CN109768571A - 一种并网微电网控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种并网微电网控制系统及方法，包括大电网系统和微电网，微电网包括电网协调控制器、可再生电源、储能单元以及微电网母线，微电网母线通过并网开关接入大电网系统；微电网母线与负荷组成总线型拓扑结构，微电网并网状态下，各储能单元采用PQ控制，微电网离网状态下，各储能单元采用VF控制。本发明的微电网控制系统建设成本低，实现了并网与离网的切换，降低了并网与离网切换时对微电网系统以及负荷的影响，保障了微电网系统的稳定性与可靠性，保障了负荷的安全使用性，采用优先级对负荷进行分批次合闸送电，保障重点区域的用电稳定性，使微电网在实际使用中能够取得更好的经济效益。

Description

一种并网微电网控制系统及方法

技术领域

本发明属于电力系统微电网领域，具体涉及一种并网微电网控制系统及方法。

背景技术

微电网是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统，是一种极具经济效益的电力系统，它采用了大量的先进电力技术，将燃气轮机或者风电、光伏发电、燃料电池和储能设备等装置整合在一起，直接进入用户侧。微电网可视为大电网系统中的一个可控单元，可在数秒内动作，提高供电区的供电可靠性。降低损耗、稳定电压，还可以提供不间断电源满足用户的特定需求。

微电网实时运行过程中需要实时的调控储能、可再生能源发电装置和负载等，微电网可以和大电网系统并网运行，也可以主动离网或者被动离网运行，为保障负荷的供电连续性，需要相关的方法来调节微电网的并网。现有技术中对微电网的研究已经取得了一定的成果，其中，发明专利CN201710283888.8公开了一种基于混合控制策略的无缝切换控制系统及方法，该发明实现了并网运行转孤岛运行时逆变器自动由电流源控制切换为基于下垂控制的电压源控制，提高了并网到孤岛模式的转换过程中的负载电压质量；该方法未考虑开关分闸与合闸给微电网系统以及负荷所带来的冲击，容易对微电网系统及负荷产生电力损害。

综上，如何实现微电网的并网与离网切换，并在此基础上使微电网产生最大的经济效益，为微电网的负荷带来高效、稳定的电压，并最低成本的建设稳点网系统，是微电网研究领域的方向之一。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明的目的是提供一种并网微电网控制系统及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种并网微电网控制系统，包括大电网系统和微电网；

所述微电网包括电网协调控制器、可再生电源、储能单元以及微电网母线，可再生电源与储能单元分别通过智能断路器与微电网母线连接，可再生电源与储能单元分别与电网协调控制器连接，微电网母线通过并网开关接入大电网系统；

微电网母线与各负荷组成总线型拓扑结构，每一个负荷与微网母线之间均设置有智能断路器，各负荷之间根据使用情况排列优先级；

各智能断路器、并网开关处以及并网开关大电网系统处均设置有采集单元，采集单元用于检测各智能断路器、并网开关处以及并网开关大电网系统处的电压值与电流值，智能断路器以及并网开关和各采集单元均与电网协调控制器连接；

微电网并网状态下，各储能单元采用PQ控制，微电网离网状态下，各储能单元采用VF控制。

所述各采集单元均包括电压传感器和电流传感器，电压传感器和电流传感器均为电感式传感器。

一种并网微电网控制方法，所述控制方法为并网与离网互转的控制方法，其具体步骤为：

S1：电网协调控制器识别微电网目前处于并网状态还是离网状态，若是并网状态，则进行S2，若是离网状态，则进行S5；

S2：微电网处于并网状态，电网协调控制器识别微电网是主动离网还是被动离网，若是主动离网，则进行S3，若是被动离网，则进行S4；

S3：微电网接收到主动离网命令，电网协调控制器向并网开关发出分闸指令，延时时间T1向各负荷处智能断路器发出分闸指令，延时时间T2向各储能单元发出PQ控制转VF控制指令，PQ控制转VF控制指令完成后根据各负荷优先级依次发出各自对应的智能断路器合闸指令，完成并网转离网切换；

S4：微电网接收到被动离网命令，电网协调控制器向并网开关及各负荷处智能断路器发出分闸指令，延时时间T2向各储能单元发出PQ控制转VF控制指令，PQ控制转VF控制指令完成后根据各负荷优先级依次发出各自对应的智能断路器合闸指令，完成并网转离网切换；

S5：微电网处于离网状态，电网协调控制器识别微电网是主动并网还是被动并网，若是主动并网，则进行S6，若是被动并网，则进行S7；

S6：微电网接收到主动并网指令，电网协调控制器向各负荷处智能断路器发出分闸指令，延时时间T3向各储能单元发出VF控制转PQ控制指令，VF控制转PQ控制指令完成后向并网开关发出合闸指令，延时时间T4并根据优先级依次向各负荷处智能断路器发出合闸指令，完成离网转并网切换；

S7：微电网接收到被动并网指令，电网协调控制器时刻检测并网开关大电网系统处的电压电流变化，若检测到电压电流恢复正常，则进行S6，若未检测到电压电流恢复正常，则重复检测并网开关大电网系统处的电压电流变化。

所述步骤S1中，电网协调控制器识别微电网目前处于并网状态还是离网状态的方法为：

电网协调控制器检测储能单元的控制方式、并网开关处的电压电流以及并网开关大电网系统处的电压电流；

若满足储能单元的控制方式为PQ控制或并网开关处的电压电流与并网开关大电网系统处的电压电流差值小于阈值Ⅰ两种方式中的一种或两种，则为并网状态；

若满足储能单元的控制方式为VF控制或并网开关处的电压电流与并网开关大电网系统处的电压电流差值大于阈值Ⅱ两种方式中的一种或两种，则为离网状态。

所述延时时间T1、延时时间T2、延时时间T3和延时时间T4的设定方法为：

延时时间T1的设定方式为T1大于电网协调控制器向并网开关发出分闸指令且并网开关分闸完成的时间；

延时时间T2的设定方式为大于T1加电网协调控制器向各负荷处智能断路器发出分闸指令且各负荷处智能断路器分闸完成的最末时间；

延时时间T3的设定方式为大于电网协调控制器向各负荷处智能断路器发出分闸指令且各负荷处智能断路器分闸完成的最末时间；

延时时间T4的设定方式为大于T3加电网协调控制器向各储能单元发出VF控制转PQ控制指令且指令完成的最末时间。

本发明的有益效果为：本发明的微电网控制系统建设成本低，选择高效可靠的传感器检测各单元的电压电流信息，电网协调控制器根据传感器数据实时检测判定微电网的运行状况；采用延时分批次切换实现并网与离网的切换，降低了并网与离网切换时对微电网系统以及负荷的影响，保障了微电网系统的稳定性与可靠性，保障了负荷的安全使用性，采用优先级对负荷进行分批次合闸送电，保障重点区域的用电稳定性，使微电网在实际使用中能够取得更好的经济效益。

附图说明

图1是本发明的系统示意图。

图2是本发明的方法流程图。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种并网微电网控制系统，包括大电网系统和微电网。

微电网包括电网协调控制器、可再生电源、储能单元以及微电网母线，可再生电源为光伏发电和风力发电；储能单元用于在并网时存储电能并在离网时提供电能；可再生电源与储能单元分别通过智能断路器与微电网母线连接，可再生电源与储能单元分别与电网协调控制器连接，微电网母线通过并网开关接入大电网系统。

微电网母线与各负荷组成总线型拓扑结构，所有负荷均直接与微电网母线连接，每一个负荷与微网母线之间均设置有智能断路器，各负荷之间根据使用情况排列优先级；优先级为按照医院、学校、行政单位、市政用电等为优先顺序排列，可按照当地实际情况更换优先级。

各智能断路器、并网开关处以及并网开关大电网系统处均设置有采集单元，采集单元用于检测各智能断路器、并网开关处以及并网开关大电网系统处的电压值与电流值，智能断路器以及并网开关和各采集单元均与电网协调控制器连接。并网开关处指并网开关接近微电网系统的一侧，并网开关大电网系统处指并网开关接近大电网系统的一侧。

各采集单元均包括电压传感器和电流传感器，电压传感器和电流传感器均为电感式传感器，电压传感器和电流传感器将检测到的电压值和电流值传输到电网协调控制器中。

微电网并网状态下，各储能单元采用PQ控制，微电网离网状态下，各储能单元采用VF控制。

基于上述并网微电网控制系统的并网与离网互转的控制方法，其具体步骤为。

S1：电网协调控制器识别微电网目前处于并网状态还是离网状态，若是并网状态，则进行S2，若是离网状态，则进行S5。

步骤S1中，电网协调控制器识别微电网目前处于并网状态还是离网状态的方法为。

电网协调控制器通过检测储能单元的控制方式，以及比较并网开关处的电压电流与并网开关大电网系统处的电压电流差值判定微电网目前处于并网状态还是离网状态；在电网协调控制器中预先设置比较阈值Ⅰ和阈值Ⅱ。

若检测结果满足储能单元的控制方式为PQ控制或并网开关处的电压电流与并网开关大电网系统处的电压电流差值小于阈值Ⅰ两种方式中的一种或两种，则为并网状态；并网开关处的电压电流与并网开关大电网系统处的电压电流差值小于阈值Ⅰ表示并网开关处与并网开关大电网系统处具有相近电压电流值，并网开关处与大电网系统是连通的。

若满足储能单元的控制方式为VF控制或并网开关处的电压电流与并网开关大电网系统处的电压电流差值大于阈值Ⅱ两种方式中的一种或两种，则为离网状态；并网开关处的电压电流与并网开关大电网系统处的电压电流差值大于阈值Ⅱ表示并网开关处与并网开关大电网系统处具有相差较大的电压电流值，并网开关处与大电网系统是断开的或者是不通的。

S2：微电网处于并网状态，电网协调控制器识别微电网是主动离网还是被动离网，若是主动离网，则进行S3，若是被动离网，则进行S4；主动离网即操作者主动要求微电网离网，被动离网即大电网系统故障，微电网需要孤岛运行。

S3：微电网接收到主动离网命令，电网协调控制器向并网开关发出分闸指令，延时时间T1向各负荷处智能断路器发出分闸指令，延时时间T2向各储能单元发出PQ控制转VF控制指令，PQ控制转VF控制指令完成后根据各负荷优先级依次发出各自对应的智能断路器合闸指令，完成并网转离网切换。

S4：微电网接收到被动离网命令，电网协调控制器向并网开关及各负荷处智能断路器发出分闸指令，延时时间T2向各储能单元发出PQ控制转VF控制指令，PQ控制转VF控制指令完成后根据各负荷优先级依次发出各自对应的智能断路器合闸指令，完成并网转离网切换。

延时时间T1的设定方式为T1大于电网协调控制器向并网开关发出分闸指令且并网开关分闸完成的时间。

延时时间T2的设定方式为大于T1加电网协调控制器向各负荷处智能断路器发出分闸指令且各负荷处智能断路器分闸完成的最末时间。

S5：微电网处于离网状态，电网协调控制器识别微电网是主动并网还是被动并网，若是主动并网，则进行S6，若是被动并网，则进行S7。

S6：微电网接收到主动并网指令，电网协调控制器向各负荷处智能断路器发出分闸指令，延时时间T3向各储能单元发出VF控制转PQ控制指令，VF控制转PQ控制指令完成后向并网开关发出合闸指令，延时时间T4并根据优先级依次向各负荷处智能断路器发出合闸指令，完成离网转并网切换。

S7：微电网接收到被动并网指令，电网协调控制器时刻检测并网开关大电网系统处的电压电流变化，若检测到电压电流恢复正常，则进行S6，若未检测到电压电流恢复正常，则重复检测并网开关大电网系统处的电压电流变化。

延时时间T3的设定方式为大于电网协调控制器向各负荷处智能断路器发出分闸指令且各负荷处智能断路器分闸完成的最末时间。

延时时间T4的设定方式为大于T3加电网协调控制器向各储能单元发出VF控制转PQ控制指令且指令完成的最末时间。

延时时间T1、延时时间T2、延时时间T3和延时时间T4的设定有助于并网与离网互转时降低电压电流突变对微电网系统以及负荷的电力冲击，保障微电网的稳定性以及负荷使用的安全性。

其他技术参照现有技术。

以上所述，仅是本发明的优选实施方式，并不是对本发明技术方案的限定，应当指出，本领域的技术人员，在本发明技术方案的前提下，还可以作出进一步的改进和改变，这些改进和改变都应该涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种并网微电网控制系统，其特征在于：包括大电网系统和微电网；

所述微电网包括电网协调控制器、可再生电源、储能单元以及微电网母线，可再生电源与储能单元分别通过智能断路器与微电网母线连接，可再生电源与储能单元分别与电网协调控制器连接，微电网母线通过并网开关接入大电网系统；

微电网母线与各负荷组成总线型拓扑结构，每一个负荷与微网母线之间均设置有智能断路器，各负荷之间根据使用情况排列优先级；

各智能断路器、并网开关处以及并网开关大电网系统处均设置有采集单元，采集单元用于检测各智能断路器、并网开关处以及并网开关大电网系统处的电压值与电流值，智能断路器以及并网开关和各采集单元均与电网协调控制器连接；

微电网并网状态下，各储能单元采用PQ控制，微电网离网状态下，各储能单元采用VF控制。

2.根据权利要求1所述的并网微电网控制系统，其特征在于：所述各采集单元均包括电压传感器和电流传感器，电压传感器和电流传感器均为电感式传感器。

3.一种并网微电网控制方法，其特征在于：所述控制方法为并网与离网互转的控制方法，其具体步骤为：

S1：电网协调控制器识别微电网目前处于并网状态还是离网状态，若是并网状态，则进行S2，若是离网状态，则进行S5；

S2：微电网处于并网状态，电网协调控制器识别微电网是主动离网还是被动离网，若是主动离网，则进行S3，若是被动离网，则进行S4；

S3：微电网接收到主动离网命令，电网协调控制器向并网开关发出分闸指令，延时时间T1向各负荷处智能断路器发出分闸指令，延时时间T2向各储能单元发出PQ控制转VF控制指令，PQ控制转VF控制指令完成后根据各负荷优先级依次发出各自对应的智能断路器合闸指令，完成并网转离网切换；

S4：微电网接收到被动离网命令，电网协调控制器向并网开关及各负荷处智能断路器发出分闸指令，延时时间T2向各储能单元发出PQ控制转VF控制指令，PQ控制转VF控制指令完成后根据各负荷优先级依次发出各自对应的智能断路器合闸指令，完成并网转离网切换；

S5：微电网处于离网状态，电网协调控制器识别微电网是主动并网还是被动并网，若是主动并网，则进行S6，若是被动并网，则进行S7；

S6：微电网接收到主动并网指令，电网协调控制器向各负荷处智能断路器发出分闸指令，延时时间T3向各储能单元发出VF控制转PQ控制指令，VF控制转PQ控制指令完成后向并网开关发出合闸指令，延时时间T4并根据优先级依次向各负荷处智能断路器发出合闸指令，完成离网转并网切换；

S7：微电网接收到被动并网指令，电网协调控制器时刻检测并网开关大电网系统处的电压电流变化，若检测到电压电流恢复正常，则进行S6，若未检测到电压电流恢复正常，则重复检测并网开关大电网系统处的电压电流变化。

4.根据权利要求3所述的并网微电网控制方法，其特征在于：所述步骤S1中，电网协调控制器识别微电网目前处于并网状态还是离网状态的方法为：

电网协调控制器检测储能单元的控制方式、并网开关处的电压电流以及并网开关大电网系统处的电压电流；

若满足储能单元的控制方式为PQ控制或并网开关处的电压电流与并网开关大电网系统处的电压电流差值小于阈值Ⅰ两种方式中的一种或两种，则为并网状态；

若满足储能单元的控制方式为VF控制或并网开关处的电压电流与并网开关大电网系统处的电压电流差值大于阈值Ⅱ两种方式中的一种或两种，则为离网状态。

5.根据权利要求3所述的并网微电网控制方法，其特征在于：所述延时时间T1、延时时间T2、延时时间T3和延时时间T4的设定方法为：

延时时间T1的设定方式为T1大于电网协调控制器向并网开关发出分闸指令且并网开关分闸完成的时间；

延时时间T2的设定方式为大于T1加电网协调控制器向各负荷处智能断路器发出分闸指令且各负荷处智能断路器分闸完成的最末时间；

延时时间T3的设定方式为大于电网协调控制器向各负荷处智能断路器发出分闸指令且各负荷处智能断路器分闸完成的最末时间；

延时时间T4的设定方式为大于T3加电网协调控制器向各储能单元发出VF控制转PQ控制指令且指令完成的最末时间。