CN107508325A - 用于多个分布式电源并离网的同步控制方法 - Google Patents

用于多个分布式电源并离网的同步控制方法 Download PDF

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陈定宇
王梦真
盛万兴
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Abstract

本发明提供了一种用于多个分布式电源并离网的同步控制方法，所述方法包括：S1，利用同步相量测量单元PMU分别获取各分布式电源对应的公共连接点PCC两侧的电气量；S2，基于所述各分布式电源对应的PCC两侧的电气量以及所述各分布式电源与配电网之间的连接状态，利用同步并网检测控制器分别控制所述各分布式电源对应的并网断路器执行分闸或合闸操作。通过利用PMU采集各PCC两侧的电气量，再基于所述电气量和分布式电源与配电网之间的连接状态，来控制并网断路器的分闸或合闸操作，实现了多个分布式电源并离网的自动同步控制，且并离网过程冲击小，并离网过程更加平滑。

Description

用于多个分布式电源并离网的同步控制方法
技术领域
本发明实施例涉及新能源发电领域，更具体地，涉及一种用于多个分布式电源并离网的同步控制方法。
背景技术
分布式发电具有广泛的经济和社会效益，在能源日益紧缺的今天，国家大力提倡分布式发电，特别是太阳能的利用，光伏发电得到大力发展。分布式发电在满足自给自足的同时，多余的电力需要输入配电网供其他用户使用，相应地，在分布式发电不能满足自身供给的情况下，需要配电网提供电力支持。多个分布式电源可以各自独立接入配电网也可以组成微网系统接入配电网。相对于配电网，多个分布式电源或由多个分布式电源组成的微网系统是相对独立的可控单元，是对大电网的有力补充，能够提高大电网供电质量。而在分布式电源的利用过程中，最关键的技术环节是分布式电源的并网和离网控制。
目前，没有通用的分布式电源并离网控制方法，一般采用在分布式电源和配电网的公共连接点(Point of Common Coupling，PPC)设置断路器来控制分合闸，以实现分布式电源的并离网。具体地，当分布式电源为并网状态时，若出现配电网停电或是分布式电源侧发生故障的情况，则通过断路器控制分合闸分闸，以实现分布式电网的离网。当分布式电源为离网状态时，在分布式电源需要将多余的电力输入配电网或是需要配电网提供电力支持的情况下，则通过断路器控制分合闸合闸，以实现分布式电源的并网。
但是，分布式电源直接通过断路器分闸离网，分闸瞬间会产生巨大的分环电流，分环电流可能超过线路保护检测电流值，引起保护误动。同时，分布式电源直接通过断路器合闸并网，会造成系统的电压闪变，并网瞬间产生巨大的合环电流，将会影响设备的可靠性与稳定性，造成不可逆的破坏。也就是说，直接通过断路器进行分合闸操作时如果PCC两侧的电气量相差过大，会产生极大的冲击电流，进而造成线路或设备的损坏。
发明内容
本发明实施例提供了一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的用于多个分布式电源并离网的同步控制方法。
本发明实施例提供了一种用于多个分布式电源并离网的同步控制方法，其特征在于，所述方法包括：
S1，分别获取各分布式电源对应的公共连接点PCC两侧的电气量；
S2，基于所述各分布式电源对应的PCC两侧的电气量以及所述各分布式电源与配电网之间的连接状态，分别控制所述各分布式电源对应的并网断路器执行分闸或合闸操作。
其中，所述电气量包括：电压、频率、相位以及功率。
其中，步骤S1具体包括:
利用所述PMU采集所述各分布式电源对应的PCC两侧的电压值和电流值，再根据所述各分布式电源对应的PCC两侧的电压值和电流值获取所述各分布式电源对应的PCC两侧的频率、相位以及功率。
其中，步骤S2具体包括：
对于所述各分布式电源中的任意一个，当所述任意一个分布式电源和所述配电网之间为并网状态时，若判断获知所述任意一个分布式电源对应的PCC两侧的电气量满足分闸条件，控制所述任意一个分布式电源对应的并网断路器执行分闸操作。
其中，所述分闸条件为：所述PCC两侧电气量的差值不在第一预设范围内。
其中，步骤S2具体包括：
对于所述各分布式电源中的任意一个，当所述任意一个分布式电源和所述配电网之间为并网状态时，若判断获知所述任意一个分布式电源对应的PCC两侧的电气量满足孤岛运行条件，控制所述任意一个分布式电源对应的并网断路器执行分闸操作，且所述任意一个分布式电源执行孤岛运行。
其中，步骤S2具体包括：
对于所述各分布式电源中的任意一个，当所述任意一个分布式电源和所述配电网之间为离网状态时，若判断获知所述任意一个分布式电源对应的PCC两侧的电气量满足合闸条件，控制所述任意一个分布式电源对应的并网断路器执行合闸操作。
其中，所述合闸条件包括：所述PCC两侧电气量的差值在第二预设范围内。
其中，在步骤S2之后还包括：
基于PCC两侧的电气量，利用分布式控制信息系统在第三预设范围内调节所述电气量。
本发明实施例提供的一种用于多个分布式电源并离网的同步控制方法，通过确定各PCC两侧的电气量的匹配情况，再基于各分布式电源与配电网之间的连接状态，来控制并网断路器的分闸或合闸操作，使分布式电源在并离网操作过程中冲击电流大小处于安全范围，实现了分布式电源的平滑并离网，保证了线路和设备的安全。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种用于多个分布式电源并离网的同步控制方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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，都属于本发明保护的范围。
分布式电源并网要求与传统同步发电机投入并联的要求相同，都需要公共连接点PCC两侧电压幅值、频率和相位基本保持一致。分布式电源并网运行后，当配电网侧停电或是分布式电源侧发生故障时，需要控制分布式电源离网孤岛运行或者离网停机检修。
图1为本发明实施例提供的一种多个分布式电源并离网的同步控制方法流程图，如图1所示，所述方法包括：S1，分别获取各分布式电源对应的公共连接点PCC两侧的电气量；S2，基于所述各分布式电源对应的PCC两侧的电气量以及所述各分布式电源与配电网之间的连接状态，分别控制所述各分布式电源对应的并网断路器执行分闸或合闸操作。
在步骤S1中，所述公共连接点PCC是指分布式电源和配电网的连接处，当多个分布式电源同时接入所述配电网时，形成多个对应的PPC。
在步骤S2中，所述各分布式电源与配电网之间的连接状态包括并网和离网两种状态。
具体地，分别获取所述各分布式电源对应的PCC两侧的电气量，所述PCC两侧的电气量分别为配电网侧的电气量和分布式电源侧的电气量。对于所述各分布式电源中的任意一个分布式电源，当所述任意一个分布式电源与所述配电网之间为并网状态时，基于所述任意一个分布式电源对应的PCC两侧的电气量的匹配情况，确定是否控制所述任意一个分布式电源对应的并网断路器进行分闸操作；当所述任意一个分布式电源与所述配电网之间为离网状态时，基于所述任意一个分布式电源对应的PCC两侧的电气量的匹配情况，确定是否控制所述任意一个分布式电源对应的并网断路器进行合闸操作。只有当所述任意一个分布式电源对应的PCC两侧的电气量的匹配情况能够使得分闸或合闸操作所产生的冲击电流的大小处于安全范围时，才控制所述并网断路器进行分合闸操作，以实现所述任意一个分布式电源的并离网。
本发明实施例提供的一种用于多个分布式电源并离网的同步控制方法，通过确定各PCC两侧的电气量的匹配情况，再基于各分布式电源与配电网之间的连接状态，来控制并网断路器的分闸或合闸操作，使分布式电源在并离网操作过程中冲击电流大小处于安全范围，实现了分布式电源的平滑并离网，保证了线路和设备的安全。
在上述实施例中，所述电气量包括：频率、相位以及功率。
在上述实施例中，步骤S1具体包括：
利用所述PMU采集所述各分布式电源对应的PCC两侧的电压值和电流值，再根据所述各分布式电源对应的PCC两侧的电压值和电流值获取所述各分布式电源对应的PCC两侧的频率、相位以及功率。
具体地，所述同步相量测量单元(Phasor Measurement Unit，PMU)是基于全球定位系统GPS的一种同步相量测量装置，它由微处理器、GPS接收器、信号变送模块及通讯模块组成，对电压和电流进行同步测量。所述PMU可以获取每个PPC两侧的电气量。通过采用PMU进行各分布式电源对应的PCC两侧的电气量的同步采集，为实现多个分布式电源并离网的同步控制提供了数据基础。
在上述实施例中，步骤S2具体包括：
对于所述各分布式电源中的任意一个，当所述任意一个分布式电源和所述配电网之间为并网状态时，若判断获知所述任意一个分布式电源对应的PCC两侧的电气量满足分闸条件，控制所述任意一个分布式电源对应的并网断路器执行分闸操作。
具体地，所述任意一个分布式电源和所述配电网之间为并网状态时，PMU持续获取所述各分布式电源对应的PCC两侧的电气量，利用同步并网检测控制器判断所述任意一个分布式电源对应的PCC两侧的电气量是否满足分闸条件，若所述任意一个分布式电源对应的PCC两侧的电气量满足分闸条件，则控制所述任意一个分布式电源对应的并网断路器执行分闸操作，以使所述任意一个分布式电源处于离网运行状态；若所述任意一个分布式电源对应的PCC两侧的电气量不满足分闸条件，则保持所述任意一个分布式电源的并网状态。
在上述实施例中，所述分闸条件为：所述PCC两侧电气量的差值不在第一预设范围内。
其中，所述第一预设范围可从我国Q/GDW 480-2010《分布式电源接入电网技术规定》中查到。
具体地，对于频率范围：PCC两侧频率范围分为10kv-35kv电压等级并网的分布式电源与380V电压等级并网的分布式电源。其中，
(1)10kv-35kv电压等级
频率范围在48Hz以下，分布式电源进行低电压穿越保护运行，若保护时间内不能恢复到49.5-50.5Hz，则分闸断网；
频率范围在48-49.5Hz，系统可连续运行10min，若仍不能恢复到49.5-50.5Hz，则分闸断网；
频率范围在49.5-50.5Hz，分布式电源并网正常运行，不进行分闸断网操作；
频率范围在50.5Hz以上，分布式电源立即分闸断网停机。
(2)380V电压等级
频率范围在48-49.5Hz，分布式电源在0.2s不能恢复到49.5-50.2Hz，则分闸断网；
频率范围在49.5Hz-50.2Hz，分布式电源并网正常运行，不进行分闸断网操作；
频率范围在50.2Hz以上，分布式电源在0.2s不能恢复到49.5-50.2Hz，则分闸断网。
对于功率因数：-0.98～0.98可调，若不满足功率因数调节要求，则分布式电源立即分闸断网停机。
对于电压：分布式电源在PCC处产生的电压波动不应大于±5％额定电压，若不满足要求，则分布式电源立即分闸断网停机。
对于有功功率：分布式电源若含有风电机组，要求30MW机组容量1min内最大变化量不超过3MW；30-150MW机组容量1min内最大变化量不超过10MW；大于150MW机组容量1min内最大变化量不超过15MW。若不满足要求，则分布式电源中的风电机组全部分闸断网停机。
在上述实施例中，步骤S2具体包括：
对于所述各分布式电源中的任意一个，当所述任意一个分布式电源和所述配电网之间为并网状态时，若判断获知所述任意一个分布式电源对应的PCC两侧的电气量满足孤岛运行条件，控制所述任意一个分布式电源对应的并网断路器执行分闸操作，且所述任意一个分布式电源执行孤岛运行。
具体地，所述任意一个分布式电源和所述配电网之间为并网状态时，PMU持续获取所述各分布式电源对应的PCC两侧的电气量，利用同步并网检测控制器判断所述任意一个分布式电源对应的PCC两侧的电气量是否满足孤岛运行条件，若所述任意一个分布式电源对应的PCC两侧的电气量满足孤岛运行条件，则控制所述任意一个分布式电源对应的并网断路器执行分闸操作，以使所述任意一个分布式电源处于离网运行状态并进行孤岛检测，若检测成功，同时保持所述任意一个分布式电源执行孤岛运行；若所述任意一个分布式电源对应的PCC两侧的电气量不满足孤岛运行或孤岛检测条件，则保持所述任意一个分布式电源的并网状态，或是所述任意一个分布式电源处于离网停机状态。
进一步地，为了使所述任意一个分布式电源的孤岛运行状态更加稳定，可以采用分布式控制信息系统对所述任意一个分布式电源侧的电气量进行调节。
所述孤岛运行条件为：所述配电网侧的电气量不符合我国我国Q/GDW 480-2010《分布式电源接入电网技术规定》要求。
具体地，所述分布式电源侧输出电压偏差、电压波动和闪变、谐波、电压不平衡度、直流分量不符合Q/GDW 480-2010《分布式电源接入电网技术规定》要求。
所述孤岛检测条件为：根据逆变器的输出电流公式I＝Imsin(2πft+θ)，通过在逆变器的控制信号中分别加入很小的幅值Im、频率f、初始相位θ三个变量可以分别对逆变器输出的电压、频率、功率产生小扰动，这些扰动在并网运行时受电网的平衡钳制，扰动信号作用不明显，若这些扰动的作用就较明显，通过检测PCC点系统响应，系统各项指标超出正常范围，则判定分布式电源孤岛运行。
在上述实施例中，步骤S2具体包括：
对于所述各分布式电源中的任意一个，当所述任意一个分布式电源和所述配电网之间为离网状态时，若判断获知所述任意一个分布式电源对应的PCC两侧的电气量满足合闸条件，控制所述任意一个分布式电源对应的并网断路器执行合闸操作。
具体地，所述任意一个分布式电源和所述配电网之间为并离网态时，PMU持续获取所述各分布式电源对应的PCC两侧的电气量，利用同步并网检测控制器判断所述任意一个分布式电源对应的PCC两侧的电气量是否满足合闸条件，若所述任意一个分布式电源对应的PCC两侧的电气量满足合闸条件，则控制所述任意一个分布式电源对应的并网断路器执行合闸操作，以使所述任意一个分布式电源处于并网运行状态；若所述任意一个分布式电源对应的PCC两侧的电气量不满足合闸条件，则保持所述任意一个分布式电源的离网状态。
进一步地，为了使所述任意一个分布式电源对应的PCC两侧的电气量满足合闸条件，可以采用分布式控制信息系统，基于所述任意一个分布式电源对应的PCC两侧的电气量，来调节所述任意一个分布式电源对应的PCC的分布式电源侧的电气量，使得所述任意一个分布式电源对应的PCC两侧的电气量满足合闸条件。
在上述实施例中，所述合闸条件包括：所述PCC两侧电气量差值在第二预设范围内。
具体地，合闸必须保证所述PCC两侧的电气量的差值尽可能的小，一般地，所述第二预设范围如下：两侧电压值幅值的差值不大于5V，两侧频率差值不大于0.3Hz，两侧相位差值不大于30°，若满足条件，则进行同步合闸操作。
在上述实施例中，在步骤S2之后还包括：
基于PCC两侧的电气量，利用分布式控制信息系统在第三预设范围内调节所述电气量。
其中，所述分布式控制信息系统包括多个基于逆变器的控制单元，这些控制单元布置在PCC处，数量与分布式电源的数量相等，用于调节所述任意一个分布式电源侧的电气量。
具体地，为了使所述任意一个分布式电源的并网运行状态更加稳定，可以采用分布式控制信息系统对所述任意一个分布式电源侧的电气量进行调节，使电气量维持在所述第三预设范围内。其中所述第三预设范围包括在所述第二预设范围中。
在同步合闸过程中，当PCC点两端相位、频率、电压幅值不满足并网条件时，利用分布式控制信息系统依据所接收输出频率、三相电压幅值相位及有功无功功率目标值在指定范围内调节分布式电源输出电气量，对每个分布式电源通过选择基于PCC点两侧同步相量信息的V/F的控制策略控制逆变器开断从而控制输出电压、频率、相位，实现分布式电源输出满足设定值，平滑并网。
在离网分闸过程中，利用分布式控制信息系统依据所接收输出频率、三相电压幅值相位及有功无功功率目标值在指定范围内调节分布式电源输出电气量，采用基于PCC点两侧同步相量信息的下垂控制策略，一定程度稳定电压频率波动，降低分布式电源输出功率，减少分布式电源带来的波动性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种用于多个分布式电源并离网的同步控制方法，其特征在于，所述方法包括：
S1，分别获取各分布式电源对应的公共连接点PCC两侧的电气量；
S2，基于所述各分布式电源对应的PCC两侧的电气量以及所述各分布式电源与配电网之间的连接状态，分别控制所述各分布式电源对应的并网断路器执行分闸或合闸操作。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述电气量包括：电压、频率、相位以及功率。
3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，步骤S1具体包括:
利用所述PMU采集所述各分布式电源对应的PCC两侧的电压值和电流值，再根据所述各分布式电源对应的PCC两侧的电压值和电流值获取所述各分布式电源对应的PCC两侧的频率、相位以及功率。
4.根据权利要求2所述方法，其特征在于，步骤S2具体包括：
对于所述各分布式电源中的任意一个，当所述任意一个分布式电源和所述配电网之间为并网状态时，若判断获知所述任意一个分布式电源对应的PCC两侧的电气量满足分闸条件，控制所述任意一个分布式电源对应的并网断路器执行分闸操作。
5.根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述分闸条件为：所述PCC两侧电气量的差值不在第一预设范围内。
6.根据权利要求2所述方法，其特征在于，步骤S2具体包括：
对于所述各分布式电源中的任意一个，当所述任意一个分布式电源和所述配电网之间为并网状态时，若判断获知所述任意一个分布式电源对应的PCC两侧的电气量满足孤岛运行条件，控制所述任意一个分布式电源对应的并网断路器执行分闸操作，且所述任意一个分布式电源执行孤岛运行。
7.根据权利要求2所述方法，其特征在于，步骤S2具体包括：
对于所述各分布式电源中的任意一个，当所述任意一个分布式电源和所述配电网之间为离网状态时，若判断获知所述任意一个分布式电源对应的PCC两侧的电气量满足合闸条件，控制所述任意一个分布式电源对应的并网断路器执行合闸操作。
8.根据权利要求7所述方法，其特征在于，所述合闸条件包括：所述PCC两侧电气量的差值在第二预设范围内。
9.根据权利要求8所述方法，其特征在于，在步骤S2之后还包括：
基于PCC两侧的电气量，利用分布式控制信息系统在第三预设范围内调节所述电气量。
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