CN105470993A - 一种微电网系统并网转孤网的稳定控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微电网系统并网转孤网的稳定控制方法，包括以下内容：微电网能量管理系统根据负荷等级以及风机发电功率计算相应功率缺额；监测并确认锂电储能双向变流器(PCS)并网运行状态，切换磷酸铁锂电池双向变流器PCS为下垂模式，磷酸铁锂电池双向变流器PCS智能跟随负荷变化；锂电作为过渡主电源控制混合储能系统带微电网内所有负荷，断公共耦合点(PCC点)开关，启动柴油发电机，柴油发电机自动跟随磷酸铁锂电池双向变流器PCS电压、频率后转为VF模式，由柴油发电机作为主电源带微电网内所有负荷；能量管理系统切磷酸铁锂电池双向变流器PCS为PQ运行模式，并确认系统稳定运行，从而稳定实现微电网计划并网转孤网控制。

Description

一种微电网系统并网转孤网的稳定控制方法

技术领域

本发明涉及一种微电网系统并网转孤网的稳定控制方法。

背景技术

微电网一般由分布式电源、储能系统以及不同等级的用电负荷组成。微电网内各布式能源的输出功率具有随机性和间歇性，用电负荷具有波动性，储能系统各电池以及PCS又各具特性，因此，微电网系统计划并网转孤网可靠稳定的转换，以及实时平滑的切换技术至关重要。

专利号为“CN102709946A”的中国专利“一种微电网由并网向孤网无缝切换的方法”需要较大容量的储能电池来支撑微电网内负荷用电，系统功能受限于储能单元的额定充放电功率，投入成本较大；由并网状态直接转为离网状态，不经过中间过渡过程会导致转换不成功使得整个系统瘫痪；该方法由并网向孤网转换后没有提供建立微电网电压频率的主电源，微电网系统是无法正常运行的。

专利号为“CN102904282A”的中国专利“一种基于储能单元中逆变器的微电网并网控制方法”给出了一种微电网的并网控制方法。该方法在并网前要求各并列运行的逆变电源均采用下垂控制策略。这样对逆变电源控制设备的性能要求较高，并会增加控制转换的时间，而无论是并转孤还是孤转并，转换时间是一个关键的参数，时间越短越能提高系统的控制精度。

发明内容

本发明提供一种微电网系统并网转孤网的稳定控制方法，通过实际的工程验证解决了上述问题，它具有实现微电网系统计划并转孤可靠稳定的转换，实时平滑切换，从而使得转换过程带来的冲击控制在系统以及负荷承受范围内的优点，通过长岛分布式发电及微电网接入控制示范工程，验证了本发明的可行性与有效性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种微电网系统并网转孤网的稳定控制方法，包括如下步骤：

步骤(1):微电网能量管理系统实时监控微电网内负荷功率以及风机输出功率，并根据负荷功率以及风机输出功率计算风机带载微电网内所有负荷的功率缺额；

步骤(2):磷酸铁锂电池双向变流器PCS接收微电网能量管理系统控制指令启动并网，并由能量管理系统确认锂电并网成功后，根据步骤(1)的功率缺额启动磷酸铁锂电池双向变流器PCS并网运行，微电网能量管理系统确认磷酸铁锂电池双向变流器PCS并网运行稳定后发下垂指令，切换磷酸铁锂电池双向变流器PCS为下垂模式；

步骤(3):磷酸铁锂电池双向变流器PCS输入输出功率跟随负荷变化，设置锂电为临时主电源控制混合储能系统跟随微电网内负荷变化，使PCC点处的功率为零，当微电网能量管理系统监测到PCC开关满足断开条件时，断开PCC开关；

步骤(4):启动柴油发电机，柴油发电机的电压和频率跟随磷酸铁锂电池双向变流器PCS电压和频率，当柴油发电机与磷酸铁锂电池双向变流器PCS电压和频率同步后，柴油发电机转为VF模式，由柴油发电机作为主电源带载微电网内所有负荷；

随后微电网能量管理系统监测柴油发电机建立稳定电源后，能量管理系统切磷酸铁锂电池双向变流器PCS为PQ运行模式，并监测系统稳定运行，从而完成微电网计划并网转孤网控制。

所述混合储能系统包括锂电池储能模块、铅酸电池储能模块、超级电容储能模块及相应的PCS。

所述柴油发电机在微电网并网运行或风机能够带载微电网内所有负荷时，处于停机状态。

PCS的英文全称是：PowerConversionSystem

PCC的英文全称是：PointofCommonCoupling

PQ：有功功率和无功功率分别用P和Q表示，PQ模式就是对有功功率和无功功率的控制模式，在此模式下有功功率和无功功率是可控的。

柴油发电机转为VF模式：电压/频率模式，在此模式下，电压和频率是可控可调节的。

本发明的有益效果：

1本发明使用较小储能电池即可支撑电网内负荷用电，投入成本较小。

2本发明在转换过程中只设置储能系统对应的PCS运行在下垂模式，降低了系统对逆变器的性能要求。

3柴油发电机启动后，由柴油发电机作为微电网主电源提供系统电压和频率支撑，提高了系统的稳定性。

4本发明控制转换时间短，控制精度高。

附图说明

图1微电网混合储能系统结构示意图；

图2微电网计划并网转孤网稳定控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

图1给出了微电网混合储能系统结构，本微电网系统包括风力发电机系统、柴油发电机系统、不同等级的负荷、混合储能系统以及相应规格参数的断路器、变压器等。

风机系统由风机通过断路器QF3、QF4和对应的隔离升压变压器TM1、TM2挂在交流母线上，风机交流母线通过若干断路器QF1、QF2、QF5连接到35kv母线侧，QF1、QF2、QF5主要有保护和隔离风机系统的作用，并且受能量管理系统控制，根据微电网运行状态投切风机。

柴油发电机系统通过断路器QF10、变压器TM4挂在10kv交流母线侧。断路器QF10接受能量管理系统控制启停柴油发电机以及功率调度；并且柴油发电机设计容量大于微电网内所有负荷满功率运行。

负荷根据相应等级通过各自的断路器以及变压器分别挂在10kv母线上，负荷侧的断路器接受能量管理系统控制完成负荷投切。

混合储能系统包括锂电池、铅酸电池、超级电容以及相应的PCS、断路器和隔离变，混合储能系统通过断路器QF18，35kv变压器以及断路器QF17连接到35kv交流母线侧。

35kv交流母线通过PCC开关QF13以及旁路开关QF14与大电网连接。

微电网正常运行时首先保证风机不脱机，能量管理系统根据系统功率参数实时调度柴油发电机、混合储能系统以及负荷系统，保证系统内功率平衡。

系统故障时，能量管理系统能够快速断开PCC点，保证微电网系统安全稳定运行。

如图1所示，微电网混合储能系统，包括大电网，所述大电网分别通过PCC开关QF13以及旁路开关QF14与第一交流母线连接，所述第一交流母线分别与风机系统、柴油发电机、负荷、混合储能系统连接；所述混合储能系统包括锂电池储能模块、超级电容储能模块和铅酸电池储能模块连接。所述第一交流母线通过微电网能量管理系统分别与第五交流母线和第七交流母线连接。

所述第一交流母线通过断路器QF6与第二交流母线连接；所述第二交流母线通过断路器QF5与第三交流母线连接，所述第三交流母线分别通过断路器QF1和断路器QF2与第四交流母线连接，所述断路器QF1通过依次连接的隔离升压变压器TM1和断路器QF3与第一风机连接，所述断路器QF2通过依次连接的隔离升压变压器TM2和断路器QF4与第二风机连接。

所述第一交流母线通过变压器TM3与第五交流母线连接，所述第五交流母线通过断路器QF15与第九交流母线连接，所述第九交流母线通过依次连接的变压器TM7和断路器QF16与第一负荷连接。

所述第五交流母线通过断路器QF9与第六交流母线连接，所述第六交流母线通过断路器QF8与第八交流母线连接，所述第八交流母线通过依次连接的变压器TM6和断路器QF12与第二负荷连接。

所述第六交流母线还通过断路器QF7与第十交流母线连接，所述第十交流母线通过依次连接的变压器TM4和断路器QF10与柴油发电机连接；所述第十交流母线通过依次连接的变压器TM5和断路器QF11与第三负荷连接。

所述第一交流母线通过依次连接的断路器QF17、变压器TM8和断路器QF18与第七交流母线连接；所述第七交流母线分别与锂电池储能模块、超级电容储能模块和铅酸电池储能模块连接；

所述锂电池储能模块包括依次连接的变压器TM9、断路器QF19、双向变流器PCS1和锂电池；其中变压器TM9的一端与第七交流母线连接；

所述铅酸电池储能模块包括依次连接的变压器TM10、断路器QF20、双向变流器PCS2和铅酸电池，其中，变压器TM10的一端与第七交流母线连接；

所述超级电容储能模块包括依次连接的变压器TM11、断路器QF21、双向变流器PCS3和超级电容，其中，变压器TM11的一端与第七交流母线连接。

所述第一交流母线为35kV交流母线。

所述第二交流母线为35kV交流母线。

所述第三交流母线为35kV交流母线。

所述第四交流母线为35kV交流母线。

所述第五交流母线为10kV交流母线。

所述第六交流母线为10kV交流母线。

所述第七交流母线为400V交流母线。

所述第八交流母线为10kV交流母线。

所述第九交流母线为10kV交流母线。

所述第十交流母线为10kV交流母线。

图2给出了微电网计划并网转孤网稳定控制流程图，微电网能量管理系统实时监控微电网内所述负荷功率以及风机输出功率，并根据网侧PCC点功率计算风机带载微电网内所有负荷的功率缺额；

根据相应功率缺额以及储能系统中锂电装机容量选择投切一般性负荷并启动磷酸铁锂电池双向变流器PCS并网运行，磷酸铁锂电池双向变流器PCS启动需要能量管理系统确认启动成功后，切换磷酸铁锂电池双向变流器PCS为下垂模式，否则，判断为系统控制失败，程序停止运行，从而保证微电网系统的稳定；

磷酸铁锂电池双向变流器PCS智能跟随负荷变化，设置锂电为临时主电源控制混合储能系统跟随微电网内负荷，能量管理系统监测到PCC开关满足同期条件时断PCC开关，并再次判断PCC开关是否断开；

PCC开关断开成功后，启动柴油发电机，柴油发电机自动同步磷酸铁锂电池双向变流器PCS电压、频率后转为VF模式，由柴油发电机作为主电源带载微电网内所有负荷；

随后能量管理系统切磷酸铁锂电池双向变流器PCS为PQ运行模式，并确认系统稳定运行，从而完成微电网计划并网转孤网控制。

如图2所示，具体步骤如下：

步骤(1)：调节运行的负荷；调节分布式的电源；设置负荷上限；调节储能电源，锂电池和超级电容；

步骤(2)：判断锂电池PCS是否并网运行，如果是就进入步骤(3)；如果否就结束；

步骤(3)：切换磷酸铁锂电池双向变流器PCS为下垂模式；

步骤(4)：检查磷酸铁锂电池双向变流器PCS下垂是否成功，如果是就进入步骤(5)；如果否就结束；

步骤(5)：断开PCC开关；

步骤(6)：判断PCC开关是否断开；如果是就启动柴油发电机，并进入步骤(7)；

步骤(7)：判断柴油发电机是否启动成功，如果是就关闭柴油发电机并网开关，并进入步骤(8)；如果否就结束；

步骤(8)：判断柴油发电机是否并网成功，如果是就进入步骤(9)；如果否就结束；

步骤(9)：判断锂电池PCS是否满足切换到PQ；如果是就切磷酸铁锂电池双向变流器PCS为PQ模式，进入步骤(10)；如果否就结束；

步骤(10)：判断磷酸铁锂电池双向变流器PCS转PQ是否成功，如果是就调节磷酸铁锂电池双向变流器PCS的PQ值，进入步骤(11)；如果否就结束；

步骤(11)：确认系统是否稳定运行，如果是就成功，如果否就失败。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (3)

1.一种微电网系统并网转孤网的稳定控制方法，其特征是，包括如下步骤：

步骤(1):微电网能量管理系统实时监控微电网内负荷功率以及风机输出功率，并根据负荷功率以及风机输出功率计算风机带载微电网内所有负荷的功率缺额；

步骤(2):磷酸铁锂电池双向变流器PCS接收微电网能量管理系统控制指令启动并网，并由能量管理系统确认锂电并网成功后，根据步骤(1)的功率缺额启动磷酸铁锂电池双向变流器PCS并网运行，微电网能量管理系统确认磷酸铁锂电池双向变流器PCS并网运行稳定后发下垂指令，切换磷酸铁锂电池双向变流器PCS为下垂模式；

步骤(3):磷酸铁锂电池双向变流器PCS输入输出功率跟随负荷变化，设置锂电为临时主电源控制混合储能系统跟随微电网内负荷变化，使PCC点处的功率为零，当微电网能量管理系统监测到PCC开关满足断开条件时，断开PCC开关；

步骤(4):启动柴油发电机，柴油发电机的电压和频率跟随磷酸铁锂电池双向变流器PCS电压和频率，当柴油发电机与磷酸铁锂电池双向变流器PCS电压和频率同步后，柴油发电机转为VF模式，由柴油发电机作为主电源带载微电网内所有负荷；

随后微电网能量管理系统监测柴油发电机建立稳定电源后，能量管理系统切磷酸铁锂电池双向变流器PCS为PQ运行模式，并监测系统稳定运行，从而完成微电网计划并网转孤网控制。

2.根据权利要求1所述的一种微电网系统并网转孤网的稳定控制方法，其特征在于，所述微电网能量管理系统包括锂电池、铅酸电池、超级电容及相应的PCS。

3.根据权利要求1所述的一种微电网系统并网转孤网的稳定控制方法，其特征在于，所述柴油发电机在微电网并网运行或风机足够带载微电网内所有负荷时处于停机状态。