CN107612044A - 一种微电网孤岛模式与并网模式的切换方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供一种微电网孤岛模式与并网模式的切换方法及装置，涉及输配电技术领域，解决现有微电网中在不同工作模式切换时出现系统无法可靠运行的问题。本方案为：接收并网指令；根据所述并网指令同步微电网与大电网中的电压相角，向并网输入第一目标角度值；当微电网与大电网中的电压幅值同步时，通过切换开关将微电网从孤岛模式切换成并网模式，并重置并网模式中的PI控制器。本发明应用于微电网运行模式的切换。

Description

一种微电网孤岛模式与并网模式的切换方法及装置

技术领域

本发明涉及输配电技术领域，尤其涉及一种微电网孤岛模式与并网模式的切换方法及装置。

背景技术

微电网是由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，能够实现更加环保、高效以及可靠的分布式发电。该微电网既可以与外部大电网并列运行，也可以单独运行(即孤岛运行)，从而为本地负荷供电，避免对大电网的频繁干扰，因此具有更高的供电安全性和可靠性。

微电网在不同的运行方式下(并网模式和孤岛模式)，逆变器控制方式有很大区别，在运行方式发生变化时，为保证本地负载供电的连续可靠，不受微电网故障和模式切换的影响，微电网系统需要采用合理的控制策略和能量管理等手段实现无缝切换，使系统电压、电流以及频率等在不同模式间平滑过渡。

因此，如何在不同工作模式下切换使得能够保证系统可靠性运行成为一个研发的热点问题。

发明内容

本发明的实施例提供一种微电网孤岛模式与并网模式的切换方法及装置，解决现有微电网中在不同工作模式切换时出现微电网无法可靠运行的问题。

为了达成上述目的，本申请的实施例采用如下技术方案：

本发明实施例的第一方面，提供一种微电网孤岛模式与并网模式的切换方法，所述方法包括：

接收并网指令；

根据所述并网指令同步微电网与大电网中的电压相角，向并网输入第一目标角度值；

当微电网与大电网中的电压幅值同步时，通过切换开关将微电网从孤岛模式切换成并网模式，并重置并网模式中的PI控制器。

优选的，所述同步微电网与大电网中的电压相角，包括：

当微电网与大电网中的电压相位差为0时，所述微电网与大电网中的电压相角同步。

优选的，所述方法还包括：

根据微电网的电压幅值以及大电网的电压幅值确定第一目标角度值。

优选的，所述微电网与大电网中的电压幅值同步，包括：

当微电网的实际电压幅值达到参考数值时，所述微电网与大电网中的电压幅值同步；其中，所述参考数值为大电网中的实际电压幅值。

进一步优选的，所述方法还包括：

接收孤岛指令；

根据所述孤岛指令通过切换开关将微电网从并网模式切换成孤岛模式，并向微电网输入第二目标角度值，所述第二目标角度值是当前时刻的上一时刻的并网模式对应的角度值。

本发明实施例的第二方面，提供一种微电网孤岛模式与并网模式切换装置，所述装置包括：

接收模块，用于接收并网指令；

同步模块，用于根据所述并网指令同步微电网与大电网中的电压相角；

输入模块，用于为并网输入第一目标角度值；

切换模块，用于当微电网与大电网中的电压幅值同步时，通过切换开关将微电网从孤岛模式切换成并网模式，并重置并网模式中的PI控制器。

优选的，所述同步模块在同步微电网与大电网中的电压相角时，具体用于：

当微电网与大电网中的电压相位差为0时，所述微电网与大电网中的电压相角同步。

优选的，所述装置还包括：

确定模块，用于根据微电网的电压幅值以及大电网的电压幅值确定第一目标角度值。

优选的，所述同步模块在微电网与大电网中的电压幅值同步时，具体用于：

当微电网的实际电压幅值达到参考数值时，所述微电网与大电网中的电压幅值同步；其中，所述参考数值为大电网中的实际电压幅值。

进一步优选的，所述接收模块，还用于接收孤岛指令；

所述切换模块，还用于根据所述孤岛指令通过切换开关将微电网从并网模式切换成孤岛模式，并向微电网输入第二目标角度值，所述第二目标角度值是当前时刻的上一时刻的并网模式对应的角度值。

本发明的实施例提供的微电网孤岛模式与并网模式的切换方法及装置，首先通过根据并网指令先同步微电网与大电网中的电压相角，向并网中输入第一目标角度值；然后，当微电网与大电网中的电压幅值同步时，通过切换开关将微电网从孤岛模式切换成并网模式，并重置并网模式中的PI控制器。由于本方案中先进行了微电网与大电网中电压相角的同步，然后当微电网与大电网中的电压幅值同步时，才通过切换开关将微电网从孤岛模式切换成并网模式，这样使得在模式切换后保证系统不间断供电，实现了平滑无缝切换，从而使得系统电压、电流以及频率等在不同模式间平滑过渡，提高供电可靠性，保证了系统的可靠运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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为本发明的实施例所提供的微电网结构示意图；

图2为本发明的实施例所提供的微电网并网模式与孤岛模式的转换系统；

图3为本发明的实施例所提供的一种微电网孤岛模式与并网模式的切换方法的流程示意图；

图4为本发明的实施例所提供的一种算法逻辑图；

图5为本发明的实施例所提供的一种微电网孤岛模式与并网模式的切换装置的结构示意图。

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。

能源紧缺、气候变化和环境污染问题是21世纪人类所面临的重大课题。目前，全球80％以上的能源消费依赖煤炭、石油、天然等化石能源，大量温室气体排放带来了气候变化、环境污染等一系列问题，严重威胁了人类社会的可持续发展。发展更加环保、高效、可靠的分布式发电技术成为了世界各国学者们的研究热点。微电网是由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，既可以与外部大电网并列运行，也可以孤岛运行，单独为本地负荷供电，避免对大电网的频繁干扰，因此具有更高的供电安全性和可靠性。

如图1所示，为本发明实施例提供的微电网结构示意图。由图1可知，该微电网通过光伏组件、风机以及储能装置间的配合作用产生电能，该微电网通过开关与配电网连接，通过控制开关闭合将微电网所产生的电能输送至配电网，从而通过该配电网给受端分配电能，其中：该受端是指用电侧，包括居民用电、农业用电、商业用电以及工业用电等。

如图2所示，为本发明实施例提供的微电网并网模式与孤岛模式的转换系统，该转换系统包含两种控制策略，分别为：并网模式控制策略和孤岛模式控制策略，该转换系统包括电压控制器、潮流控制器以及和与潮流控制器连接的电流控制器，开关S1用于控制微电网处于并网模式还是孤岛模式，开关S2用于控制并网模式和孤岛模式的电压输入，该并网模式或孤岛模式的电压输入经过PLL获得相角θ，该电流控制器或电压控制器输出的电压v_d，qm以及相角θ经过坐标变换后得到三相电压v_am，v_bm以及v_cm，再经过脉冲宽度调制(英文：Pulse Width Modulation，简称：PWM)，此外上述的相角θ同时也需要输入至微电网或同时输入微电网和大电网所形成的并网中。其中：

潮流控制器中的输入端的p^*、v_dc ^*以及Q^*表示参考值，而p、v_dc以及Q表示电网中的实际值，该参考值和实际值通过加法器输入至潮流控制器。

同理，对于电流控制器的输入端以及电压控制器的输入端的参数与上潮流控制器中的输入端的参数表达含义类似，这里不再描述，具体可以参考上述的内容。

本发明实施例提供一种微电网孤岛模式与并网模式的切换方法，如图3所示，该方法包括：

101、接收并网指令。

102、根据并网指令同步微电网与大电网中的电压相角，向并网输入第一目标角度值。

示例性的，上述的步骤102中的同步微电网与大电网中的电压相角包括以下内容：

102a、当微电网与大电网中的电压相位差为0时，微电网与大电网中的电压相角同步。

具体的参照图4所示的算法逻辑图，其中：Δθ是微网和大电网间电压相位差；v_{f_ra}、v_{f_rb}以及v_{f_rc}是大电网电压幅值；v_{l_ra}、v_{l_rb}以及v_{l_rc}是微电网电压幅值。

上述的微电网与大电网中的电压相位差为0时，即为图4中的Δθ为0，此时微电网与大电网中的电压相角同步。

进一步的，基于上述的内容，该方法还包括：

102b、根据微电网的电压幅值以及大电网的电压幅值确定第一目标角度值。

示例性的，上述的步骤102b具体包括以下内容：

A1、将大电网的电压幅值代入第一参数计算公式中，得到第一参数；并将微电网的电压幅值代入第二参数计算公式中，得到第二参数。

示例性的，上述的第一参数计算公式为：

示例性的，上述的第二参数计算公式为：

其中，上述的公式3-5以及3-6中的v_{f_ra}、v_{f_rb}以及v_{f_rc}是大电网电压幅值；v_{l_ra}、v_{l_rb}以及v_{l_rc}是微电网电压幅值；a为第一参数，b为第二参数，Δθ为微电网与大电网中的电压相位差。

A2、将第一参数和第二参数代入至电压相位差计算公式中得到微电网与大电网中的电压相位差。

示例性的，上述的电压相位差计算公式为：

A3、将微电网与大电网中的电压相位差输入至PI控制器，经过坐标变换后输入至锁相环得到并网中的第一目标相角值。

示例性的，参考图4所示的算法逻辑图，将v_{f_ra}、v_{f_rb}以及v_{f_rc}，v_{l_ra}、v_{l_rb}以及v_{l_rc}分别代入至3-5和3-6中，得到a和b，然后将a和b在代入至3-7且经过PI控制器得到Δθ，然后经过图4中的dq坐标到abc坐标的变换以及锁相环得到第一目标相角值θ。

示例性的，基于上述的图2和图4，上述的步骤102中的向并网输入第一目标角度值，可以通过控制图2中的开关S2使得微电网处于并网模式运行，将图4中运算得到的θ输入至大电网和微电网中。

103、当微电网与大电网中的电压幅值同步时，通过切换开关将微电网从孤岛模式切换成并网模式，并重置并网模式中的PI控制器。

示例性的，上述的重置并网模式中的PI控制器是指将并网模式中的PI控制器的积分部分置为0。

示例性的，上述的步骤103之前还包括以下内容：

103a、当微电网的实际电压幅值达到参考数值时，该微电网与大电网中的电压幅值同步；其中，该参考数值为大电网中的实际电压幅值。

示例性的，结合上述的图2，当潮流控制器的输入端的v_dc＝v_dc ^*时，该微电网与大电网中的电压幅值同步。其中，v_dc ^*为大电网中的实际电压幅值。

示例性的，结合上述的图2，当微电网与大电网中的电压幅值同步时，通过切换开关S1将微电网从孤岛模式切换成并网模式，并重置并网模式中的PI控制器，该并网模式中的PI控制器包括潮流控制器和电流控制器中的PI部分。

可选的，该方法还包括：

104、接收孤岛指令。

105、根据孤岛指令通过切换开关将微电网从并网模式切换成孤岛模式，并向微电网输入第二目标角度值。

其中，上述的第二目标角度值是当前时刻的上一时刻的并网模式对应的角度值。

示例性的，基于上述的图2，当接收到孤岛指令时，通过切换开关S1将微电网从并网模式切换成孤岛模式，并向微电网输入第二目标角度值，该第二目标值与上文中的并网模式下的第一目标值不同，其中：第一目标值是经过图4中的算法计算得到的，而这里的第二目标值是直接获取的，从记录的值中选择的当前时刻的上一时刻的并网模式对应的角度值。

示例性的，基于上述的内容，本方案不仅实现了并网模式到孤岛模式的切换，同时也实现了孤岛模式至并网模式的切换，当大电网发生故障时，启动平滑黑启动策略微电网由并网模式切换到孤岛模式，建立稳定的电压和频率基准；当微电网重新并网时，采用无缝并网策略将控制器由孤岛控制模式切换到并网控制模式。

上述的平滑黑启动策略，是指当大电网发生故障，将大电网切换瞬间的幅值和相角作为初始值输入孤岛模式中的各控制器种，避免了微电网孤岛模式建立新的电压时，电压幅值和相角相比切换前出现过大跳跃。

上述的无缝并网策略，是由孤岛模式切换成并网模式前时，先调整锁相环中的输入值，让微电网中的相位与大电网中的相位同步，同时更改孤岛模式控制的电压输入参考值与大电网一致，在电压相位幅值一致后，再切换运行模式到并网控制模式，有效抑制暂态电流冲击导致切换失败、设备损坏等问题。

本发明的实施例提供的微电网孤岛模式与并网模式的切换方法，首先通过根据并网指令先同步微电网与大电网中的电压相角，向并网中输入第一目标角度值；然后，当微电网与大电网中的电压幅值同步时，通过切换开关将微电网从孤岛模式切换成并网模式，并重置并网模式中的PI控制器。由于本方案中先进行了微电网与大电网中电压相角的同步，然后当微电网与大电网中的电压幅值同步时，才通过切换开关将微电网从孤岛模式切换成并网模式，这样使得在模式切换后保证系统不间断供电，实现了平滑无缝切换，从而使得系统电压、电流以及频率等在不同模式间平滑过渡，提高供电可靠性，保证了系统的可靠运行。

下面将基于图3对应的微电网孤岛模式与并网模式的切换方法的实施例中的相关描述对本发明实施例提供的一种微电网孤岛模式与并网模式的切换装置进行介绍。以下实施例中与上述实施例相关的技术术语、概念等的说明可以参照上述的实施例，这里不再赘述。

本发明实施例提供一种微电网孤岛模式与并网模式切换装置，如图5所示，该装置包括：接收模块21、同步模块22、输入模块23以及切换模块24，其中：

接收模块21，用于接收并网指令.

同步模块22，用于根据并网指令同步微电网与大电网中的电压相角。

输入模块23，用于为并网输入第一目标角度值。

切换模块24，用于当微电网与大电网中的电压幅值同步时，通过切换开关将微电网从孤岛模式切换成并网模式，并重置并网模式中的PI控制器。

示例性的，上述的重置并网模式中的PI控制器是指将并网模式中的PI控制器的积分部分置为0。

示例性的，上述的同步模块22在同步微电网与大电网中的电压相角时，具体用于：

当微电网与大电网中的电压相位差为0时，微电网与大电网中的电压相角同步。

可选的，如图5所示，上述的装置2还包括：确定模块25，其中：

确定模块25，用于根据微电网的电压幅值、大电网的电压幅值以及微电网与大电网中的电压相位差确定第一目标角度值。

示例性的，上述的确定模块25具体用于：

将大电网的电压幅值代入第一参数计算公式中，得到第一参数；并将微电网的电压幅值代入第二参数计算公式中，得到第二参数。

示例性的，上述的第一参数计算公式为：

示例性的，上述的第二参数计算公式为：

其中，上述的公式3-5以及3-6中的v_{f_ra}、v_{f_rb}以及v_{f_rc}是大电网电压幅值；v_{l_ra}、v_{l_rb}以及v_{l_rc}是微电网电压幅值；a为第一参数，b为第二参数，Δθ为微电网与大电网中的电压相位差。

将第一参数和第二参数代入至电压相位差计算公式中得到微电网与大电网中的电压相位差。

示例性的，上述的电压相位差计算公式为：

将微电网与大电网中的电压相位差输入至PI控制器，经过坐标变换后输入至锁相环得到并网中的第一目标相角值。

示例性的，参考图4所示的算法逻辑图，将v_{f_ra}、v_{f_rb}以及v_{f_rc}，v_{l_ra}、v_{l_rb}以及v_{l_rc}分别代入至3-5和3-6中，得到a和b，然后将a和b在代入至3-7且经过PI控制器得到Δθ，然后经过图4中的dq坐标到abc坐标的变换以及锁相环得到第一目标相角值θ。

示例性的，上述的同步模块22在微电网与大电网中的电压幅值同步时，具体用于：

当微电网的实际电压幅值达到参考数值时，微电网与大电网中的电压幅值同步；其中，参考数值为大电网中的实际电压幅值。

可选的，上述的接收模块21，还用于接收孤岛指令。

可选的，上述的切换模块24，还用于根据所述孤岛指令通过切换开关将微电网从并网模式切换成孤岛模式，并向微电网输入第二目标角度值，第二目标角度值是当前时刻的上一时刻的并网模式对应的角度值。

本发明的实施例提供的微电网孤岛模式与并网模式的切换装置，首先通过根据并网指令先同步微电网与大电网中的电压相角，向并网中输入第一目标角度值；然后，当微电网与大电网中的电压幅值同步时，通过切换开关将微电网从孤岛模式切换成并网模式，并重置并网模式中的PI控制器。由于本方案中先进行了微电网与大电网中电压相角的同步，然后当微电网与大电网中的电压幅值同步时，才通过切换开关将微电网从孤岛模式切换成并网模式，这样使得在模式切换后保证系统不间断供电，实现了平滑无缝切换，从而使得系统电压、电流以及频率等在不同模式间平滑过渡，提高供电可靠性，保证了系统的可靠运行。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述装置的实施例仅仅是示意性的，例如，该装置中的模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种微电网孤岛模式与并网模式的切换方法，其特征在于，所述方法包括：

接收并网指令；

根据所述并网指令同步微电网与大电网中的电压相角，向并网输入第一目标角度值；

当微电网与大电网中的电压幅值同步时，通过切换开关将微电网从孤岛模式切换成并网模式，并重置并网模式中的PI控制器。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述同步微电网与大电网中的电压相角，包括：

当微电网与大电网中的电压相位差为0时，所述微电网与大电网中的电压相角同步。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据微电网的电压幅值以及大电网的电压幅值确定第一目标角度值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微电网与大电网中的电压幅值同步，包括：

当微电网的实际电压幅值达到参考数值时，所述微电网与大电网中的电压幅值同步；其中，所述参考数值为大电网中的实际电压幅值。

5.根据权利要求1)4任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

接收孤岛指令；

根据所述孤岛指令通过切换开关将微电网从并网模式切换成孤岛模式，并向微电网输入第二目标角度值，所述第二目标角度值是当前时刻的上一时刻的并网模式对应的角度值。

6.一种微电网孤岛模式与并网模式切换装置，其特征在于，所述装置包括：

接收模块，用于接收并网指令；

同步模块，用于根据所述并网指令同步微电网与大电网中的电压相角；

输入模块，用于为并网输入第一目标角度值；

切换模块，用于当微电网与大电网中的电压幅值同步时，通过切换开关将微电网从孤岛模式切换成并网模式，并重置并网模式中的PI控制器。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述同步模块在同步微电网与大电网中的电压相角时，具体用于：

当微电网与大电网中的电压相位差为0时，所述微电网与大电网中的电压相角同步。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

确定模块，用于根据微电网的电压幅值以及大电网的电压幅值确定第一目标角度值。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述同步模块在微电网与大电网中的电压幅值同步时，具体用于：

当微电网的实际电压幅值达到参考数值时，所述微电网与大电网中的电压幅值同步；其中，所述参考数值为大电网中的实际电压幅值。

10.根据权利要求5)9任一项所述的装置，其特征在于，

所述接收模块，还用于接收孤岛指令；

所述切换模块，还用于根据所述孤岛指令通过切换开关将微电网从并网模式切换成孤岛模式，并向微电网输入第二目标角度值，所述第二目标角度值是当前时刻的上一时刻的并网模式对应的角度值。