CN108432079A - 微电网分段 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种控制微电网装置(1)的方法，该微电网装置(1)包括微电网(6)以及被布置成用于连接到微电网(6)的多个分布式发电机(DG)(2a、2b、2c)，该微电网(6)包括多个开关(8)。该方法包括获得关于微电网装置(1)的信息。该方法还包括基于所获得的信息将多个开关(8)中的第一组开关彼此动态地链接。该方法还包括检测微电网(6)中的事件，并且响应于该检测而自动断开第一组中的闭合开关，由此微电网(6)的第一分段(9a)与微电网(6)的第二分段(9b)断开连接。

Description

微电网分段
技术领域
本公开涉及用于将微电网分段的方法和设备，该微电网包括被连接在所述微电网中的多个分布式发电机(DG)。
背景技术
微电网是发电、储能和负载的本地分组，其通常经由共同耦合点(PCC)连接到传统的集中式电网(宏电网(macrogrid))。与宏电网的单个共同耦合点可以被断开连接，从而孤立微电网。微电网是旨在从许多小型能源、DG中本地发电的结构的一部分。在微电网中，DG通常经由控制DG的输出、即注入微电网的功率的变流器进行连接。
微电网(在并网模式下，即连接到宏电网)提供来自连接的DG站点的优化或最大功率输出，并且其余电力由宏电网提供。微电网通过可控开关被连接到PCC处的宏电网。这个电网连接可能在故障期间丢失，然后微电网被孤岛化。
在孤岛化期间，由于从宏电网输入功率的丢失以及由所述宏电网的电压和/或频率控制的丢失，微电网中存在功率不平衡的风险。对于电压/频率控制，需要将DG中的至少一个DG的控制模式从电网跟踪模式下的功率控制改变到电网形成模式下的电压和频率控制。功率平衡可以通过快速存储动作和即时减载方案来解决。
系统稳定性是微电网操作的关注点。稳定性问题可能来自功率不平衡、缺乏无功支撑、错误的控制动作等。组件(例如DG)或网络部分(例如故障线路隔离)的突然丢失可能会显著地改变功率平衡以及微电网内的功率流。这也可能引发稳定性问题。
由于各种类型的DG和负载，在微电网内电力可用性和电能质量的要求不同。为了解决这个问题，可以使用微电网的分段，将微电网分成更小的分段以实现稳定和期望的操作。分段可以通过可控开关来实现，但是随着发电和/或功率需求的不断变化，可能无法实现彼此良好对应的分段。
发明内容
本发明的一个目的是实现改进的微电网的分段，以便在分段与剩余微电网断开的情况下，减少在该剩余微电网中出现的功率不平衡。本发明的实施例还可以允许微电网的不同分段中的不同的操作参数(诸如电能质量或频率)例如以保持微电网装置中的最大负载。
根据本发明的一个方面，提供了一种控制微电网装置的方法，该微电网装置包括微电网和被布置成连接到该微电网的多个DG，该微电网包括多个开关。该方法包括获得关于微电网装置的信息。该方法还包括基于所获得的信息将多个开关中的第一组开关彼此动态地链接。该方法还包括检测微电网中的事件，并且响应于该检测而自动断开第一组中的闭合开关，由此微电网的第一分段与微电网的第二分段断开连接。
根据本发明的另一方面，提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机可执行组件，以用于当计算机可执行组件在被包括在控制装置中的处理器电路上运行时使控制装置执行本公开的方法的实施例。
根据本发明的另一方面，提供了一种微电网装置，该微电网装置包括微电网、被布置成连接到该微电网的多个DG、以及用于控制微电网装置的操作的控制装置，该微电网包括多个开关。控制装置包括处理器电路和存储指令的存储器，该指令可由所述处理器电路执行，由此使得所述控制装置可操作以获得关于微电网装置的信息。控制装置还可操作以基于所获得的信息而将多个开关中的第一组开关彼此动态地链接。控制装置也可操作以检测微电网装置中的事件，并且响应于该检测而自动断开第一组中的闭合开关，由此微电网的第一分段与微电网的第二分段断开连接。
考虑到微电网装置中的变化特性或要求，通过将开关彼此动态地链接起来，可以随时间调整响应于检测到的事件(如果有的话)形成的断开连接的分段。例如，在响应于诸如微电网的孤岛或其他不平衡的事件而需要分段的情况下，可以形成针对不同频率、电能质量以支撑基本负载(其不期望被切断)等的微电网分段。而且，通过在事件发生之前预先将开关彼此链接，可以毫无延迟地执行分段，因为不需要花费时间来决定如何将微电网分段。
应该注意的是，任何方面中的任何特征可适用于任何其他合适的方面。同样地，任何方面中的任何优点可以适用于任何其他方面。根据以下详细公开内容、根据所附从属权利要求以及根据附图，所包含实施例的其他目的、特征和优点将变得显而易见。
通常，权利要求中使用的所有术语根据它们在技术领域中的普通含义来解释，除非本文另外明确定义。除非另有明确说明，否则对“一/一个/该元件、装置、组件、部件、步骤等”的所有引用将被开放式地解释为指的是元件、装置、组件、部件、步骤等的至少一个实例。除非明确说明，否则本文公开的任何方法的步骤不必按照所公开的确切顺序执行。对于本公开的不同特征/组件使用“第一”、“第二”等仅旨在将该特征/组件与其他类似特征/组件区分开，并且不旨在将任何次序或层级赋予该特征/组件。
附图说明
通过举例的方式，参考附图来描述实施例，附图中：
图1是本发明的微电网装置的实施例的示意性框图。
图2a是根据本发明的控制装置的实施例的示意性框图。
图2b是根据本发明的包括本地开关控制器的控制装置的实施例的示意性框图。
图3图示了根据本发明的划分成多个分段的微电网的示例实施例。
图4示意性地图示了根据本发明的在微电网的不同分段中采取的不同动作。
图5是本发明的方法的实施例的示意性流程图。
具体实施方式
现在将在下文中参照附图更充分地描述实施例，附图中示出了某些实施例。然而，在本公开的范围内，可以有许多不同形式的其他实施例。然而，通过示例的方式提供以下实施例，以使得本公开将是彻底和完整的，并且将本公开的范围充分地传达给本领域技术人员。在整个说明书中，相同的附图标记指代相同的元件。
图1图示了本公开的微电网装置1的实施例。微电网装置1包括连接多个DG 2和负载3的微电网6。在该图中，示出三个不同的DG作为示例，即能量存储器2a、柴油发电机2b以及光伏(PV)发电系统2c，能量存储器2a例如包括作为能量存储系统(ESS)、诸如电池ESS(BESS)的一部分的电池或飞轮等。诸如能量存储器2a和PV发电系统2c的一些DG产生直流电(DC)，而由于微电网承载交流电(AC)，所以这些DG各自经由DC到AC变流器7而连接到微电网6。微电网6经由例如断路器的主开关5被连接到电网4(例如，诸如配电网的宏电网)。当主开关5处于闭合位置时，微电网被连接到电网，但是当主开关5处于断开位置时，微电网处于孤岛状态、即与电网断开连接。多个开关8被包括在微电网6中。通过断开这些开关中的一些或全部开关，微电网可以被分段成多个分段9，在这里被分段成三个分段9a、9b和9c。应该注意的是，根据本发明，通常存在彼此链接的多个开关，断开这些开关以便将微电网分段(通常分段成多个孤岛分段)。图1因此是高度简化的。每个分段9可以包括至少一个DG 2和至少一个负载3，并且可以在与其断开连接的其它分段9(即区段可以被孤岛化)相比的不同条件下进行操作。微电网装置1还包括用于控制微电网装置的操作的控制装置20(也参见图2a和图2b)，以用于控制微电网装置的操作、尤其是用于控制根据本发明的开关8的操作，但还用于控制DG 2到微电网6的输出。控制装置可以是中央控制装置和/或诸如物理上位于相应开关8中的分布式控制装置。控制装置或其至少一部分可以远离微电网6、例如在控制室中。
图2a示意性地图示了本公开的控制装置20的实施例。控制装置20包括例如中央处理单元(CPU)的处理器电路21。处理器电路21可以包括(一个或多个)微处理器形式的一个或多个处理单元。然而，具有计算能力的其他合适的设备可以被包括在处理器电路21中，例如，专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或复杂可编程逻辑器件(CPLD)。处理器电路21被配置为运行一个或多个计算机程序或软件(SW)23，该一个或多个计算机程序或软件被存储在一个或多个例如存储器的存储单元的数据存储器22中。存储单元被认为是如本文讨论的计算机可读装置，并且可以例如采用随机存取存储器(RAM)、闪存或其他固态存储器、或者硬盘、或者上述组合的形式。处理器电路21还可以被配置为根据需要将数据存储在存储器22中。控制装置20还包括控制接口，例如以用于向微电网6的开关(8)发送控制信号以及用于接收来自测量微电网中的电压和/或电流等的传感器的传感器信号。
图2b是控制装置20的实施例的示意性框图。在该实施例中，控制装置包括中央控制器20a，该中央控制器20a可以与微电网6共处一处(例如在其附近)或远离微电网、例如在控制室中。中央控制器通过有线或无线方式被连接到(能够与之通信)多个本地控制器20b。本地控制器分布在微电网周围，并且可以例如是微电网中开关8的本地控制器。因此，本地控制器20b中的每个本地控制器可以控制相应的开关8，并且可以例如被物理地包括在/位于所述开关中或与所述开关在一起，同时在功能上被包括在控制装置20中。本地控制器20b中的每个本地控制器可以由中央控制器20a控制。根据本发明，中央控制器可以例如负责将开关8彼此链接(形成第一组链接开关)并且可以相应地指示所链接开关中的本地开关20b。另外，本地开关20b也可以能够彼此直接通信(不必经由中央控制器通信)，如其间的虚线所示。因此，本地控制器可以例如将关于其当前状态的信息、例如无论其开关8处于断开还是闭合，都用信号通知微电网中的其他本地控制器中的全部或一些，例如用信号通知其开关链接到的开关8的本地控制器。
根据本发明，一集/一组断路器8被操作以在事件发生之后对微电网6进行分段，事件例如为开关8或主开关/断路器5的操作。目的是在例如孤岛、电压崩溃、电能质量问题或其他不稳定性的事件期间对微电网进行分段。通常，事件可以例如是在微电网6内的故障、在电网4中影响微电网的故障、或者诸如负载3或DG 2(光伏或风力发电机或例如包括电池的能量存储器)等的微电网资产的任何跳闸。备选地，该事件可以是开关8或主开关/断路器5的操作/状态(例如断开或闭合)。例如，如果第一组中的互连开关8中的一个开关(任一开关或主开关)断开或闭合(即检测到的事件)，则第一组中其他开关的全部开关或一些开关可以自动闭合和/或断开。
由于可变集的开关8在一组中与主开关链接在一起、或者在微电网分段中链接在一起以用于微电网的分段，所以链接随时间动态变化。这可以针对微电网6中的每个开关8和每个分段9来完成。可以直接响应于主开关的操作而自动操作该组链接的开关8。备选地，可以响应于微电网的区域内发生的任何其他事件来操作该组链接的开关8，该微电网的区域对应于与该组开关相关联的分段9。
开关的彼此动态链接可以连续地或根据需要(例如，响应于微电网装置1的属性或设定的改变)而以预定的周期性被改变、更新或重新计算。因此，第一组中不同的开关可能在不同的时间段期间彼此链接。
当选择要彼此链接的开关8时，目标可以是例如以隔离关键负载3(例如用于保护关键负载免受微电网中的不平衡)、以将微电网6分段而在微电网6的分段9中提供更好的电能质量(就电压和频率而言)、以避免在整个微电网中更大的负载动态、以不同的频率操作微电网的不同分段9、和/或以关闭/切断微电网的分段直到形成DG(例如柴油发电机2b)的电网能够例如在孤岛期间稳定微电网为止。要被包括在第一组中的开关8(并且因此彼此链接)可以例如基于以下被选择：微电网中不同点处的DG和负载功率、微电网装置1中的能量存储器2a的充电状态(SoC)、和/或电网4与微电网6间的主断路器5处的共同耦合点(PCC)上的功率传输。
图3示意性地图示了微电网装置1的实施例，该微电网装置1被划分成区域/分段9，如虚线所示。大量开关8被包括在微电网6的不同部分中，并且在该图中由实心黑色矩形表示。分段9内的开关8的一些或全部开关可以彼此链接以形成一组开关。分段的边界可能会随时间而改变，从而使得链接和分组的成员也会动态改变。如果一个组中的链接开关的一些或全部开关断开，则与该组相关的分段9与微电网的其余部分(即与其他分段)断开连接。当微电网装置已被分段以使得不同的分段9彼此断开连接(并且因此是孤岛)时，每个分段可以用其自己的参数操作。图中给出了一些示例。例如，一个分段9可以以更大的负载动态进行操作，另一个分段以更低频率进行操作，又一个分段以更高的电能质量进行操作，并且再一个分段用来处理关键负载。
类似地，图4总体上图示出微电网布置1的示例，其中开关8已经被链接，以使得响应于DG跳闸事件，微电网响应于跳闸通过链接开关自动断开来分段(分段彼此断开连接)。因此，形成三个孤岛分段9。在第一分段9a中，通过减载来处理分段的孤岛。第二分段9b能够在该分段的孤岛期间继续正常操作。第二分段可以是例如包括由能量存储器2a或柴油(或其他备用)发电机2b支撑的基本负载3。第三分段9c可以例如被关闭。
本发明可以以集中方式和分散方式来实现。在集中方式中，中央控制器20a接收诸如功率、SoC和所连接负载的所有DG测量。然后，根据例如不同的标准或优先级，预先选择例如被连接到主开关以随着主开关断开而自动断开的、要彼此链接的开关。例如，开关8例如根据微电网装置中的功率和储备而被链接到主开关以形成第一组开关。一旦主开关被断开(例如由于微电网中的故障)，连接到它的所有开关都被断开，这例如导致清除微电网中的故障线路、将微电网分段并丢弃负载3。当通过中央控制器20a完成选择时，主开关的操作信息通过(例如智能电子设备IED的)本地控制器20b而直接传送到链接开关。
在分散方式中，诸如功率、负载需求和SoC的所有DG测量都被传送到所有本地控制器20b(例如IED)。然后本地控制器20b中的每一个均可以计算出合适的微电网分段并且预先选择要在第一组中链接的开关。该信息被传送到第一组中的其他开关的本地控制器或者微电网6中的所有其他本地控制器。因此，在控制装置20中根本不需要中央控制器20a。作为示例，如果微电网是孤岛的，则孤岛信息被传送到第一组中链接开关的本地控制器，这会断开第一组开关。每个本地控制器20b可以基于微电网上的测量而将其开关8与其他开关或与微电网的分段连接以形成第一组(和第二、第三组等)的开关。然后可以将该链接传送到微电网或其区域中的其他本地控制器20b。该链接可以导致开关8被包括在第一组互连开关和第二组互连开关中，并且因此可以响应于影响第一组和第二组中的任何一组的事件而被断开或闭合。
图5是本发明方法的实施例的示意性流程图。该方法用于控制包括微电网6以及被布置用于连接到微电网6的多个DG 2的微电网装置1，该微电网6包括多个开关8。该方法可以由控制装置20执行。获得S1关于微电网布置的信息、例如传感器测量。基于所获得S1的信息，多个开关8中的第一组开关彼此动态地链接S2。步骤S1和S2可以连续或周期性地(或根据需要、例如由于微电网装置设定的改变)执行，直到在微电网6中检测S3到事件为止。然后，响应于事件的检测S3，第一组链接开关中的闭合开关8被自动断开S4，由此微电网的第一分段9a与微电网的第二分段9b断开连接。
在一些实施例中，多个DG中的至少一个DG 2被连接到或以其他方式被布置成连接到第一分段9a。另外，至少一个负载3可以被连接到或以其他方式被布置成连接到第一分段。在一些实施例中，检测S3到的事件是至少一个DG 2与第一分段9a的断开连接、例如由于DG处或DG中的故障。
备选地，在一些实施例中，事件是第一组链接开关的第一(主)开关8的断开。在一些实施例中，链接开关的自动断开S4包括从第一(主)开关8的本地控制器20b向第一组链接开关中其他开关8的相应本地控制器20b发送信号。
备选地，该事件是微电网中的不稳定性，例如微电网6的孤岛。
在一些实施例中，第一分段9a被第一组中开关的断开S4孤岛化，因此还可能与微电网的除了第二分段9b之外的其他(一个或多个)分段/部分断开连接。
在一些实施例中，所获得S1的信息包括微电网6上的传感器测量、关于DG2中的一个或多个DG的发电的信息、和/或关于微电网装置1内(例如具有不同负载3)的变化的电能质量要求的信息。
在一些实施例中，周期性地和/或连续地执行获得S1信息和链接S2。这意味着无论是否检测S3到事件，都执行步骤S1和S2。
在一些实施例中，响应于该检测S3，自动地闭合S4第一组中的断开开关8。因此，除了响应于检测到事件而断开第一组中的一些或全部闭合开关之外，第一组中被断开的一些或全部开关还可以被闭合。例如，当分段9被孤岛化(与微电网的重置断开连接)时，为了改善分段9内的操作，可以方便地闭合一个或多个开关以便促进分段内的功率平衡。
本发明的实施例可以使用一个或多个传统的通用或专用数字计算机、计算设备、机器或者微处理器(包括一个或多个处理器、存储器和/或根据本公开的教导而编程的计算机可读存储介质)而方便地控制装置20中实现。适当的软件代码可以由熟练的程序员基于对软件领域的技术人员来说将显而易见的本公开的教导而容易地准备。
在一些实施例中，本发明包括计算机程序产品(例如存储器22或外部数据存储器)，该计算机程序产品为具有在其上存储有指令(例如SW 23)的非暂时性存储介质或(多个)计算机可读介质/能够被用于将计算机编程以执行本发明的任何方法/过程的非暂时性存储介质或(多个)计算机可读介质。存储介质的示例可以包括但不限于包括软盘、光盘、DVD、CD-ROM、微硬盘和磁光盘的任何类型的盘，ROM，RAM，EPROM，EEPROM，DRAM，VRAM，闪存设备，磁卡或光卡，纳米系统(包括分子存储器IC)，或者适用于存储指令和/或数据的任何类型的介质或设备。
上面已经主要参照几个实施例描述了本公开。然而，如本领域技术人员容易地理解的，在如所附权利要求限定的本公开的范围内，同样可以有除了上文公开的实施例之外的其它实施例。

Claims (13)

1.一种控制微电网装置(1)的方法，所述微电网装置(1)包括微电网(6)以及被布置成被连接到所述微电网的多个分布式发电机DG(2)，所述微电网(6)包括多个开关(8)，所述方法包括：
获得(S1)关于所述微电网装置的信息；
基于所述获得的(S1)信息，将所述多个开关(8)中的第一组开关动态地彼此链接(S2)；
检测(S3)所述微电网(6)中的事件；和
响应于所述检测(S3)而自动断开(S4)所述第一组中的闭合的开关(8)，由此所述微电网的第一分段(9a)与所述微电网的第二分段(9b)断开连接。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个DG中的至少一个DG(2)被布置成用于被连接到所述第一分段(9a)。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述事件是所述至少一个DG(2)与所述第一分段(9a)断开连接。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述事件是所述第一组的第一开关(8)的断开。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述自动断开(S4)包括从所述第一开关(8)的本地控制器(20b)向所述第一组中(8)的其它开关(8)的相应本地控制器(20b)发送信号。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述事件是所述微电网中的不稳定性、例如所述微电网的孤岛化。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一分段(9a)由所述第一组中的所述开关的断开(S4)而被孤岛化。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述获得的(S1)信息包括：所述微电网(6)上的传感器测量、所述DG(2)中的一个或多个DG的发电、和/或所述微电网装置内的变化的电能质量要求。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述获得(S1)信息和链接(S2)被周期性地和/或连续地执行。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：
响应于所述检测(S3)而自动闭合(S4)所述第一组中的断开的开关(8)。
11.一种包括计算机可执行组件(23)的计算机程序产品(22)，用于当所述计算机可执行组件在被包括在控制装置中的处理器电路(21)上运行时，使所述控制装置(20)执行根据权利要求1-10中任一项所述的方法。
12.一种微电网装置(1)，包括：
微电网(6)，包括多个开关(8)；
多个分布式发电机DG(2)，被布置成用于被连接到所述微电网；和
控制装置(20)，用于控制所述微电网装置的操作；
所述控制装置(20)包括：
处理器电路(21)；和
存储器(22)，存储能够由所述处理器电路执行的指令(23)，由此所述控制装置能够操作以：
获得关于所述微电网装置的信息；
基于所述获得的信息，将所述多个开关中的第一组开关彼此动态地链接；
检测所述微电网装置(1)中的事件；和
响应于所述检测而自动断开所述第一组中的闭合的开关，由此所述微电网的第一分段(9a)与所述微电网的第二分段(9b)断开连接。
13.根据权利要求12所述的微电网装置(1)，其中所述控制装置(20)包括在所述多个开关(8)中的每个开关中的本地控制器(20b)。
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