CN109923751A - 微电网的彼此同步 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种用于使第一微电网1a与第二微电网1b彼此同步的方法，第一微电网1a具有第一电压V1和第一频率fi，第二微电网1b具有第二电压V2和第二频率f2。该方法包括：针对第一和第二微电网中的每个微电网：确定可能电压范围，以及确定可能频率范围。该方法还包括：确定重叠电压范围，该重叠电压范围被包括在第一微电网的可能电压范围和第二微电网的可能电压范围内。该方法还包括：确定重叠频率范围，该重叠频率范围被包括在第一微电网的可能频率范围和第二微电网的可能频率范围内。该方法还包括选择在重叠电压范围内的第三电压。该方法还包括选择在重叠频率范围内的第三频率。该方法还包括控制第一微电网从第一电压和第一频率改变为第三电压和第三频率。该方法还包括控制第二微电网从第二电压和第二频率改变为第三电压和第三频率。该方法还包括通过闭合第一与第二微电网之间的开关来将第一和第二微电网彼此连接。
Description
技术领域
本公开涉及一种用于使第一微电网与第二微电网彼此同步的方法。
背景技术
微电网是发电、能量存储和负载的局部分组，其通常操作经由PCC而连接到传统的集中式电网(宏电网，例如配电网)。这种与宏电网的单点公共耦合可以被断开连接，从而使微电网孤岛化。微电网是旨在从许多小型能源、分布式发电机(DG)局部地产生电力的结构的一部分。在微电网中，DG经由控制DG的输出(即，注入微电网中的电流)的变流器而被连接。
微电网(在并网模式，即，连接到宏电网)从连接的DG站点供应优化的或最大的电力输出，并且剩余电力由宏电网供应，或者微电网的过量电力被注入到宏电网中。微电网通过可控开关在PCC处被连接到宏电网。这种并网在电网故障期间丢失并且微电网被孤岛化。类似地，微电网可以连接到另一微电网或从另一微电网被孤岛化。
在AC微电网中，在稳定状态下各处的频率都是相同的，而电压可能取决于电力流而不同。然而，在DG输出、负载切换和低惯性的连续变化的微电网中，存在较小规模的连续频率波动和电压波动。在较大的瞬态(即，DG故障等)期间，偏差较大。在孤岛模式中，与主电网频率和电压相比，微电网可以以不同的频率和电压进行操作。在再同步(resynchronization)期间，微电网频率与主电网频率匹配。对于微电网与主电网之间的电压幅度也完成类似的匹配。在孤岛化之后重新连接微电网之前，执行具有电压幅度、相位角和频率的匹配的再同步，以确保微电网在重新连接时的稳定性。一旦实现了电压和频率的匹配，断路器在相位匹配的瞬间闭合。这样做以使瞬态最小化。
发明内容
现在已经认识到，两个孤岛化的微电网的再同步提供了调整该两个微电网中的一者和两者的系统参数(电压和频率)的机会。这可以是例如用于嵌套微电网情形，或者用于农村电气化中的一系列远程、通常小型的微电网。
根据本发明，如在两个微电网之间的开路开关处(任一侧上)测量的不同电压和频率处操作的两个孤岛化的微电网的再同步在第三电压和第三频率处完成，该第三电压和第三频率基于两个微电网的特性和要求而被选择。
优点可以包括在再同步过程期间每个微电网内的增强的稳定性、更快地获得稳定状态、联络线(tie line)处更好的电力流管理以及改善的电力质量。
根据本发明的一个方面，提供一种用于使第一微电网与第二微电网彼此同步的方法，第一微电网具有第一电压和第一频率，第二微电网具有第二电压和第二频率。该方法包括：针对第一微电网和第二微电网中的每个微电网：例如，通过计算可能电压范围和可能频率范围或者通过接收关于所述可能电压范围和可能频率范围的信息，确定所述可能电压范围，以及确定所述可能频率范围。该方法还包括：确定重叠电压范围，该重叠电压范围被包括在第一微电网的可能电压范围和第二微电网的可能电压范围内。该方法还包括：确定重叠频率范围，该重叠频率范围被包括在第一微电网的可能频率范围和第二微电网的可能频率范围内。该方法还包括选择在重叠电压范围内的第三电压。该方法还包括选择在重叠频率范围内的第三频率。该方法还包括控制第一微电网从第一电压和第一频率改变为第三电压和第三频率。该方法还包括控制第二微电网从第二电压和第二频率改变为第三电压和第三频率。该方法还包括：通过闭合第一微电网与第二微电网之间的开关、例如通过将控制信号发送到所述开关，来将第一微电网和第二微电网彼此连接。
根据本发明的另一方面，提供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，计算机可执行组件用于当计算机可执行组件在被包括在微电网网络控制器中的处理电路上运行时，使微电网网络控制器执行本公开的方法的实施例。
根据本发明的另一方面，提供一种微电网网络控制器，该微电网网络控制器被配置为用于使第一微电网与第二微电网彼此同步，第一微电网具有第一电压和第一频率，第二微电网具有第二电压和第二频率。微电网网络控制器包括处理电路和存储装置，该存储装置存储由所述处理电路可执行的指令，由此所述微电网网络控制器可操作以：针对第一微电网和第二微电网中的每个电网：例如，通过计算可能电压范围和可能频率范围或者通过接收关于所述可能电压范围和可能频率范围的信息，确定所述可能电压范围，以及确定所述可能频率范围。微电网网络控制器还可操作以：确定重叠电压范围，该重叠电压范围被包括在第一微电网的可能电压范围和第二微电网的可能电压范围内。微电网网络控制器还可操作以：确定重叠频率范围，该重叠频率范围被包括在第一微电网的可能频率范围和第二微电网的可能频率范围内。微电网网络控制器还可操作以选择在重叠电压范围内的第三电压。微电网网络控制器还可操作以选择在重叠频率范围内的第三频率。微电网网络控制器还可操作以控制第一微电网从第一电压和第一频率改变为第三电压和第三频率。微电网网络控制器还可操作以控制第二微电网从第二电压和第二频率改变为第三电压和第三频率。微电网网络控制器还可操作以：通过闭合第一微电网与第二微电网之间的开关、例如通过将控制信号发送到所述开关，来将第一微电网和第二微电网彼此连接。
通过确定至少两个微电网的重叠电压范围和重叠频率范围并且然后将两个微电网的电压和频率改变为通常不同于第一电压和第一频率以及第二电压和第二频率的所选择的第三电压和第三频率，与仅改变微电网中的一个微电网的电压和频率相比，电压和频率(即，第三电压和第三频率)的同步对于这两个微电网的操作可能更优化。
如上所述，微电网的频率在整个微电网中通常是相同的，而电压可以在微电网的不同部分中变化。因此，当在此讨论微电网的频率和(特别是)电压时，旨在表示在与待和该微电网同步并连接的其它微电网的公共耦合点(PCC)处的频率和电压。PCC通常位于被闭合以将微电网彼此连接的开关处。
应该注意的是，在任何适当的情况下，任何方面的任何特征可以应用于任何其它方面。同样地，任何方面的任何优点可以适用于任何其它方面。根据以下详细公开、根据所附从属权利要求以及根据附图，所附实施例的其它目的、特征和优点将显而易见。
通常，除非本文另有明确定义，否则权利要求中使用的所有术语将根据其在技术领域中的普通含义来解释。除非另外明确说明，否则所有对“一/一个/该元件、设备、组件、装置、步骤等”的引用将被开放地解释为指代元件、设备、组件、装置、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以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”等仅旨在将特征/组件与其它类似特征/组件区分开，而不旨在为特征/组件赋予任何顺序或层级。
附图说明
将通过示例的方式参照附图来描述实施例，其中：
图1a是根据本发明的包括第一和第二微电网的微电网系统的实施例的示意性图示。
图1b是根据本发明的包括第一和第二微电网的微电网系统的实施例的更详细的示意性电路图。
图2是图示根据本发明的选择电压和频率以用于再同步两个微电网的实施例的电压和频率图。
图3是图示根据本发明的微电网控制结构的实施例的示意性流程图。
图4是图示根据本发明的微电网控制结构的示例实施例的更详细的示意性流程图。
图5示意性地图示了根据本发明的用于确定可能电压范围和可能频率范围的微电网控制活动的实施例。
图6示意性地图示了根据本发明的用于从可能电压范围和可能频率范围中选择再同步电压和频率的微电网控制活动的实施例。
图7示意性地图示了根据本发明的确定可能电压范围和可能频率范围以及选择再同步电压和频率的示例。
图8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全面地描述实施例，附图中示出了特定实施例。然而，在本公开的范围内，许多不同形式的其它实施例是可能的。相反，通过示例的方式提供以下实施例，使得本公开将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本公开的范围。在整个说明书中，相同的附图标记指代相同的元件。
图1a和图1b图示了分别在不同的电压和频率(V1，f1)和(V2，f2)处操作的两个孤岛化的微电网，即第一微电网1a和第二微电网1b，该不同的电压和频率例如在微电网之间的开路开关2的任一侧被测量。根据本发明，通过闭合开关2将微电网彼此连接在第三电压和第三频率(V3，f3)处完成。微电网1a和1b中的每个微电网在PCC(开关)2处提供可控范围的电压和频率，该PCC(开关)2具有诸如如图1b所示的DG 4和负载3的可用资产。
图1b示出了DG 4和负载3的一些示例，该DG 4和负载3可以被包括在任何微电网1中。DG可以例如包括能量存储装置(ES)4a或4d(例如，电池、超级电容器或飞轮)，可再生能源4b(诸如光伏(PV)或风力发电机)和/或交流(AC)发电机4c。
如图2中所示，选择新的第三电压和第三频率(V3，f3)以在重叠的可能范围内进行(再)同步。第一微电网1a的可能频率范围在f1a与f1b之间，第二微电网1b的可能频率范围在f2a与f2b之间，第一微电网1a的可能电压范围在V1a与V1b之间，并且第二微电网1b的可能电压范围在V2a与V2b之间。可能的范围取决于相应微电网1的资产(诸如DG 4和负载3)，并且表示微电网能够取决于它们如何操作而实现的电压和频率。然后，两个微电网被各自控制以实现新选择的电压和频率(V3，f3)。一旦两个微电网都实现了该电压和频率，则开关2(例如断路器(BRK))通常在相位匹配的瞬间被闭合。假设由于测量和控制中的误差，两个微电网中的频率可能不完全相同而具有相量旋转。可以允许小的控制误差来加速同步过程。
第一、第二和第三电压V1、V2和V3通常彼此都不同。类似地，第一、第二和第三频率f1、f2和f3通常彼此都不同。然而，在一些情况下，第一和第二电压V1&V2可以相同和/或第一和第二频率f1&f2可以相同。
在第一和第二微电网1a和1b的重叠可能范围内选择(再)同步(第三)电压V3和(第三)频率f3可以基于例如：
1.微电网1中临界负载3的要求：这可以涉及确保临界负载所需的电力质量。
2.当再同步时的公共微电网操作电压/频率：这可以指示基于再同步之后(例如，在响应于孤岛化作用而产生的任何减载等已经被反转之后)的公共系统的预期电压/频率来选择再同步电压和频率的优选情况。
3.微电网内的稳态电力流和开关/PCC 2之上的电力流：这可以确保在再同步期间和再同步之后(例如，在响应于孤岛化作用而产生的任何负载减轻等已经被反转之后)电力流的非反转。
4.稳定性：这可以涉及微电网稳定性并确保再同步电压V3和/或频率f3，以避免微电网控制的系统稳定性问题。
因此，关于第一和第二微电网的性质，诸如上面和下表1中列出的那些，可以在可能范围内的可接受的电压和频率范围内选择第三电压和第三频率。
表1：用于确定可接受范围的微电网性质。
图3图示了微电网1的控制系统30的控制拓扑的实施例。控制系统包括微电网网络控制器32，微电网网络控制器32对接第一和第二微电网1a和1b，以及第一微电网1a的资产(例如，DG 4和负载3)的资产控制器31a和第二微电网1b的资产的资产控制器31b。每个微电网1的资产控制器31为每个资产提供可能电压范围和可能频率范围。基于上述微电网性质，微电网网络控制器32选择再同步(第三)电压和(第三)频率。然后，可以控制微电网资产以实现所述第三电压和第三频率以进行(再)同步。
微电网网络控制器32包括处理电路33，例如中央处理单元(CPU)。处理电路33可以包括呈(一个或多个)微处理器形式的一个或多个处理单元。然而，具有计算能力的其它合适的设备可以被包括在处理电路33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)。处理电路33被配置为运行存储在一个或多个存储单元的存储装置34中的一个或多个计算机程序或软件(SW)35，存储装置例如为存储器。存储单元被认为是如本文所讨论的计算机可读装置，并且可以例如呈随机存取存储器(RAM)、闪存或其它固态存储器、或者硬盘、或者它们的组合的形式。处理电路33还可以被配置为根据需要而将数据存储在存储装置34中。
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编程的计算机可读存储介质)，来在微电网网络控制器32中方便地实现本发明的实施例。基于本公开的教导，技术程序员可以容易地准备适当的软件编码，这对于软件领域的技术人员来说是显而易见的。
在一些实施例中，本发明包括计算机程序产品，例如存储装置34或外部设备，该计算机程序产品是具有存储在其上的指令/其中可以用于对计算机进行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(一个或多个)计算机可读介质。存储介质的示例可以包括但不限于任何类型的盘，包括软盘、光碟、DVD、CD-ROM、微驱动器和磁光盘、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。
图4更详细地图示了控制系统30的示例控制拓扑。第一和第二微电网1a和1b中的每个微电网的资产控制器31包括：第一微电网1a的DG控制器42a和负载控制器43a；以及第二微电网1b的DG控制器42b和负载控制器43b；以及分别用于每个微电网的馈送控制器41a和41b，以用于控制所述微电网并使该微电网达到所选择的第三电压和频率。
微电网网络控制器32接收关于每个微电网1a和1b中的DG 4和负载3的可能变化的信息，从而允许微电网网络控制器计算第一和第二微电网中的每个微电网的可能电压范围和可能频率范围。微电网网络控制器32考虑微电网性质中的任何微电网性质以确定重叠的可接受电压范围和频率范围，微电网性质例如为如上所述的稳态电力流、系统稳定性、(一个或多个)临界负载的要求和/或公共电压和频率。第三电压和第三频率然后在所述重叠的可接受电压范围和频率范围内被选择，并且用作针对微电网同步的操作电压和频率。微电网网络控制器相应地指示资产控制器31，使得微电网被控制并同步。
在控制系统30中的控制器32和41-44(还包括特殊的ES控制器44)之间交换的一些相关参数在图5中示出，以用于计算可能电压范围和可能频率范围。用以仔细检查控制功能并确定电压和频率限制的控制器的参与如图6所示。
微电网网络控制器32根据这两个微电网的所有性质限制而选择在重叠可接受频率范围71内的第三频率在图7中图示。根据这两个微电网的所有性质限制而选择在重叠可接受电压范围内的第三电压可以相应地完成。
图8是本发明的方法的实施例的示意性流程图。该方法用于使具有第一电压V1和第一频率f1的第一微电网1a与具有第二电压V2和第二频率f2的第二微电网1b彼此同步。该方法包括，针对第一和第二微电网中的每个微电网：分别确定M1a和M1b可能电压范围，以及分别确定M2a和M2b可能频率范围。
然后，确定M3重叠电压范围，该重叠电压范围被包括在第一微电网1a的可能电压范围和第二微电网1b的可能电压范围内；并且确定M4重叠频率范围，该重叠频率范围被包括在第一微电网1a的可能频率范围和第二微电网1b的可能频率范围内。选择M5在重叠电压范围内的第三电压V3，以及选择M6在重叠频率范围内的第三频率f3。
然后，控制M7第一微电网1a从第一电压V1和第一频率f1改变为第三电压V3和第三频率f3，以及控制M8第二微电网1b从第二电压V2和第二频率f2改变为第三电压V3和第三频率f3。
当第一微电网和第二微电网两者基本上以第三电压和第三频率进行操作时，第一微电网和第二微电网通过闭合第一微电网与第二微电网之间的开关2而被彼此连接M9。
在本发明的一些实施例中，基于可用于所述每个微电网1a和1b中的负载3和发电机4，分别确定M1a和M1b可能电压范围和/或分别确定M2a和M2b可能频率范围。
在本发明的一些实施例中，基于以下中的任何项来确定M3重叠电压范围和/或确定M4重叠频率范围：
第一微电网和/或第二微电网中的临界负载3的电力要求；
在开关2已经闭合之后，所连接的微电网的估计的操作电压和/或频率；
所连接的微电网的开关2之上的估计的稳态电力流方向；和/或
微电网的控制系统30内的控制回路的稳定性。
以上已经主要参照若干实施例描述了本公开。然而，如本领域技术人员容易理解的，在由所附权利要求限定的本公开的范围内，除了以上公开的实施例之外的其它实施例是同等可能的。
Claims (12)
1.一种用于使第一微电网(1a)与第二微电网(1b)彼此同步的方法，所述第一微电网(1a)具有第一电压(V1)和第一频率(f1)，所述第二微电网(1b)具有第二电压(V2)和第二频率(f2)，所述方法包括：
针对所述第一微电网和所述第二微电网中的每个微电网：
确定(M1a，M1b)可能电压范围，以及
确定(M2a，M2b)可能频率范围；
确定(M3)重叠电压范围，所述重叠电压范围被包括在所述第一微电网(1a)的所述可能电压范围和所述第二微电网(1b)的所述可能电压范围内；
确定(M4)重叠频率范围(71)，所述重叠频率范围(71)被包括在所述第一微电网(1a)的所述可能频率范围和所述第二微电网(1b)的所述可能频率范围内；
选择(M5)在所述重叠电压范围内的第三电压(V3)；
选择(M6)在所述重叠频率范围内的第三频率(f3)；
控制(M7)所述第一微电网(1a)从所述第一电压(V1)和所述第一频率(f1)改变为所述第三电压(V3)和所述第三频率(f3)；
控制(M8)所述第二微电网(1b)从所述第二电压(V2)和所述第二频率(f2)改变为所述第三电压(V3)和所述第三频率(f3)；以及
通过闭合所述第一微电网与所述第二微电网之间的开关(2)，将所述第一微电网和所述第二微电网彼此连接(M9)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中可能电压范围的所述确定(M1a，M1b)和/或可能频率范围的所述确定(M2a，M2b)基于可用于所述每个微电网(1a，1b)中的负载(3)和发电机(4)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中重叠电压范围的所述确定(M3)基于所述第一微电网和/或所述第二微电网中的临界负载(3)的电力要求。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中重叠电压范围的所述确定(M3)基于所述开关(2)已经被闭合之后所连接的微电网的估计的操作电压。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中重叠电压范围的所述确定(M3)基于所连接的微电网的所述开关(2)之上的估计的稳态电力流方向。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中重叠电压范围的所述确定(M3)基于所述微电网的控制系统(30)内的控制回路的稳定性。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中重叠频率范围的所述确定(M4)基于所述第一微电网和/或所述第二微电网中的临界负载(3)的电力要求。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中重叠频率范围的所述确定(M4)基于所述开关(2)已经被闭合之后所连接的微电网的估计的操作频率。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中重叠频率范围的所述确定(M4)基于所连接的微电网的所述开关(2)之上的估计的稳态电力流方向。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中重叠频率范围的所述确定(M4)基于所述微电网的控制系统(30)内的控制回路的稳定性。
11.一种计算机程序产品(34)，包括计算机可执行组件(35)，所述计算机可执行组件(35)用于当所述计算机可执行组件在被包括在微电网网络控制器中的处理电路(33)上运行时，使所述微电网网络控制器(32)执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。
12.一种微电网网络控制器(32)，用于使第一微电网(1a)与第二微电网(1b)彼此同步，所述第一微电网(1a)具有第一电压(V1)和第一频率(f1)，所述第二微电网(1b)具有第二电压(V2)和第二频率(f2)，所述微电网网络控制器包括：
处理电路(33)；以及
存储装置(34)，存储由所述处理电路可执行的指令(35)，由此所述微电网网络控制器可操作以：
针对所述第一微电网和所述第二微电网中的每个微电网：
确定可能电压范围，以及
确定可能频率范围；
确定重叠电压范围，所述重叠电压范围被包括在所述第一微电网(1a)的所述可能电压范围和所述第二微电网(1b)的所述可能电压范围内；
确定重叠频率范围，所述重叠频率范围被包括在所述第一微电网(1a)的所述可能频率范围和所述第二微电网(1b)的所述可能频率范围内；
选择在所述重叠电压范围内的第三电压(V3)；
选择在所述重叠频率范围内的第三频率(f3)；
控制所述第一微电网(1a)从所述第一电压(V1)和所述第一频率(f1)改变为所述第三电压(V3)和所述第三频率(f3)；
控制所述第二微电网(1b)从所述第二电压(V2)和所述第二频率(f2)改变为所述第三电压(V3)和所述第三频率(f3)；以及
通过闭合所述第一微电网与所述第二微电网之间的开关(2)，将所述第一微电网和所述第二微电网彼此连接。
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