CN110970931A - 一种微电网保护控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微电网保护控制系统，包括基于中央控制器运行的孤岛检测系统、并离网切换控制系统、低电压穿越系统和群组协调控制系统；所述孤岛检测系统，将频率变化率检测引入孤岛检测算法；所述并离网控制系统，基于VF控制器输出与PQ控制器输出负反馈状态跟随控制并网转离网和离网转并网无缝切换；所述低电压穿越系统包括微电网故障保护和低电压穿越控制；所述低电压穿越控制基于动态无功电流支撑的光伏逆变器和直流电压控制器进行快速切换；所述群组协调控制系统，建立基于预测控制的微电网群协调控制优化模型，在优化模型中引入拉格朗日协调因子，用于各微电网之间输出功率的合理分配。本发明综合保护控制，提高微电网保护可靠性。
Description
技术领域
本发明属于微电网技术领域，具体涉及一种微电网保护控制系统。
背景技术
微电网中分布式电源及负荷的即插即用使得系统拓扑结构、潮流方向灵活多变，分布式电源通常为逆变型分布式电源，其受到控制环节限流措施的约束，故障时提供的故障电流会被限制在2倍额定电流以内，这些因素对微电网继电保护提出了新的要求。
由于微电网系统本身的拓扑特点，导致现有故障诊断策略大都偏重于利用单个诊断对象的局部信息，较多的传统诊断技术仅立足于解决单个诊断对象的模型构造或相关计算方法的改进，未能从全局的角度来研究分析故障原因，所以很难提供可以直接采用的辅助决策结论，容易造成微电网保护可靠性变差。
发明内容
本发明的目的是提供一种微电网保护控制系统，综合保护控制，提高微电网保护可靠性。
本发明提供了如下的技术方案：
一种微电网保护控制系统，包括基于中央控制器运行的孤岛检测系统、并离网切换控制系统、低电压穿越系统和群组协调控制系统；
所述孤岛检测系统，将频率变化率检测引入孤岛检测算法用于储能具备和不具备孤岛检测功能的两种用户侧微电网拓扑；
所述并离网控制系统，基于VF控制器输出与PQ控制器输出负反馈状态跟随控制计划、非计划并网转离网和离网转并网无缝切换；
所述低电压穿越系统包括微电网故障保护和低电压穿越控制，微电网故障保护基于最小过电流故障集故障支路定位算法，对上级电网故障快速感知和离网时对内部故障及时响应；所述低电压穿越控制基于动态无功电流支撑的光伏逆变器和直流电压控制器进行快速切换，防止电压跌落期间光伏系统过流脱网；
所述群组协调控制系统，建立基于预测控制的微电网群协调控制优化模型，在优化模型中引入拉格朗日协调因子，用于各微电网之间输出功率的合理分配。
优选的，执行计划内并网转离网控制时，由并网协调控制将联络线功率调至接近零，以减少并网转离网时能量失衡导致的电压和频率波动，然后将储能主电源由PQ控制模式转为VF模式，并快速切断PCC开关，实现离网运行控制；当检测到配电网电压或频率异常时，执行计划外并网转离网控制，储能主电源由PQ控制模式转为VF模式，并快速切断PCC开关，实现离网运行控制。
优选的，执行离网转并网控制，储能主电源调节输出的端电压与电网一致后，合上并网开关并退出VF控制模式。
优选的，非计划并转离电压波动范围在±10％内，频率波动范围在±1.0Hz，切换时间在30ms内。
优选的，快速切换为正常情况下，逆变器输出电流与电网电压同频同相；电压跌落时，BOOST电路由MPPT控制切换为恒压控制，换流电路由电压电流双控控制切换为电流单环控制。
优选的，所述中央控制器采用基于stm32F407控制芯片设计系统，所述stm32F407控制芯片连接有：
人机界面模块，用于显示设备运行状态、自定义运行参数以及查看日志；
终端通信模块，用于微电网中央控制器与一体化终端的相互通信；
数据存储模块，用于对运行日志、关键数据运行存储；
底层设备通信模块，用于提供底层接口，与并网逆变器、UPS等设备进行互联。
本发明的有益效果是：本发明孤岛检测系统将频率变化率检测引入孤岛检测算法，减少孤岛检测盲区，加快检测速度，适用范围广；基于控制的并离网无缝切换有效减小切换过程暂态振荡，切换更可靠安全；基于最小过流故障集故障支路点位算法可有效降低算法复杂度，运算时间短，实现了微电网并网时对上级电网故障的快速感知和离网时对内部故障的及时响应；低电压穿越控制系统在电压跌落期间有效支撑微电网电压、电流保持稳定，实现了光伏的低电压穿越运行；系统基于嵌入式实时系统芯片设计，实现了微电网多种功能的高集成和通信要求。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明中央控制器硬件结构示意图；
图2是本发明孤岛检测算法流程示意图；
图3是发明并网转离网控制流程图；
图4是本发明离网转并网控制流程图；
图5是本发明低压微电网保护控制逻辑图；
图6是本发明直流电压控制器快速切换机制示意图；
图7是本发明群组协调控制策略示意图。
具体实施方式
如图1-图7所示，一种微电网保护控制系统，包括基于中央控制器运行的孤岛检测系统、并离网切换控制系统、低电压穿越系统和群组协调控制系统；
所述孤岛检测系统，将频率变化率检测引入孤岛检测算法用于储能具备和不具备孤岛检测功能的两种用户侧微电网拓扑；具体的，如图2所示，增加被动式分层查询模块，可用于两种用户侧微电网典型拓扑，适用范围广；
所述并离网控制系统，基于VF控制器输出与PQ控制器输出负反馈状态跟随控制计划、非计划并网转离网和离网转并网无缝切换；
所述低电压穿越系统包括微电网故障保护和低电压穿越控制，微电网故障保护基于最小过电流故障集故障支路定位算法，对上级电网故障快速感知和离网时对内部故障及时响应；所述低电压穿越控制基于动态无功电流支撑的光伏逆变器和直流电压控制器进行快速切换，防止电压跌落期间光伏系统过流脱网；
所述群组协调控制系统，建立基于预测控制的微电网群协调控制优化模型，在优化模型中引入拉格朗日协调因子，用于各微电网之间输出功率的合理分配，如图7所示。
如图3所示，执行计划内并网转离网控制时，由并网协调控制将联络线功率调至接近零，以减少并网转离网时能量失衡导致的电压和频率波动，然后将储能主电源由PQ控制模式转为VF模式，并快速切断PCC开关，实现离网运行控制；当检测到配电网电压或频率异常时，执行计划外并网转离网控制，储能主电源由PQ控制模式转为VF模式，并快速切断PCC开关，实现离网运行控制。
如图4所示，执行离网转并网控制，储能主电源调节输出的端电压与电网一致后，合上并网开关并退出VF控制模式。非计划并转离电压波动范围在±10％内，频率波动范围在±1.0Hz，切换时间在30ms内。
如图5所示，低压微电网保护控制控制逻辑图，在此基础上，利用故障检测算法进行过电流检测和整体开关过电流故障信息矩阵，用故障定位算法进行开关过流故障信息矩阵与开关支路矩阵的运算，快速定位，最后利用故障跳闸算法进行支路故障信息矩阵与支路开关关联矩阵相乘，确定跳闸开关编号，隔离故障区域。
如图6所示，快速切换为正常情况下，逆变器输出电流与电网电压同频同相；电压跌落时，BOOST电路由MPPT控制切换为恒压控制，换流电路由电压电流双控控制切换为电流单环控制。直流电压控制器快速切换机制有效防止电压跌落期间光伏系统过流脱网，电压跌落期间有效支撑微电网电压、电流保持稳定，实现了光伏的低电压穿越运行。
如图1所示，所述中央控制器采用基于stm32F407控制芯片设计系统，所述stm32F407控制芯片连接有：
人机界面模块，用于显示设备运行状态、自定义运行参数以及查看日志；
终端通信模块，用于微电网中央控制器与一体化终端的相互通信；
数据存储模块，用于对运行日志、关键数据运行存储；
底层设备通信模块，用于提供底层接口，与并网逆变器、UPS等设备进行互联。
针对通信接口，采用配置文件与底层设备对接的方式，提高了通用性，结构设计具有较大兼容性、紧凑性，实现微电网多种功能的高集成，采用实时多任务设计，各任务模块间采用全局数据结构作为接口实现数据交互；分层级多时间尺度的通信架构能有效适配分布式电源、负荷及线路的通信要求。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种微电网保护控制系统，其特征在于，包括基于中央控制器运行的孤岛检测系统、并离网切换控制系统、低电压穿越系统和群组协调控制系统；
所述孤岛检测系统，将频率变化率检测引入孤岛检测算法用于储能具备和不具备孤岛检测功能的两种用户侧微电网拓扑；
所述并离网控制系统，基于VF控制器输出与PQ控制器输出负反馈状态跟随控制计划、非计划并网转离网和离网转并网无缝切换；
所述低电压穿越系统包括微电网故障保护和低电压穿越控制，微电网故障保护基于最小过电流故障集故障支路定位算法，对上级电网故障快速感知和离网时对内部故障及时响应；所述低电压穿越控制基于动态无功电流支撑的光伏逆变器和直流电压控制器进行快速切换，防止电压跌落期间光伏系统过流脱网；
所述群组协调控制系统，建立基于预测控制的微电网群协调控制优化模型，在优化模型中引入拉格朗日协调因子，用于各微电网之间输出功率的合理分配。
2.根据权利要求1所述的一种微电网保护控制系统，其特征在于，执行计划内并网转离网控制时，由并网协调控制将联络线功率调至接近零，以减少并网转离网时能量失衡导致的电压和频率波动，然后将储能主电源由PQ控制模式转为VF模式，并快速切断PCC开关，实现离网运行控制；当检测到配电网电压或频率异常时，执行计划外并网转离网控制，储能主电源由PQ控制模式转为VF模式，并快速切断PCC开关，实现离网运行控制。
3.根据权利要求1所述的一种微电网保护控制系统，其特征在于，执行离网转并网控制，储能主电源调节输出的端电压与电网一致后，合上并网开关并退出VF控制模式。
4.根据权利要求1所述的一种微电网保护控制系统，其特征在于，非计划并转离电压波动范围在±10％内，频率波动范围在±1.0Hz，切换时间在30ms内。
5.根据权利要求1所述的一种微电网保护控制系统，其特征在于，快速切换为正常情况下，逆变器输出电流与电网电压同频同相；电压跌落时，BOOST电路由MPPT控制切换为恒压控制，换流电路由电压电流双控控制切换为电流单环控制。
6.根据权利要求1所述的一种微电网保护控制系统，其特征在于，所述中央控制器采用基于stm32F407控制芯片设计系统，所述stm32F407控制芯片连接有：
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| CN (1) | CN110970931A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111725837A (zh) * | 2020-06-18 | 2020-09-29 | 浙江大学 | Dfig虚拟同步机低电压穿越方法、装置、电子设备及介质 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103972929A (zh) * | 2014-05-20 | 2014-08-06 | 上海电气集团股份有限公司 | 一种微网功率分配优化控制方法 |
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2019
- 2019-12-30 CN CN201911404366.4A patent/CN110970931A/zh active Pending
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| CN103972929A (zh) * | 2014-05-20 | 2014-08-06 | 上海电气集团股份有限公司 | 一种微网功率分配优化控制方法 |
Non-Patent Citations (2)
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|---|
| 许志荣等: ""基于无功电流注入的光伏逆变器低电压穿越策略"", 《可再生能源》 * |
| 郑群儒: ""用户侧微电网中央控制器研制"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库》 * |
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