CN105594086B - 用以减少微电网孤岛风险的冗余公共耦合点(pcc) - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种连接至少一个分布式发电机130的微电网100。该微电网包括第一开关111，其被配置成用于在闭合位置，在第一公共耦合点(PCC)141处将该微电网连接到第一网络线路121，并且用于在断开位置，在第一PCC处将该微电网从第一网络线路断开连接；第二开关112，其被配置成用于在闭合位置，在第二PCC 142处将该微电网连接到第二网络线路122，并用于在断开位置，在第二PCC处将该微电网从第二网络线路断开连接；以及控制单元150，其被配置成用于当在第二开关处于其闭合位置且第一开关处于其断开位置时已检测到孤岛事件时，进行动作以闭合第一开关，使其进入其闭合位置。
Description
技术领域
本公开涉及连接至少一个分布式发电机并具有到交流电(AC)电力网的第一和第二公共耦合点(PCC)的微电网。
背景技术
微电网是经由公共耦合点(PCC)连接到传统集中式电网(宏电网)的正常操作的发电、储能及负载本地化群组。与宏电网的单个公共耦合点可以断开连接，使微电网孤岛化。微电网是用于所谓的分布式发电(DG)的结构的一部分，分布式发电旨在从许多小的能量源在本地产生电功率。
微电网(在电网连接模式下，即连接到宏电网)从连接DG点供应优化或最大功率输出，并且功率的其余部分由宏电网供应。微电网通过可控开关在PCC处连接到宏电网。在电网故障期间失去此电网连接并且微电网被孤岛化。
US 8,447,435一般性地公开了利用PCC到宏电网的多个微电网之间的连接及其控制。
为了避免孤岛化，可以使用多个PCC。可提供多个PCC连接以改善电网可靠性，但是电源管理、保护、电力潮流控制、稳定性和孤岛检测(在一个PCC点处)变得更加复杂。
发明内容
本发明的目的是通过在避免使用多个PCC的增加复杂性的同时降低孤岛的风险，来缓解上述现有技术的问题。本发明的解决方案是仅在一个PCC处连接，但是能够在检测到孤岛时经由另一PCC连接。
根据本发明的一方面，提供了一种被连接在至少一个分布式发电机处的微电网。该微电网包括第一开关，其被配置成用于在闭合位置，在第一公共耦合点(PCC)处将该微电网连接到第一网络线路，并且用于在断开位置，在第一PCC处将该微电网从第一网络线路断开连接；第二开关，其被配置成用于在闭合位置，在第二PCC处将该微电网连接到第二网络线路，并用于在断开位置，在第二PCC处将该微电网从第二网络线路断开连接；以及控制单元，其被配置成用于当在第二开关处于其闭合位置且第一开关处于其断开位置时已检测到孤岛事件时，进行动作以闭合第一开关，使其进入其闭合位置。
根据本发明的一方面，提供了一种由控制单元针对微电网执行的方法。该微电网连接至少一个分布式发电机，并包括第二开关和第一开关，该第二开关在闭合位置，在第二PCC处将该微电网连接到第二网络线路，该第一开关在断开位置，在第一PCC处将该微电网从第一网络线路断开连接。该方法包括检测孤岛事件发生；并且响应于检测到的孤岛而进行动作以使闭合第一开关，使其进入其闭合位置。因此，当检测到孤岛、促使第一开关的闭合以便将位微电网连接到第一网络线路时，使微电网经由第二开关连接到第二网络线路。
借助于本发明的实施例，可以通过使用多个可用PCC来处理孤岛，同时通过并不使所有可用PCC同时激活来保持低的控制复杂性。
在某些实施例中，控制单元还被配置成用于检测孤岛事件发生，并且进行动作以闭合第一开关响应于检测到的孤岛。替换地，可以以某种其它方式(例如，手动地)检测孤岛，并且可以将关于发生的孤岛的信息输入到控制单元。
在某些实施例中，控制单元被配置成用于响应于检测到的孤岛而进行动作以断开第二开关，使其进入其断开位置。这可以便于避免经由第二PCC而发生任何干扰。
在某些实施例中，所述第一网络线路与所述第二网络线路被包括在相同的网络中。
在某些其它实施例中，所述第一网络线路包括在第一网络电网中，并且所述第二网络线路包括在不同于第一网络电网的第二网络电网中。
在某些实施例中，所述控制单元被配置成用于接收关于微电网中的至少一条总线的电压和分布式发电机的功率的信息。
在某些实施例中，所述控制单元被配置成用于周期性地接收关于微电网中的电力潮流的信息。
在某些实施例中，所述控制单元被配置成用于当第一开关处于其断开位置时周期性地接收关于第一网络线路的电网电压的信息。
在某些实施例中，所述控制单元被配置成用于当第一开关处于其断开位置时计算用于第一PCC的潮流参考，并用于当第二开关处于其闭合位置时将所述功率参考用于控制第一PCC上的电力潮流。
在某些实施例中，所述控制单元包括中央控制器以及用于控制第一PCC上的电力潮流的第一接口控制器和用于控制第二PCC上的电力潮流的第二接口控制器。
在某些实施例中，所述微电网包括第三开关，其被配置成用于在闭合位置，在第三PCC处将微电网连接到第三网络线路，并且用于在断开位置，在第三PCC处将微电网从第三网络线路断开连接；其中，控制单元被配置成用于响应于检测到的孤岛而进行动作以闭合第三开关，使其从其断开位置进入其闭合位置。
一般地，在权利要求中使用的所有术语应根据其在技术领域中的普通意义来解释，除非在本文中另外明确地定义。应将对“一/一个/该元件、装置、组件、部件、步骤等”的所有提及开放地解释为提及元件、装置、组件、部件、步骤等的至少一个实例，除非另外明确地说明。本文公开的任何方法的步骤不必按照公开的精确顺序执行，除非明确地说明。本公开的用于不同特征/组件的“第一”、“第二”等的使用仅仅意图将该特征/组件与其它类似特征/组件区别开而不对特征/组件赋予任何顺序或等级。
附图说明
将参考附图仅以示例的方式来描述实施例，在所述附图中：
图1是根据本发明的微电网的实施例的示意性框图。
图2是根据本发明的微电网的另一实施例的示意性框图。
图3是根据本发明的微电网的另一实施例的示意性框图。
图4是根据本发明的微电网的另一实施例的示意性框图。
图5是根据本发明的微电网的另一实施例的示意性框图。
图6是根据本发明的微电网的另一实施例的示意性框图。
图7是根据本发明的方法的实施例的示意性流程图。
具体实施方式
现在将在下文中参考其中示出了某些实施例的附图来更全面地描述实施例。然而，在本公开的范围内可以有许多不同形式的其它实施例。相反地，以下实施例是以示例的方式提供的，以使得本公开将是彻底且完整的，并且将向本领域的技术人员全面地传达本公开的范围。相同的附图标记遍及各图指代相同元件。
图1示意性地图示出微电网100的实施例。该微电网包括至少一个分布式发电机(DG)130，常常是多个DG 130，以及可能的一个或多个负载。DG 130通常可以产生直流电(DC)，这就是为什么微电网通常可以是DC电网。微电网100包括第一开关111，第一开关111被配置成用于在闭合位置，在第一PCC 141处将微电网100连接到第一网络线路121，并用于在断开位置，在第一PCC处将微电网从第一网络线路断开连接。第一网络线路121是第一网络电网101的一部分，第一网络电网101诸如是交流电(AC)电网，例如公共AC网络或宏电网。微电网100还包括第二开关112，其被配置成用于在闭合位置，在第二PCC 142处将微电网连接到第二网络线路122，并且用于在断开位置，在第二PCC处将微电网从第二网络线路断开连接。第二网络线路122也可以是第一网络电网101的一部分，或者其可以是不同的(第二)网络电网102的一部分，该不同的网络电网102诸如是交流电(AC)电网，例如公共AC网络或宏电网，其与第一网络电网101分离。微电网100还包括控制单元150，其用于控制第一和第二开关111和112的断开和闭合以及用于根据期望执行对微电网100和/或第一和第二PCC141和142的例如潮流和电压的其它控制。图1示出了其中第二开关112处于其闭合位置而第一开关111处于其断开位置的情况，这是为什么仅仅第二PCC 142是激活的的原因，电功率的潮流(P，Q)在第二PCC 142上通过，其中P是有功功率且Q是无功功率。取决于由所述至少一个DG 130产生的功率是多于还是少于微电网100中的任何负载所消耗的任何功率，第二PCC 142上的潮流可以是经由第二网络线路122从微电网100进入网络102，或者经由第二网络线路122从网络102进入微电网100。虽然微电网100从第一网络线路121断开连接，但控制单元150仍可获得关于第一PCC 141的信息，并且可以在由于第二PCC 142处的故障(孤岛)而需要将第一PCC激活(使第一开关111闭合)的情况下，计算用于第一PCC 141上的潮流的参考(Pref和Qref)。孤岛之前的电力潮流(P，Q)可以被控制单元150用来计算用于新(第一)PCC 141的功率参考(Pref，Qref)。
图2示意性地图示出微电网100的另一实施例。本图类似于上述图1，并且对该讨论进行参考。图2具体地示出了其中第一网络线路121和第二网络线路122两者是同一网络电网(即第一网络电网101)的一部分的情况。因此，第一网络线路121可以与第二网络线路122包括在相同的网络电网101中。
图3示意性地图示出微电网100的另一实施例。本图类似于上述图1，并且对该讨论进行参考。图3示意性地图示出其中在第一PCC 141处控制单元150接收电压的测量结果(Vgrid1和δgrid1)的实施例，其中Vgrid1是电压幅度且是δgrid1电压相角。这些电压测量结果然后可被用于计算用于第一PCC 141的功率参考(P，Q)，以便在需要通过使第一开关111闭合来激活第一PCC 141的情况下使用。
因此，控制单元150被配置成用于当第一开关111处于其断开位置时例如在第一PCC 141处例如周期性地接收关于第一网络线路121的电网电压的信息。
图4示意性地图示出具有超过两个PCC(在这里为四个PCC)的微电网100的另一实施例。除第一和第二开关111和112之外，微电网100还包括能够在其闭合位置经由第三网络线路123将微电网连接到第三网络电网103的第三开关113和能够在其闭合位置经由第四网络线路124将微电网连接到第四网络电网104的第四开关114。如图4中所示，可通过超过一个PCC来连接微电网100和/或其可在孤岛的情况下具有预备的超过一个PCC。在这里，微电网具有两个激活PCC，借助于第二开关122被闭合的第二PCC 142和借助于第四开关114被闭合的第四PCC 144。此外，微电网具有两个未激活PCC，可以通过使第一开关111闭合来激活的第一PCC 141且可以通过使第三开关113闭合来激活的第三PCC 143。因此，微电网100还以可包括第三开关113，其被配置成用于在闭合位置，在第三PCC 143处将微电网100连接到第三网络线路123，并且用于在断开位置，在第三PCC处将微电网从第三网络线路断开连接；其中，控制单元150还被配置成用于响应于检测到的孤岛而进行动作以使第三开关113闭合，使其从其断开位置进入其闭合位置。在这里为了更容易在图中显示而示意性地在微电网外面示出了控制单元150，并且将其称为微电网中央控制150。虽然，在本文中将控制单元150描述为是微电网100的一部分，但其当然可在物理上位于别处，例如在控制室中，不一定接近于DG和微电网100的任何负载。如图中示意性地所示，控制单元150可以获得激活PCC的潮流(P，Q)的测量结果，即第二PCC 142的P2和Q2及第四PCC 144的P4和Q4，以便能够计算用于未激活PCC的潮流参考，即第一PCC 141的Pref1和Qref1及第三PCC 143的Pref3和Qref3。另外或替换地，潮流参考可以基于由控制单元150获得的未激活PCC的电压测量结果，即第一PCC141的Vgrid1和δgrid1及第三PCC 143的Vgrid3和δgrid3。在某些实施例中，微电网100并不是经由电力潮流控制器(通过电力潮流控制Pref1和Qref1)对接的电网。于是仅通过被用来计算用于微电网可控总线的参考电压的电网电压(Vgrid1和δgrid1)来确定电力潮流。控制单元150可以同样或替换地获得关于微电网100中的至少一条总线的电压和分布式发电机130的功率的信息，以便能够更好地控制微电网。除微电网中央控制器(MGCC)之外，控制单元还可以在每个PCC处包括接口控制器，例如用于在每个PCC处执行各个开关的断开和闭合和/或用于根据期望在各个PCC处执行潮流和/或电压测量。
图5和图6图示出如何用控制单元150来计算用于未激活PCC(在这里为第一PCC141和第三PCC 143)的电力潮流参考。控制单元150的输入级151接收关于执行的测量结果的信息，基于该测量结果，控制单元150计算用于未激活PCC 111和113的潮流参考(P，Q)。除潮流参考之外，当在第二PCC 142处由于故障而检测到孤岛时，控制单元输出用于使第一和/或第三开关111/113闭合的命令。如果微电网100并未通过电力潮流控制器(如图6中所示)连接，则产生用于微电网可控总线的电压参考而不是如图5中的潮流参考。如上文所讨论的且如图5和6中所示，进入控制单元150的输入测量结果信息可以包括以下各项中的任何或所有：激活PCC 142的电力潮流(P，Q)；闭合开关112和断开开关111、113；微电网100中的接点电压；DG 130的功率输出，微电网中的任何负载的功率消耗；以及未激活PCC 111和1134处的电网电压(V，δ)。通过在微电网总线处施加可接受电压变化的负载潮流来计算功率参考。然后向应被激的未激活PCC，例如向未激活PCC的PCC接口控制器，发送该功率/电压参考和开关闭合命令。这是控制单元150可以如何通过进行动作以使相应开关闭合而在孤岛的情况下进行动作以将PCC激活的示例。
图7是本发明的方法的实施例的示意性流程图。该方法由如在本文中讨论的微电网100的控制单元150的实施例执行。控制单元检测701到已发生孤岛事件。通常，激活PCC142已失灵，使微电网100孤岛。控制单元然后响应于检测到701的孤岛而进行动作702以使先前断开的第一开关111闭合，使其进入其闭合位置。由此，第一PCC 141被激活并代替第二PCC 142而被使用。
上文主要参考几个实施例描述了本公开。然而，如本领域的技术人员很容易认识到的，在由所附权利要求定义的本公开的范围内同样地可以存在除上文公开的那些之外的其它实施例。
Claims (10)
1.一种连接至少一个分布式发电机(130)的微电网(100)，所述微电网包括：
第一开关(111)，其被配置成用于在闭合位置，在第一公共耦合点PCC(141)处将所述微电网(100)连接到第一网络线路(121)，并且用于在断开位置，在所述第一PCC处将所述微电网从所述第一网络线路断开连接；
第二开关(112)，其被配置成用于在闭合位置，在第二PCC(142)处将所述微电网(100)连接到第二网络线路(122)，并且用于在断开位置，在所述第二PCC处将所述微电网从所述第二网络线路断开连接；以及
控制单元(150)，其被配置成用于在所述第二开关(112)处于其闭合位置且所述第一开关(111)处于其断开位置时，
周期性地接收关于所述第一PCC(141)处的电网电压的信息；
检测在所述第二PCC(142)处的孤岛事件，以及
响应于检测到的所述孤岛事件，进行动作以闭合所述第一开关，以便使其进入其闭合位置。
2.根据权利要求1所述的微电网，其中所述控制单元(150)还被配置成用于响应于所述检测到的孤岛而进行动作以断开所述第二开关(112)，使其进入其断开位置。
3.根据权利要求1或2所述的微电网，其中所述第一网络线路(121)与第二网络线路(122)被包括于相同网络电网(101)中。
4.根据权利要求1或2所述的微电网，其中所述第一网络线路(121)被包括在第一网络电网(101)中而所述第二网络线路(122)被包括在不同于所述第一网络电网的第二网络电网(102)中。
5.根据权利要求1或2所述的微电网，其中所述控制单元(150)还被配置成用于接收关于所述微电网(100)中的至少一条总线的电压和所述分布式发电机(130)的功率的信息。
6.根据权利要求1或2所述的微电网，其中所述控制单元(150)还被配置成周期性地接收关于所述微电网(100)中的电力潮流的信息。
7.根据权利要求1或2所述的微电网，其中所述控制单元(150)还被配置成用于当所述第一开关(111)处于其断开位置时计算用于所述第一PCC(141)的潮流参考，并且用于当所述第一开关(111)处于其闭合位置时将功率参考用于控制所述第一PCC(141)上的电力潮流。
8.根据权利要求1或2所述的微电网，其中所述控制单元(150)包括中央控制器以及用于控制所述第一PCC(141)上的电力潮流的第一接口控制器和用于控制所述第二PCC(142)上的电力潮流的第二接口控制器。
9.根据权利要求1或2所述的微电网，还包括：
第三开关(113)，其被配置成用于在闭合位置，在第三PCC(143)处将所述微电网(100)连接到第三网络线路(123)，并且用于在断开位置，在第三PCC处将所述微电网从所述第三网络线路断开连接；
其中所述控制单元(150)还被配置成用于响应于所述检测到的孤岛而进行动作以闭合所述第三开关(113)，使其从其断开位置进入其闭合位置。
10.一种由控制单元(150)针对微电网(100)执行的方法，所述微电网(100)连接至少一个分布式发电机(130)并且包括第二开关(112)和第一开关(111)，所述第二开关(112)在闭合位置，在第二公共耦合点PCC(142)处将所述微电网(100)连接到第二网络线路(122)，所述第一开关(111)在断开位置，在第一PCC(141)处将所述微电网从第一网络线路(121)断开连接，所述方法包括：
周期性地接收关于所述第一PCC(141)处的电网电压的信息；
检测(701)在所述第二PCC(142)处的孤岛事件；以及
响应于检测到(701)的孤岛，进行动作(702)以闭合所述第一开关(111)，以便使其进入其闭合位置。
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