CN108347056B - 交直流混合微电网控制方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种交直流混合微电网控制方法。该方法用于交直流混合微电网中，所述交直流混合微电网包括可孤岛运行电网，该方法包括：在可孤岛运行电网中的设备为停机状态时，检测所述可孤岛运行电网的运行状况；根据所述可孤岛运行电网的运行状况，调整所述设备的工作模式，由此能够识别交直流混合微电网故障之后可自愈的工况，并通过设备的自启动控制，实现交直流混合微电网在原有工作模式下的自恢复，提高交直流混合微电网的自动化水平，降低交直流混合微电网的维护难度，增加交直流混合微电网的稳定性、可靠性和经济性。

Description

交直流混合微电网控制方法

技术领域

本公开涉及微电网控制技术领域，尤其涉及一种交直流混合微电网控制方法。

背景技术

随着社会发展的信息化与智能化，交直流用电设备日益增多，例如LED(LightEmitting Diode，发光二极管)、计算机、打印机、录像机、电视机等，已经形成了交流设备和直流设备大量共存的局面。在独立的交流微电网或直流微电网中均需要多重交直流变换来满足分布式电源和负荷的接入需求。

相关技术中，主换流器和直流部分储能换流器的运行方式和控制算法，需要在直流部分配置容量较大的储能，在离网情况下能够带起整个交直流混合微电网。目前，直流部分建设分布式光伏，一般配置小容量的分布式储能，交流部分往往配置有大容量储能，不利于交直流混合微电网的推广应用。

此外，在并网或离网的切换过程中需要对主换流器、直流部分储能换流器以及各种分布式电源进行实时协调控制，而在实践中往往采用多个控制器协调完成，多个控制器间的通讯带宽及数据采集、处理延时的引入，会恶化并离网切换效果，甚至会导致切换失败。

发明内容

有鉴于此，本公开提出了一种交直流混合微电网控制方法，以解决相关技术中交直流混合微电网的自动化程度较低而造成的维护难度大的问题。

根据本公开的一方面，提供了一种交直流混合微电网控制方法，用于交直流混合微电网中，所述交直流混合微电网包括可孤岛运行电网，所述方法包括：

在可孤岛运行电网中的设备为停机状态时，检测所述可孤岛运行电网的运行状况；

根据所述可孤岛运行电网的运行状况，调整所述设备的工作模式。

在一种可能的实现方式中，所述设备为所述可孤岛运行电网中的换流器，根据所述可孤岛运行电网的运行状况，调整所述设备的工作模式，包括：

在所述可孤岛运行电网无故障、不存在检修置位、且直流部分和交流部分均具有电压时，调整所述换流器由停机状态切换为恒功率工作模式。

在一种可能的实现方式中，所述设备为所述可孤岛运行电网中的换流器，根据所述可孤岛运行电网的运行状况，调整所述设备的工作模式，包括：

在所述可孤岛运行电网无故障、不存在检修置位、且直流部分具有电压但交流分界开关断开造成交流部分不具有电压时，调整所述换流器由停机状态切换为恒压恒频工作模式，所述换流器用于为所述交流部分提供电压。

在一种可能的实现方式中，所述设备为所述可孤岛运行电网中的储能单元，根据所述可孤岛运行电网的运行状况，调整所述设备的工作模式，包括：

在所述可孤岛运行电网无故障且不存在检修置位时，调整所述储能单元由停机状态切换为下垂控制工作模式。

在一种可能的实现方式中，所述交直流混合微电网还包括并网开关，所述并网开关设置有第一孤岛保护装置，所述第一孤岛保护装置设置的保护时间为第一时间，所述第一时间大于交流配电网的断路器的重合闸时间；所述方法还包括：

在所述交流配电网的断路器的断开时间达到所述第一孤岛保护装置设置的保护时间时，所述并网开关断开，以使得所述交直流混合微电网与所述交流配电网离网。

在一种可能的实现方式中，所述可孤岛运行电网包括交流分界开关，所述交流分界开关设置有第二孤岛保护装置，所述第二孤岛保护装置设置的保护时间为第二时间；所述方法还包括：

在所述交直流混合微电网与所述交流配电网离网时，所述交流分界开关断开，触发所述可孤岛运行电网中的换流器切换为恒压恒频工作模式，所述换流器用于为交流部分提供电压，以使得所述交流部分独立工作。

在一种可能的实现方式中，所述可孤岛运行电网还包括直流分界开关，所述直流分界开关与所述交流分界开关联动；所述方法还包括：

在所述交流分界开关断开时，所述直流分界开关断开，以使得直流部分独立工作。

在一种可能的实现方式中，在所述并网开关和所述交流分界开关断开之后，所述方法还包括：

在所述并网开关闭合且交流部分具有电压时，同期合闸所述交流分界开关，触发所述可孤岛运行电网中的换流器切换为恒功率工作模式，以使得所述交直流混合微电网与所述交流配电网并网。

本公开的交直流混合微电网控制方法，用于交直流混合微电网中，该交直流混合微电网包括可孤岛运行电网，通过在可孤岛运行电网中的设备为停机状态时，检测可孤岛运行电网的运行状况，并根据可孤岛运行电网的运行状况，调整该设备的工作模式，由此能够识别交直流混合微电网故障之后可自愈的工况，并通过设备的自启动控制，实现交直流混合微电网在原有工作模式下的自恢复，提高交直流混合微电网的自动化水平，降低交直流混合微电网的维护难度，增加交直流混合微电网的稳定性、可靠性和经济性。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。

图1示出根据本公开一实施例的交直流混合微电网的示意图。

图2示出根据本公开一实施例的交直流混合微电网控制方法的流程图。

图3示出根据本公开一实施例的交直流混合微电网控制方法的流程图。

图4示出根据本公开一实施例的交直流混合微电网控制方法的流程图。

附图标记列表

100：交直流混合微电网； 10：可孤岛运行电网；

20：第一换流器； 30：并网开关；

101：交流部分； 102：直流部分；

103：交流分界开关； 104：直流分界开关；

105：第二换流器。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。

图1示出根据本公开一实施例的交直流混合微电网的示意图。如图1所示，该交直流混合微电网100包括可孤岛运行电网10、第一换流器20和并网开关30。其中，可孤岛运行电网10包括交流部分101、直流部分102、交流分界开关103、直流分界开关104和第二换流器105。

其中，第一换流器20为可孤岛运行电网10外的换流器，用于为直流部分102提供电压。第二换流器105为可孤岛运行电网10中的换流器，具有恒压恒频工作模式和恒功率工作模式。

在一种可能的实现方式中，交流部分101包括交流电能源和交流负荷；直流部分102包括直流电能源、直流负荷和储能单元。

其中，交流电能源可以指能够与交流配电网并网的交流电发电源，例如风力交流电能源、太阳能交流电能源和生物能交流电能源等，本公开对此不作限制。交流负荷可以指使用交流电能源的用电设备。

其中，直流电能源可以指能够与交流配电网并网的直流电发电源，例如风力直流电能源、太阳能直流电能源和生物能直流电能源等，本公开对此不作限制。直流负荷可以指使用直流电能源的用电设备。储能单元可以用于对直流电能源产生的直流电进行储存。

本公开的交直流混合微电网，允许各种类型的发电源和储能设备与交流配电网并网，并能够降低因多重交直流变换带来的功率损耗、谐波电流和控制难度，提高交直流混合微电网的稳定性、可靠性和经济性。

图2示出根据本公开一实施例的交直流混合微电网控制方法的流程图。该方法可以用于图1所示的交直流混合微电网中。如图2所示，该方法包括步骤S21和步骤S22。

在步骤S21中，在可孤岛运行电网中的设备为停机状态时，检测可孤岛运行电网的运行状况。

如图1所示，并网开关30为交直流混合微电网100与交流配电网的分界开关。在并网开关30闭合时，交直流混合微电网100与交流配电网的进线导通，则实现交直流混合微电网100与交流配电网并网。在并网开关30断开时，交直流混合微电网100与交流配电网的进线不导通，则实现交直流混合微电网100与交流配电网离网，由此可孤岛运行电网10孤岛运行。

如图1所示，可孤岛运行电网10的设备可以指第二换流器105或储能单元，本公开对此不作限制。可孤岛运行电网10的运行状况可以包括交流部分101是否具有电压、直流部分102是否具有电压、交流分界开关103断开或闭合、直流分界开关104断开或闭合、可孤岛运行电网10是否存在故障和是否存在检修置位等中的一项或多项，本公开对此不作限制。

其中，检修置位可以指用于表示交直流混合微电网是否处于待检修状态的标识。例如，在需要对交直流混合微电网进行检修时，可以将检修置位设置为1；在不需要对交直流混合微电网进行检修时，可以将检修置位设置为0。

需要说明的是，尽管以交流部分是否具有电压、直流部分是否具有电压、交流分界开关断开或闭合、直流分界开关断开或闭合、可孤岛运行电网是否存在故障或是否存在检修置位作为示例介绍了可孤岛运行电网的运行状况如上，但本领域技术人员能够理解，本公开对此不作限制。本领域技术人员可以根据实际应用场景灵活设定可孤岛运行电网的运行状况。

在步骤S22中，根据可孤岛运行电网的运行状况，调整设备的工作模式。

在一种可能的实现方式中，设备为可孤岛运行电网中的换流器(第二换流器)，根据可孤岛运行电网的运行状况，调整设备的工作模式，包括：在可孤岛运行电网无故障、不存在检修置位、且直流部分和交流部分均具有电压时，调整第二换流器由停机状态切换为恒功率工作模式。

如图1所示，在第二换流器105为停机状态时，如果交流部分101具有电压，则说明交流分界开关103闭合，交流部分101由交流配电网提供电压。如果直流部分102具有电压，直流部分102由第一换流器20提供电压。由此交直流混合微电网100的原有工作模式为与交流配电网的并网工作模式，则调整第二换流器105由停机状态切换为恒功率工作模式。本示例能够实现在交直流混合微电网100与交流配电网并网时，第二换流器105在停机状态下的自启动。

在一种可能的实现方式中，设备为可孤岛运行电网中的换流器(第二换流器)，根据可孤岛运行电网的运行状况，调整设备的工作模式，包括：在可孤岛运行电网无故障、不存在检修置位、且直流部分具有电压但交流分界开关断开造成交流部分不具有电压时，调整第二换流器由停机状态切换为恒压恒频工作模式，第二换流器用于为交流部分提供电压。

如图1所示，在第二换流器105为停机状态时，如果交流部分101不具有电压，则说明交流分界开关103断开。如果直流部分102具有电压，则直流部分102由第一换流器20提供电压。由此交直流混合微电网100的原有工作模式为与交流配电网离网的工作模式，则调整第二换流器105由停机状态切换为恒压恒频工作模式，以使得第二换流器105为交流部分101提供电压。本示例能够实现在交直流混合微电网100与交流配电网离网时，第二换流器105在停机状态下的自启动。

在一种可能的实现方式中，设备为可孤岛运行电网中的储能单元，根据可孤岛运行电网的运行状况，调整设备的工作模式，方法还包括：在可孤岛运行电网无故障且不存在检修置位时，调整储能单元由停机状态切换为下垂控制工作模式。

如图1所示，在可孤岛运行电网无故障且不存在检修置位时，调整储能单元由停机状态切换为下垂控制工作模式，以使得储能单元为直流负荷供电。本示例能够实现在交直流混合微电网100与交流配电网离网时，储能单元在停机状态下的自启动。

本公开的交直流混合微电网控制方法，能够识别交直流混合微电网故障之后可自愈的工况，并通过设备的自启动控制，实现交直流混合微电网在原有工作模式下的自恢复，提高交直流混合微电网的自动化水平，降低交直流混合微电网的维护难度，增加交直流混合微电网的稳定性、可靠性和经济性。

在一种可能的实现方式中，并网开关设置有第一孤岛保护装置，第一孤岛保护装置设置的保护时间为第一时间，第一时间大于交流配电网的断路器的重合闸时间；该方法还包括：在交流配电网的断路器的断开时间达到第一孤岛保护装置设置的保护时间时，并网开关断开，以使得交直流混合微电网与交流配电网离网。

当交流配电网故障清除之后，在短时间内闭合断路器，称为重合闸。由于大多数交流配电网的故障为瞬时故障或暂时性故障，重合闸是电网运行中经常采用的自恢复供电方法之一。重合闸时间可以为0.15～0.5秒，本公开对此不作限制。如果重合闸时间为0.3秒，第一时间可以设置为0.35秒或0.4秒，本公开对此不作限制。少数交流配电网的故障为永久性故障，重合闸之后由于继电保护断路器再次断开。在该种情况下需要查明交流配电网的故障原因并予以排除之后再送电。

如图1所示，在交流配电网故障时，如果交流配电网的断路器的断开时间小于在第一孤岛保护装置设置的保护时间，说明交流配电网瞬时故障或暂时性故障，则第一孤岛保护装置不会感受到交流配电网的故障，并网开关30保持闭合，以使得保持交直流混合微电网100与交流配电网并网。

如图1所示，在交流配电网故障时，如果交流配电网的断路器的断开时间达到第一孤岛保护装置设置的保护时间，说明交流配电网永久性故障，则第一孤岛保护装置感受到交流配电网的故障，并网开关30将会断开，以使得交直流混合微电网100与交流配电网离网。

在一种可能的实现方式中，交流分界开关设置有第二孤岛保护装置，第二孤岛保护装置设置的保护时间为第二时间；该方法还包括：在交直流混合微电网与交流配电网离网时，交流分界开关断开，触发可孤岛运行电网中的换流器(第二换流器)切换为恒压恒频工作模式，第二换流器用于为交流部分提供电压，以使得交流部分独立工作。

其中，第二时间的取值可以为0秒或趋近于0秒，例如第二时间可以设置为0秒或0.01秒，本公开对此不作限制。

如图1所示，在并网开关30断开时，交直流混合微电网100与交流配电网离网。在第二时间为0秒或趋近于0秒的情况下，交直流混合微电网100一旦与交流配电网离网，则交流分界开关103断开，交流部分101独立工作，实现交直流混合微电网100无缝并网转离网。

在一种可能的实现方式中，直流分界开关与交流分界开关联动；该方法还包括：在交流分界开关断开时，直流分界开关断开，以使得直流部分独立工作。

其中，交流部分独立工作可以指交流部分的交流电能源不并入交流配电网，交流部分的交流电能源独立为交流负荷供电。直流部分独立工作可以指直流部分的直流电能源或储能单元不并入交流配电网，直流部分的直流电能源或储能单元独立为直流负荷供电。

本公开的交直流混合微电网，能够实现在交流配电网瞬时故障或暂时性故障时，保证交直流混合微电网不离网，而在交流配电网永久性故障时，实现交直流混合微电网无缝并网转离网，提高交直流混合微电网的并网运行能力和供电可靠性，减少交直流混合微电网的停电时间。

在一种可能的实现方式中，在并网开关和交流分界开关断开之后，该方法还包括：在并网开关闭合且交流部分具有电压时，同期合闸交流分界开关，触发可孤岛运行电网中的换流器(第二换流器)切换为恒功率工作模式，以使得交直流混合微电网与交流配电网并网。

其中，通过同期装置可以实现同期合闸交流分界开关。同期装置可以指在电网运行过程中执行并网时使用的指示、监视、控制装置。同期装置可以检测并网点两侧的电网频率、电压幅值、电压相位是否达到条件，以辅助实现自动并网。

本公开的交直流混合微电网，在交直流混合微电网并网转离网之后，能够实现在交流配电网的故障修复时，实现交直流混合微电网无缝离网转并网，提高交直流混合微电网的自动化水平，降低交直流混合微电网的维护难度。

图3示出根据本公开一实施例的交直流混合微电网控制方法的流程图。如图3所示，该方法包括步骤S31至步骤S33。

在步骤S31中，在交流配电网的断路器的断开时间达到第一孤岛保护装置设置的保护时间时，并网开关断开，以使得交直流混合微电网与交流配电网离网。

在步骤S32中，在交直流混合微电网与交流配电网离网时，交流分界开关断开，触发第二换流器切换为恒压恒频工作模式，第二换流器用于为交流部分提供电压，以使得交流部分独立工作。

在步骤S33中，在交流分界开关断开时，直流分界开关断开，以使得直流部分独立工作。

在一种可能的实现方式中，在交直流混合微电网100与交流配电网并网之后，可孤岛运行电网10并网运行，交流分界开关103和直流分界开关104闭合，第二换流器105为恒功率工作模式，第一换流器20为直流部分102提供电压，第二换流器105为交流部分101提供电压。

作为一个示例，重合闸时间为0.3秒，第一时间可以设置为0.35秒。第二时间可以设置为0秒。如图1所示，在交流配电网的断路器的断开时间达到0.3秒时实现重合闸，说明交流配电网的故障为瞬时故障或暂时性故障，第一孤岛保护装置不会感受到交流配电网的故障，并网开关保持闭合，以使得保持交直流混合微电网与交流配电网并网。

作为另一个示例，重合闸时间为0.3秒，第一时间可以设置为0.35秒。第二时间可以设置为0秒。如图1所示，在交流配电网的断路器的断开时间达到0.35秒时，说明交流配电网的故障为永久性故障，第一孤岛保护装置感受到交流配电网的故障，并网开关30断开，以使得交直流混合微电网100与交流配电网离网。并网开关30断开，说明交直流混合微电网100与交流配电网离网，则交流分界开关103断开，第二换流器105由恒功率工作模式切换为恒压恒频工作模式，第二换流器105为交流部分101提供电压，交流部分101独立工作。直流分界开关104与交流分界开关103联动，则在交流分界开关103断开时，直流分界开关104断开，直流部分102独立工作。

图4示出根据本公开一实施例的交直流混合微电网控制方法的流程图。如图4所示，该方法包括步骤S41至步骤S44。

在步骤S41中，在交流配电网的断路器的断开时间达到第一孤岛保护装置设置的保护时间时，并网开关断开，以使得交直流混合微电网与交流配电网离网。

在步骤S42中，在交直流混合微电网与交流配电网离网时，交流分界开关断开，触发第二换流器切换为恒压恒频工作模式，第二换流器用于为交流部分提供电压，以使得交流部分独立工作。

在步骤S43中，在交流分界开关断开时，直流分界开关断开，以使得直流部分独立工作。

在步骤S44中，在并网开关闭合且交流部分具有电压时，同期合闸交流分界开关，触发第二换流器切换为恒功率工作模式，以使得交直流混合微电网与交流配电网并网。

在一种可能的实现方式中，在交直流混合微电网100与交流配电网离网之后，可孤岛运行电网10孤岛运行，交流分界开关103和直流分界开关104断开。第一换流器20为直流部分102提供电压。第二换流器105为恒压恒频工作模式，第二换流器105为交流部分101提供电压。

作为一个示例，如图1所示，如果并网开关30闭合且交流部分101具有电压，说明交直流混合微电网100与交流配电网并网，则同期合闸交流分界开关103，触发第二换流器105由恒压恒频工作模式切换为恒功率工作模式。

本公开的交直流混合微电网控制方法，针对主电源为交流配电网的进线，交直流之间通过换流器给直流部分提供电压，并在直流部分配置储能的交直流混合微电网，能够通过设备级和系统级的控制有效实现对故障的自识别、自恢复和工作模式自切换，提高交直流混合微电网的自动化水平，降低交直流混合微电网的维护难度，增加交直流混合微电网的稳定性、可靠性和经济性。

附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (6)

1.一种交直流混合微电网控制方法，其特征在于，用于交直流混合微电网中，所述交直流混合微电网包括可孤岛运行电网，所述方法包括：

在可孤岛运行电网中的设备为停机状态时，检测所述可孤岛运行电网的运行状况，所述设备包括换流器或者储能单元，所述可孤岛运行电网的运行状况包括交流部分是否具有电压、直流部分是否具有电压、交流分界开关断开或闭合、直流分界开关断开或闭合、可孤岛运行电网是否存在故障和是否存在检修置位中的一项或多项；

根据所述可孤岛运行电网的运行状况，调整所述设备的工作模式，所述设备的工作模式包括恒功率工作模式、恒压恒频工作模式和下垂控制工作模式中的一种；

所述根据所述可孤岛运行电网的运行状况，调整所述设备的工作模式，包括：在所述可孤岛运行电网无故障、不存在所述检修置位、且所述直流部分具有电压但交流分界开关断开造成所述交流部分不具有电压时，调整所述换流器由所述停机状态切换为所述恒压恒频工作模式，所述换流器用于为所述交流部分提供电压。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设备为所述可孤岛运行电网中的所述储能单元，所述根据所述可孤岛运行电网的运行状况，调整所述设备的工作模式，包括：

在所述可孤岛运行电网无故障且不存在所述检修置位时，调整所述储能单元由所述停机状态切换为所述下垂控制工作模式。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述交直流混合微电网还包括并网开关，所述并网开关设置有第一孤岛保护装置，所述第一孤岛保护装置设置的保护时间为第一时间，所述第一时间大于交流配电网的断路器的重合闸时间；所述方法还包括：

在所述交流配电网的断路器的断开时间达到所述第一孤岛保护装置设置的保护时间时，所述并网开关断开，以使得所述交直流混合微电网与所述交流配电网离网。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述可孤岛运行电网包括交流分界开关，所述交流分界开关设置有第二孤岛保护装置，所述第二孤岛保护装置设置的保护时间为第二时间；所述方法还包括：

在所述交直流混合微电网与所述交流配电网离网时，所述交流分界开关断开，触发所述可孤岛运行电网中的换流器切换为恒压恒频工作模式，所述换流器用于为交流部分提供电压，以使得所述交流部分独立工作。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述可孤岛运行电网还包括直流分界开关，所述直流分界开关与所述交流分界开关联动；所述方法还包括：

在所述交流分界开关断开时，所述直流分界开关断开，以使得直流部分独立工作。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述并网开关和所述交流分界开关断开之后，所述方法还包括：

在所述并网开关闭合且交流部分具有电压时，同期合闸所述交流分界开关，触发所述可孤岛运行电网中的换流器切换为恒功率工作模式，以使得所述交直流混合微电网与所述交流配电网并网。

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