CN109347138A - 一种园区光储微电网控制实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种园区光储微电网控制实现方法，包括：并网停机阶段；黑启动阶段；离网停机阶段；并网启动阶段：本阶段完成后园区则进入并网运行模式，实现由离网运行转为并网运行；峰谷套现阶段：在并网运行模式稳定运行后，主储能装置、从储能装置转为恒功率模式即PQ模式运行，主储能装置、从储能装置执行峰谷套现策略。本发明通过园区微电网中央控制器遥测监测终端实时获取安装在交流母线上的电压互感器以及配网侧与微网系统连接处的交流接触器数据，判定大电网侧的停电与否，进而判定整个系统进入并网还是离网状态，下发相应的控制命令来执行并离网策略，实现整个园区供电系统的有效顺序控制。

Description

一种园区光储微电网控制实现方法

技术领域

本发明涉及电力系统的微电网控制技术领域，尤其是一种园区光储微电网控制实现方法。

背景技术

随着微电网技术不断进步，微电网系统的建设规模和实用化水平不断提高，已由含单一新能源和较小负荷的小型系统逐渐向含多种新能源和较大负荷的较大型中压系统发展。由于新能源技术的快速发展，园区微网作为多能互补、能源互联网等能源新业态的重要落地点，集成多种能源生产、传输、存储、消费多个环节，是与大电网、用户友好互动的一种技术手段。面向园区微网的综合能源系统作为能源互联网的关键部分，具有运行方式灵活、低碳高效、可再生能源消纳率高等特点，受到人们的高度重视。

商业园区负荷在大电网用电高峰期存在供电的不稳定性，易受电网侧停电的影响，一旦出现停电，会造成大面积的停产停工，使商业园区遭受巨大经济损失，因此，采取一种有效的紧急供电方法，具有很大的经济意义。传统意义上的紧急供电方法包含了传统微电网供电和不间断电源UPS供电，但传统微电网由于含有多种分布式电源，占地面积大，投资费用高，整体移植到商业园区不仅系统搭建困难，设备费用以及后期维护成本高成本高，而且适用性不高，不符合商业园区的经济型要求。采用不间断电源UPS供电，只能满足部分重要负荷的短时间紧急供电，无法维持整个商业园区的长时间稳定有效的供电，满足不了园区的办公生产用电。因此传统意义上的紧急供电方法存在诸多缺陷，不足以满足园区负荷的要求，设计一种有效的园区光储微电网的有效控制方法显得尤为重要。

园区光储微电网作为一种商用的园区微电网，以光、储作为分布式电源，完成了对传统微电网的精简，实现了占地面积小、造价低、维护成本低、适用性高的特点，符合商业园区实际运行中的经济性要求。同时，园区微电网的存在补足了不间断电源UPS只能供重要负荷的缺点，实现了整个园区长时间正常稳定供电。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过在商业园区搭建实际园区微网系统，制定园区微中央控制器的并离网控制策略，实现整个园区长时间正常稳定供电的园区光储微电网控制实现方法。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种园区光储微电网控制实现方法，该方法包括下列顺序的步骤：

(1)并网停机阶段：在并网模式下，电网正常运行，园区微电网中央控制器通过安装在交流母线上的电压互感器实时监测母线上的电压，当电网出现失电或者人为设定的被动离网，园区进入孤岛运行阶段，园区微电网中央控制器根据设定的并网停机策略逐步实施停机操作；

(2)黑启动阶段：本阶段是并网停机阶段的延续状态，黑启动阶段完成后，园区则进入离网运行模式，实现由并网运行转为离网运行；

(3)离网停机阶段：系统运行在离网工作模式下，当监测到大电网来电或人为设定的离网停机指令时，此时进入离网停机阶段，园区微电网中央控制器根据设定的离网停机策略逐步实施停机操作；

(4)并网启动阶段：本阶段是离网停机的延续状态，并网启动阶段完成后园区则进入并网运行模式，实现由离网运行转为并网运行；

(5)峰谷套现阶段：在并网运行模式稳定运行后，主储能装置、从储能装置转为恒功率模式即PQ模式运行，主储能装置、从储能装置执行峰谷套现策略。

步骤(1)中所述的并网停机策略包括以下步骤：

1a)断开微电网系统和配电网侧连接处即PCC并网点的交流接触器；

1b)园区微电网中央控制器下达主双向变流器即主PCS和从双向变流器即从PCS的停机命令，主储能装置通过导线与主PCS相连，从储能装置通过导线与从PCS相连，实现主储能装置、从储能装置的从系统的断开；

1c)将整个园区的四路负荷切除并将园区光伏系统光伏断开。

所述步骤(2)的离网运行模式具体包括以下顺序的步骤：

2a)在园区微电网并网停机完成后，园区微电网中央控制器下发控制命令：合上主PCS与母线连接处的交流接触器，主储能装置由并网状态下的恒功率模式即PQ模式转化为离网状态下的恒压恒频模式即VF模式运行，主储能装置通过主PCS在母线上建立稳定的电压V和频率F；

2b)合上从PCS与母线连接处的交流接触器，从储能装置运行于PQ模式，从储能装置进入预放电模式；

2c)离网保护检测使能开启；

2d)在主储能装置建立起稳定的电压V和频率F后，开始进入负荷的投切，在各级负荷投入前，需判定预投入负荷的功率P_Load是否满足主储能装置设定的功率上限值P_Limit，当满足预投入负荷的功率P_Load小于主储能装置设定的功率上限值P_Limit且稳定维持T₁秒，负荷按照优先级顺序逐级投入，如此反复，直至投完；

2e)在负荷投完之前，由主储能装置、从储能装置带负荷运行，负荷投完之后，将园区光伏系统投入，光伏设置为限功率运行，稳定运行后，则由园区光伏系统和园区主储能装置、从储能装置共同带负荷运行，其中，P_Load,总为负荷总的有功功率， P_BESS1，放为主储能的放电功率，P_BESS2，放为从储能的放电功率，P_PV为光伏的放电功率；

2f)在各级负荷切除前，判定在负荷投入之后，主储能装置、从储能装置的荷电量水平SOC是否达到下限值SOC_min，当主储能装置、从储能装置的荷电量水平SOC达到下限值SOC_min，负荷按照优先级倒序逐级切除，如此反复，直至切完。

步骤(3)中所述的离网停机策略包括以下步骤：

3a)断开园区配网侧PCC并网点的交流接触器；

3b)园区微电网中央控制器下发PCS停机命令，实现主储能装置、辅储能装置的断开；

3c)将园区光伏系统和园区四路负荷从母线上全部断开。

所述步骤(4)的并网运行模式具体包括以下步骤：

4a)在园区微电网完成离网停机后，园区微电网中央控制器下发并网启动指令，先合上园区配网侧PCC并网点的交流接触器，母线上由大电网建立起稳定的电压V和频率F；

4b)待检测到稳定的电压V和频率F的时长超过时限之后，将负荷逐级投入，由电网带负荷运行；

4c)负荷投入完毕后，投入园区光伏系统并将光伏系统设置为最大功率跟踪模式即MPP模式运行；

4d)合上主PCS、从PCS与交流母线连接处的交流接触器，使主储能装置、从储能装置运行于恒功率模式即PQ模式。

所述步骤(5)中的峰谷套现策略具体包括以下步骤：

5a)园区负荷所使用的电价分为峰谷电价，当前时段处于峰时，储能荷电量水平SOC值高，储能装置通过设定的放电功率P_ESS,D来带一部分负荷运行，减少从配电网的购电量，此时满足功率平衡关系P_Load,总＝P_ESS,D+P_PV+P_PCC，其中，P_Load,总为负荷总的有功功率，P_PV为光伏的放电功率，P_PCC为从配电网购电功率；

5b)当前时段处于谷时，储能装置由于峰时放电，储能荷电量水平SOC 值低，储能装置通过设定的充电功率P_ESS,C对储能装置进行充电，达到在低电价时储存电能，保持储能装置荷电量水平SOC值处于高水平，便于在峰时进行放电，此时满足功率平衡关系P_PCC+P_PV＝P_Load,总+P_ESS,C，其中，P_Load,总为负荷总的有功功率，P_PV为光伏的放电功率，P_PCC为从配电网购电功率；

5c)当前时段处于平时，进行储能荷电量水平SOC值的健康维护，当下一时段为峰时，此时储能装置进行充电操作，保持高SOC水平，满足峰时充分放电要求；当下一时段为谷时，此时储能装置进行放电操作，达到充分利用储能，获取实际效益，等待谷时到来，再进行充分充电，恢复高SOC水平。

由上述技术方案可知，本发明的有益效果为：本发明通过园区微电网中央控制器遥测监测终端实时获取安装在交流母线上的电压互感器以及配网侧与微网系统连接处的交流接触器数据，判定大电网侧的停电与否，进而判定整个系统进入并网还是离网状态，下发相应的控制命令来执行并离网策略，实现整个园区供电系统的有效顺序控制；本发明是光储园区微电网在商业园区的成功应用，是基于系统搭建造价低、园区实用度高的特点来设计，相较于传统方法上的紧急供电方法，本发明更加考虑商业园区负荷实际运行特点，商业园区利益最大化的特点；本发明的成功应用，保证了整个商业园区办公生产的长时间稳定供电，为办公照明提供了必要条件，最大程度上降低了整个商业园区由于停电带来的间接经济损失，实现了商业园区利益最大化，同时并网状态下的峰谷套现实现了储能装置的最有效、最大化利用，增大了整个商业园区的经济效益。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的方法流程图；

图3为峰谷电价充放电流程图。

具体实施方式

如图1所示，实现本方法的系统包括园区微电网中央控制器(MGCC)，交流母线上电压互感器、园区配网侧与微网系统连接处的电压互感器、园区屋顶光伏列阵、园区主双向变流器PCS、园区从双向变流器PCS、园区电池主储能装置、园区电池从储能装置和园区四路分级负荷。

园区微电网中央控制器遥测检测终端通过检测安装在交流母线上的电压互感器的信息，获取交流母线上实时的带电状态，当在并网运行模式下检测到交流母线上失电，则判定为大电网侧停电，整个系统切换到离网状态，执行并转离的控制策略，待孤岛模式稳定建立后，由园区微网系统带整个园区的办公生产负荷。园区微电网中央控制器通过安装在园区配电网侧和园区微网连接处的电压互感器的信息，来判断大电网的来电与否，当在孤岛运行方式下检测到大电网侧来电，则整个系统切换到并网运行模式，执行离转并的控制策略，待并网模式稳定运行后，开始执行储能的定时充放电策略来实现峰谷套现。整个控制策略的有效执行依赖于园区微电网中央控制器与各设备之间的良好通讯。主、从储能系统通过CAN通讯方式与园区微电网中央控制器进行通信，获取实时的并离网指令；光伏通过电力载波通讯方式与园区微电网中央控制器通信，执行MPPT模式或者限功率运行模式。

本方法并离网切换的顺序控制包含了五个步骤，即并网停机阶段、黑启动阶段、离网停机阶段、并网启动阶段以及并网运行下的峰谷套现阶段。本方法在并网模式下实现了光伏的就地消纳，储能装置按分时电价制定充放电策略以实现利益套现；在离网模式下保障了整个园区负荷的的长时间正常稳定供电，满足了办公生产用电。

如图2所示，一种园区光储微电网控制实现方法，该方法包括下列顺序的步骤：

(1)并网停机阶段：在并网模式下，电网正常运行，园区微电网中央控制器通过安装在交流母线上的电压互感器实时监测母线上的电压，当电网出现失电或者人为设定的被动离网，园区进入孤岛运行阶段，园区微电网中央控制器根据设定的并网停机策略逐步实施停机操作；

(2)黑启动阶段：本阶段是并网停机阶段的延续状态，黑启动阶段完成后，园区则进入离网运行模式，实现由并网运行转为离网运行；

(3)离网停机阶段：系统运行在离网工作模式下，当监测到大电网来电或人为设定的离网停机指令时，此时进入离网停机阶段，园区微电网中央控制器根据设定的离网停机策略逐步实施停机操作；

(4)并网启动阶段：本阶段是离网停机的延续状态，并网启动阶段完成后园区则进入并网运行模式，实现由离网运行转为并网运行；

(5)峰谷套现阶段：在并网运行模式稳定运行后，主储能装置、从储能装置转为恒功率模式即PQ模式运行，主储能装置、从储能装置执行峰谷套现策略。

步骤(1)中所述的并网停机策略包括以下步骤：

1a)断开微电网系统和配电网侧连接处即PCC并网点的交流接触器；

1b)园区微电网中央控制器下达主双向变流器即主PCS和从双向变流器即从PCS的停机命令，主储能装置通过导线与主PCS相连，从储能装置通过导线与从PCS相连，实现主储能装置、从储能装置的从系统的断开；

1c)将整个园区的四路负荷切除并将园区光伏系统光伏断开。

所述步骤(2)的离网运行模式具体包括以下顺序的步骤：

2a)在园区微电网并网停机完成后，园区微电网中央控制器下发控制命令：合上主PCS与母线连接处的交流接触器，主储能装置由并网状态下的恒功率模式即PQ模式转化为离网状态下的恒压恒频模式即VF模式运行，主储能装置通过主PCS在母线上建立稳定的电压V和频率F；

2b)合上从PCS与母线连接处的交流接触器，从储能装置运行于PQ模式，从储能装置进入预放电模式；

2c)离网保护检测使能开启；

2d)在主储能装置建立起稳定的电压V和频率F后，开始进入负荷的投切，在各级负荷投入前，需判定预投入负荷的功率P_Load是否满足主储能装置设定的功率上限值P_Limit，当满足预投入负荷的功率P_Load小于主储能装置设定的功率上限值P_Limit且稳定维持T₁秒，负荷按照优先级顺序逐级投入，如此反复，直至投完；

2e)在负荷投完之前，由主储能装置、从储能装置带负荷运行，负荷投完之后，将园区光伏系统投入，光伏设置为限功率运行，稳定运行后，则由园区光伏系统和园区主储能装置、从储能装置共同带负荷运行，其中，P_Load,总为负荷总的有功功率， P_BESS1，放为主储能的放电功率，P_BESS2，放为从储能的放电功率，P_PV为光伏的放电功率；

2f)在各级负荷切除前，判定在负荷投入之后，主储能装置、从储能装置的荷电量水平SOC是否达到下限值SOC_min，当主储能装置、从储能装置的荷电量水平SOC达到下限值SOC_min，负荷按照优先级倒序逐级切除，如此反复，直至切完。

步骤(3)中所述的离网停机策略包括以下步骤：

3a)断开园区配网侧PCC并网点的交流接触器；

3b)园区微电网中央控制器下发PCS停机命令，实现主储能装置、辅储能装置的断开；

3c)将园区光伏系统和园区四路负荷从母线上全部断开。

所述步骤(4)的并网运行模式具体包括以下步骤：

4a)在园区微电网完成离网停机后，园区微电网中央控制器下发并网启动指令，先合上园区配网侧PCC并网点的交流接触器，母线上由大电网建立起稳定的电压V和频率F；

4b)待检测到稳定的电压V和频率F的时长超过时限之后，将负荷逐级投入，由电网带负荷运行；

4c)负荷投入完毕后，投入园区光伏系统并将光伏系统设置为最大功率跟踪模式即MPP模式运行；

4d)合上主PCS、从PCS与交流母线连接处的交流接触器，使主储能装置、从储能装置运行于恒功率模式即PQ模式。

如图3所示，所述步骤(5)中的峰谷套现策略具体包括以下步骤：

5a)园区负荷所使用的电价分为峰谷电价，当前时段处于峰时，储能荷电量水平SOC值高，储能装置通过设定的放电功率P_ESS,D来带一部分负荷运行，减少从配电网的购电量，此时满足功率平衡关系P_Load,总＝P_ESS,D+P_PV+P_PCC，其中，P_Load,总为负荷总的有功功率，P_PV为光伏的放电功率，P_PCC为从配电网购电功率；

5b)当前时段处于谷时，储能装置由于峰时放电，储能荷电量水平SOC 值低，储能装置通过设定的充电功率P_ESS,C对储能装置进行充电，达到在低电价时储存电能，保持储能装置荷电量水平SOC值处于高水平，便于在峰时进行放电，此时满足功率平衡关系P_PCC+P_PV＝P_Load,总+P_ESS,C，其中，P_Load,总为负荷总的有功功率，P_PV为光伏的放电功率，P_PCC为从配电网购电功率；

5c)当前时段处于平时，进行储能荷电量水平SOC值的健康维护，当下一时段为峰时，此时储能装置进行充电操作，保持高SOC水平，满足峰时充分放电要求；当下一时段为谷时，此时储能装置进行放电操作，达到充分利用储能，获取实际效益，等待谷时到来，再进行充分充电，恢复高SOC水平。

综上所述，本发明通过园区微电网中央控制器遥测监测终端实时获取安装在交流母线上的电压互感器以及配网侧与微网系统连接处的交流接触器数据，判定大电网侧的停电与否，进而判定整个系统进入并网还是离网状态，下发相应的控制命令来执行并离网策略，实现整个园区供电系统的有效顺序控制。

Claims (6)

1.一种园区光储微电网控制实现方法，其特征在于：该方法包括下列顺序的步骤：

(1)并网停机阶段：在并网模式下，电网正常运行，园区微电网中央控制器通过安装在交流母线上的电压互感器实时监测母线上的电压，当电网出现失电或者人为设定的被动离网，园区进入孤岛运行阶段，园区微电网中央控制器根据设定的并网停机策略逐步实施停机操作；

(2)黑启动阶段：本阶段是并网停机阶段的延续状态，黑启动阶段完成后，园区则进入离网运行模式，实现由并网运行转为离网运行；

(3)离网停机阶段：系统运行在离网工作模式下，当监测到大电网来电或人为设定的离网停机指令时，此时进入离网停机阶段，园区微电网中央控制器根据设定的离网停机策略逐步实施停机操作；

(4)并网启动阶段：本阶段是离网停机的延续状态，并网启动阶段完成后园区则进入并网运行模式，实现由离网运行转为并网运行；

(5)峰谷套现阶段：在并网运行模式稳定运行后，主储能装置、从储能装置转为恒功率模式即PQ模式运行，主储能装置、从储能装置执行峰谷套现策略。

2.根据权利要求1所述的园区光储微电网控制实现方法，其特征在于：步骤(1)中所述的并网停机策略包括以下步骤：

1a)断开微电网系统和配电网侧连接处即PCC并网点的交流接触器；

1b)园区微电网中央控制器下达主双向变流器即主PCS和从双向变流器即从PCS的停机命令，主储能装置通过导线与主PCS相连，从储能装置通过导线与从PCS相连，实现主储能装置、从储能装置的从系统的断开；

1c)将整个园区的四路负荷切除并将园区光伏系统光伏断开。

3.根据权利要求1所述的园区光储微电网控制实现方法，其特征在于：所述步骤(2)的离网运行模式具体包括以下顺序的步骤：

2a)在园区微电网并网停机完成后，园区微电网中央控制器下发控制命令：合上主PCS与母线连接处的交流接触器，主储能装置由并网状态下的恒功率模式即PQ模式转化为离网状态下的恒压恒频模式即VF模式运行，主储能装置通过主PCS在母线上建立稳定的电压V和频率F；

2b)合上从PCS与母线连接处的交流接触器，从储能装置运行于恒功率模式即PQ模式，从储能装置进入预放电模式；

2c)离网保护检测使能开启；

2d)在主储能装置建立起稳定的电压V和频率F后，开始进入负荷的投切，在各级负荷投入前，需判定预投入负荷的功率P_Load是否满足主储能装置设定的功率上限值P_Limit，当满足预投入负荷的功率P_Load小于主储能装置设定的功率上限值P_Limit且稳定维持T₁秒，负荷按照优先级顺序逐级投入，如此反复，直至投完；

2e)在负荷投完之前，由主储能装置、从储能装置带负荷运行，P_Load,总＝P_{BESS1，放，}+_放P_BESS2，负荷投完之后，将园区光伏系统投入，光伏设置为限功率运行，稳定运行后，则由园区光伏系统和园区主储能装置、从储能装置共同带负荷运行，P_Load,总＝P_{BESS1，放，}+_放P_BESS2+P_PV；其中，P_Load,总为负荷总的有功功率，P_BESS1，放为主储能的放电功率，P_BESS2，放为从储能的放电功率，P_PV为光伏的放电功率；

2f)在各级负荷切除前，判定在负荷投入之后，主储能装置、从储能装置的荷电量水平SOC是否达到下限值SOC_min，当主储能装置、从储能装置的荷电量水平SOC达到下限值SOC_min，负荷按照优先级倒序逐级切除，如此反复，直至切完。

4.根据权利要求1所述的园区光储微电网控制实现方法，其特征在于：步骤(3)中所述的离网停机策略包括以下步骤：

3a)断开园区配网侧PCC并网点的交流接触器；

3b)园区微电网中央控制器下发PCS停机命令，实现主储能装置、辅储能装置的断开；

3c)将园区光伏系统和园区四路负荷从母线上全部断开。

5.根据权利要求1所述的园区光储微电网控制实现方法，其特征在于：所述步骤(4)中的并网运行模式具体包括以下步骤：

4a)在园区微电网完成离网停机后，园区微电网中央控制器下发并网启动指令，先合上园区配网侧PCC并网点的交流接触器，母线上由大电网建立起稳定的电压V和频率F；

4b)待检测到稳定的电压V和频率F的时长超过时限之后，将负荷逐级投入，由电网带负荷运行；

4c)负荷投入完毕后，投入园区光伏系统并将光伏系统设置为最大功率跟踪模式即MPP模式运行；

4d)合上主PCS、从PCS与交流母线连接处的交流接触器，使主储能装置、从储能装置运行于恒功率模式即PQ模式。

6.根据权利要求1所述的园区光储微电网控制实现方法，其特征在于：所述步骤(5)中的峰谷套现策略具体包括以下步骤：

5a)园区负荷所使用的电价分为峰谷电价，当前时段处于峰时，储能荷电量水平SOC值高，储能装置通过设定的放电功率P_ESS,D来带一部分负荷运行，减少从配电网的购电量，此时满足功率平衡关系P_Load,总＝P_ESS,D+P_PV+P_PCC，其中，P_Load,总为负荷总的有功功率，P_PV为光伏的放电功率，P_PCC为从配电网购电功率；

5b)当前时段处于谷时，储能装置由于峰时放电，储能荷电量水平SOC值低，储能装置通过设定的充电功率P_ESS,C对储能装置进行充电，达到在低电价时储存电能，保持储能装置荷电量水平SOC值处于高水平，便于在峰时进行放电，此时满足功率平衡关系P_PCC+P_PV＝P_Load,总+P_ESS,C，其中，P_Load,总为负荷总的有功功率，P_PV为光伏的放电功率，P_PCC为从配电网购电功率；

5c)当前时段处于平时，进行储能荷电量水平SOC值的健康维护，当下一时段为峰时，此时储能装置进行充电操作，保持高SOC水平，满足峰时充分放电要求；当下一时段为谷时，此时储能装置进行放电操作，达到充分利用储能，获取实际效益，等待谷时到来，再进行充分充电，恢复高SOC水平。