母线的电压值，如果满足第二孤岛切换条件时，控制储能装置切换至孤岛运行状态。
本实施例提供的直流微网的孤岛切换控制方法，通过并网双向变换器检测交流电网的电压值以及储能双向变换器检测直流微网母线的电压值，然后并网双向变换器或储能双向变换器分别根据各自的检测结果控制交流电网或储能装置的运行状态。该方法无需另外增加元器件就能实现孤岛切换的控制。此外，当需要孤岛切换控制时，并网双向变换器或储能双向变换器无需将检测结果发送至其它部件，而是亲自执行切换控制，节约时间，达到快速切换控制的目的。
其中，在上述实施例的基础上，第一孤岛切换条件为：
直流微网母线的电压值大于直流微网母线的电压偏移系数与直流微网母线的额定电压值的乘积；
其中，直流微网母线的电压偏移系数大于0且小于1。
其中，在上述实施例的基础上，第二孤岛切换条件为：
直流微网母线的电压值大于直流微网母线的电压偏移系数与直流微网母线的额定电压值的乘积；
其中，直流微网母线的电压偏移系数大于1。
在具体实施中，可定义直流微网母线的电压值为Vdc，直流微网母线的电压偏移系数为A1(上升时)，直流微网母线的电压偏移系数为A2(下降时)，直流微网母线的额定电压值为Vn。因此，0<A1<1，A2>1。当检测到Vdc<A1*Vn时，表明满足第一孤岛切换条件；当检测到Vdc>A2*Vn时，表明满足第二孤岛切换条件。
其中，储能双向变换器控制储能装置切换至孤岛运行状态具体包括：
储能双向变换器获取其在并网状态与孤岛状态临界时刻的总输出电流命令。
储能双向变换器根据总输出电流命令相应的获取孤岛状态下的输出电流命令。
储能双向变换器根据孤岛状态下的输出电流命令控制储能装置输出。
其中，总输出电流命令存储于寄存器中。
在具体实施中，储能双向变换器控制储能装置切换至孤岛运行状态具体包括三个阶段，第一个阶段是获取当在并网状态与孤岛状态临界时刻的总输出电流命令。这个总输出电流命令具体通过如下方法计算得到：
储能双向变换器运行输入至直流微网母线电流由两部分组成：储能管理系统(BMS)分量和高通电压稳定分量直接叠加组成。储能管理系统分量是指储能系统的瞬时充放电功率；高通电压稳定分量用于平抑直流微网功率波动，并网稳定运行状态下的平均功率为零。
其中，储能管理系统分量由储能装置结合中央控制器命令产生，用于储能系统管理优化，不在本专利描述内容之中。
储能双向变换器的高通电压稳定分量通过本地双向电压有差调节器控制算法，再经高通数字滤波后产生。储能双向变换器实时监测直流微网母线电压。其中双向电压调节器执行方式如下式所示：
U(k+1)＝D[Vdc(k+1)-Vdc(k)]+U(k)。
其中，D为调节器系数，由工程师根据实际情况整定得到，U(k+1)为当前电压调节器输出，用以输入高通数字调节器，U(k)为上一控制周期电压调节器输出，两者输入高通数字调节器后产生最终的电压稳定分量；Vdc(k+1)、Vdc(k)分别为当前与上一次控制周期采集的本地直流电压，即直流微网母线的电压。高通数字调节器执行方式如下式所示：G(k+1)＝T/(T+Ts)·[U(k+1)-U(k)+Y(k))]。
上式中，Ts为高通数字调节器控制周期常数，由变流器厂家提供。T为高通调节器时间常数，应满足T>>Ts，由现场工程师根据实际情况调节。G(k+1)为当前控制周期高通数字调节器输出，G(k)为上次控制周期高通数字调节器输出；U(k+1)为当前控制周期电压调节器输入，U(k)为上次控制周期电压调节器输入。
最终并网状态下，即并网状态与孤岛状态临界时刻时，储能双向变换器总体输出电流命令为：Iref＝G(k+1)+IBMS。
式中，IBMS为储能管理系统分量对应的电流命令，由储能管理系统根据实际情况自动给定。
当得到了总输出电流命令后，就需要计算孤岛运行状态下的参数。孤岛条件下，储能双向变换器采用单侧迭代有差电压控制策略，其单向电压控制器算法执行方式为：
I(k+1)＝Di[ΔVdc(k+1)-ΔVdc(k)]+I(k)。
式中，I(k+1)为第(k+1)次(即当前)控制周期下，电流输出命令；I(k)为上一周期孤岛电流输出命令；Di为下垂曲线斜率；ΔVdc(k+1)为当前电压偏差；ΔVdc(k)为上一周期电压偏差。其中，电压偏差计算方式为：ΔVdc＝VREFi-Vdc。
其中，VREFi为孤岛状态下的电压基准值，当Vdc>VN时，VREFi＝A1VN；当Vdc<VN时，VREFi＝A2VN。
综上所述，储能双向变换器在切换时继承了切换前的电流工作状态，避免了切换瞬间可能存在的电流非线性震荡过程，可使系统更快到达新的稳定工作点。
其中，还包括：直流微网中央控制器监控并网双向变换器的控制状态和储能双向变换器的控制状态。
在上述实施例的基础上，直流微网中央控制器监控并网双向变换器的控制状态和储能双向变换器的控制状态。直流微网中央控制器通过以太网与并网双向变换器和储能双向变换器通讯，能够将对应的参数设置传输给并网双向变换器和储能双向变换器，例如直流微网母线的电压偏移系数以及第一孤岛切换条件和第二孤岛切换条件等。另外，还可以包括，直流微网中央控制器将监控到的并网双向变换器的控制状态和储能双向变换器的控制状态发送给远程监控平台。
实施例二
图2为本发明提供的一种直流微网的孤岛切换控制系统的结构图。直流微网的孤岛切换控制系统，包括：
并网双向变换器10，用于在并网状态下检测交流电网的电压值，当所述交流电网的电压值出现异常跌落时，所述并网双向变换器还用于控制所述交流电网进入限流运行状态；
储能双向变换器11，用于当所述交流电网进入限流运行状态且所述直流微网母线的电压值满足第一孤岛切换条件或第二孤岛切换条件时，所述储能双向变换器控制储能装置切换至孤岛运行状态。
具体实施中，在并网状态下，直流微网母线能够获取交流电网和储能装置的电能。并网双向变换器10与交流母线连接，将交流母线的电压进行转换传输至直流微网母线，或者将直流微网母线的电压进行转换，传输至交流母线。并网双向变换器10实时检测交流电网的电压值。储能双向变换器11与储能装置连接，将储能装置的电压进行转换传输至直流微网母线，或者将直流微网母线的电压进行转换，传输至储能装置。
并网双向变换器10能够实时检测交流电网的电压值，当检测到交流电网的电压值出现异常跌落时，控制交流电网进入限流运行状态。如果交流电网的电压值出现异常，则也会引起直流微网母线的电压值出现异常。储能双向变换器11能够实时检测直流微网母线的电压值，如果满足第一孤岛切换条件或第二孤岛切换条件时，控制储能装置切换至孤岛运行状态。
本实施例提供的直流微网的孤岛切换控制系统，通过并网双向变换器检测交流电网的电压值以及储能双向变换器检测直流微网母线的电压值，然后并网双向变换器或储能双向变换器分别根据各自的检测结果控制交流电网或储能装置的运行状态。该方法无需另外增加元器件就能实现孤岛切换的控制。此外，当需要孤岛切换控制时，并网双向变换器或储能双向变换器无需将检测结果发送至其它部件，而是亲自执行切换控制，节约时间，达到快速切换控制的目的。
其中，第一孤岛切换条件为：
直流微网母线的电压值小于直流微网的电压偏移系数与直流微网母线的额定电压值的乘积；
其中，交流电网的电压偏移系数大于0且小于1。
其中，直流微网母线的电压偏移系数大于0且小于1。
其中，第二孤岛切换条件为：
直流微网母线的电压值大于直流微网母线的电压偏移系数与直流微网母线的额定电压值的乘积；
其中，直流微网母线的电压偏移系数大于1。
其中，储能双向变换器具体包括：
第一获取单元，用于获取储能双向变换器在并网状态与孤岛状态临界时刻的总输出电流命令；
第二获取单元，用于根据总输出电流命令相应的获取孤岛状态下的输出电流命令；
控制单元，用于根据孤岛状态下的输出电流命令控制储能装置输出；
其中，总输出电流命令存储于寄存器中。
其中，还包括：直流微网中央控制器，用于监控并网双向变换器的控制状态和储能双向变换器的控制状态。
由于实施例二是实施例一中的方法对应的装置部分的实施例，因此，具体的实施方式请参见实施例一的描述，这里暂不赘述。
以上对本发明所提供的直流微网的孤岛切换控制方法及系统进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
Claims (6)
1.一种直流微网的孤岛切换控制方法，其特征在于，包括：
在并网状态下，并网双向变换器检测交流电网的电压值，储能双向变换器检测直流微网母线的电压值；
当所述交流电网的电压值出现异常跌落时，所述并网双向变换器控制所述交流电网进入限流运行状态；
当所述交流电网进入限流运行状态且所述直流微网母线的电压值满足第一孤岛切换条件或第二孤岛切换条件时，所述储能双向变换器控制储能装置切换至孤岛运行状态；
其中，所述第一孤岛切换条件为所述直流微网母线的电压值小于所述直流微网的电压偏移系数与所述直流微网母线的额定电压值的乘积；所述直流微网母线的电压偏移系数大于0且小于1；
所述第二孤岛切换条件为所述直流微网母线的电压值大于所述直流微网母线的电压偏移系数与所述直流微网母线的额定电压值的乘积；所述直流微网母线的电压偏移系数大于1。
2.根据权利要求1所述的直流微网的孤岛切换控制方法，其特征在于，所述储能双向变换器控制储能装置切换至孤岛运行状态具体包括：
所述储能双向变换器获取其在并网状态与孤岛状态临界时刻的总输出电流命令；
所述储能双向变换器根据所述总输出电流命令相应的获取孤岛状态下的输出电流命令；
所述储能双向变换器根据所述孤岛状态下的输出电流命令控制所述储能装置输出；
其中，所述总输出电流命令存储于寄存器中。
3.根据权利要求1或2任意一项所述的直流微网的孤岛切换控制方法，其特征在于，还包括：直流微网中央控制器监控所述并网双向变换器的控制状态和所述储能双向变换器的控制状态。
4.一种直流微网的孤岛切换控制系统，其特征在于，包括：
并网双向变换器，用于在并网状态下检测交流电网的电压值，当所述交流电网的电压值出现异常跌落时，所述并网双向变换器还用于控制所述交流电网进入限流运行状态；
储能双向变换器，用于当所述交流电网进入限流运行状态且所述直流微网母线的电压值满足第一孤岛切换条件或第二孤岛切换条件时，所述储能双向变换器控制储能装置切换至孤岛运行状态；
其中，所述第一孤岛切换条件为所述直流微网母线的电压值小于所述直流微网的电压偏移系数与所述直流微网母线的额定电压值的乘积；所述直流微网母线的电压偏移系数大于0且小于1；
所述第二孤岛切换条件为所述直流微网母线的电压值大于所述直流微网母线的电压偏移系数与所述直流微网母线的额定电压值的乘积；所述直流微网母线的电压偏移系数大于1。
5.根据权利要求4所述的直流微网的孤岛切换控制系统，其特征在于，所述储能双向变换器具体包括：
第一获取单元，用于获取所述储能双向变换器在并网状态与孤岛状态临界时刻的总输出电流命令；
第二获取单元，用于根据所述总输出电流命令相应的获取孤岛状态下的输出电流命令；
控制单元，用于根据所述孤岛状态下的输出电流命令控制所述储能装置输出；
其中，所述总输出电流命令存储于寄存器中。
6.根据权利要求4或5任意一项所述的直流微网的孤岛切换控制系统，其特征在于，还包括：直流微网中央控制器，用于监控所述并网双向变换器的控制状态和所述储能双向变换器的控制状态。
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201511019304.3A Active CN105449714B (zh) | 2015-12-30 | 2015-12-30 | 一种直流微网的孤岛切换控制方法及系统 |
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|---|---|
| CN (1) | CN105449714B (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011115419A2 (ko) * | 2010-03-17 | 2011-09-22 | 테크원 주식회사 | 분해 조립식 태양광 및 풍력 발전장치 |
| CN102916481A (zh) * | 2012-08-16 | 2013-02-06 | 深圳微网能源管理系统实验室有限公司 | 一种直流微网系统及其能量管理方法 |
| CN104917365A (zh) * | 2015-06-25 | 2015-09-16 | 深圳市英威腾电气股份有限公司 | 一种限流方法及限流装置 |
| CN105071415A (zh) * | 2015-08-17 | 2015-11-18 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 微网能量调节方法及系统 |
| CN105140968A (zh) * | 2015-10-23 | 2015-12-09 | 武汉大学 | 一种基于故障限流-快速储能协调控制的微电网暂态性能强化装置及方法 |
-
2015
- 2015-12-30 CN CN201511019304.3A patent/CN105449714B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011115419A2 (ko) * | 2010-03-17 | 2011-09-22 | 테크원 주식회사 | 분해 조립식 태양광 및 풍력 발전장치 |
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| CN105140968A (zh) * | 2015-10-23 | 2015-12-09 | 武汉大学 | 一种基于故障限流-快速储能协调控制的微电网暂态性能强化装置及方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 基于多层控制的微电网运行模式的无缝切换策略;张雪松等;《电力系统自动化》;20150510;第39卷(第9期);第179-184页 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105449714A (zh) | 2016-03-30 |
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