CN111009928A - 一种离网型微电网主电源主动切换控制方法 - Google Patents

一种离网型微电网主电源主动切换控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种离网型微电网主电源主动切换控制方法，所述方法根据微电网中储能系统/柴油发电机两种电源的状态、负荷实时情况及安全运行裕度参数，评估当前微电网系统的主电源是否满足系统负荷需求，根据评估结果，并结合负荷转移控制策略和主电源模式切换策略，调节微电源出力或切除部分负荷，主动对储能系统/柴油发电机两种电源模式进行平滑切换控制，从而保证微电网系统内负荷电能的稳定供应。

Description

一种离网型微电网主电源主动切换控制方法
技术领域
本发明涉及微电网运行控制技术领域，具体涉及一种离网型微电网主电源主动切换控制方法。
背景技术
随着传统化石能源的快速消耗及环境保护意识的增加，可再生能源因具有清洁、可再生、环境友好等特点，得到了广泛关注和快速发展。由于可再生能源分布式发电受环境因素影响，其出力具有波动性、随机性等特点，会对负荷供电的稳定性要求带来不利影响；微电网作为一种能源组织利用形式，可对各种微电源和负荷进行整合，并作为一个受控单元整体接受系统调度。海岛由于地处偏远，电网建设困难，为了实现对海岛电能的稳定供应，建设离网型海岛微电网进行供电是一种有效手段。由于储能系统容量和费用限制、柴油发电机耗油等经济性问题，离网型微电网通常配置储能系统和柴油发电机系统作为主电源互为备用；当负荷低时，储能系统作为主电源为负荷供电，避免柴油发电机燃料消耗；当负荷大时，柴油发电机作为主电源为负荷供电，防止储能系统消耗过快；因此，为了维持离网型微电网的稳定性，对离网型微电网的主电源进行平滑切换控制十分重要。
经过对现有技术文献的检索发现，目前微电网模式切换控制主要集中在并网型微电网并离网切换控制方面，涉及到离网型的多主电源切换控制研究较少。由于离网型微电网系统容量小，稳定性差，微电网主电源的模式切换过程需要保证快速性和稳定性。为此，本发明提出一种离网型微电网主电源模式主动切换控制方法，结合负荷转移控制策略，调节微电源出力或切除部分负荷，主动对微电网主电源模式进行平滑切换控制。
发明内容
本发明的目的，为了解决现有技术不足，提供一种离网型微电网主电源主动切换控制方法，所述方法根据微电网中储能系统/柴油发电机两种电源的状态、负荷实时情况及安全运行裕度参数，评估当前微电网系统的主电源是否满足系统负荷需求，根据评估结果，并结合负荷转移控制策略和主电源模式切换策略，调节微电源出力或切除部分负荷，主动实现对储能系统/柴油发电机两种电源模式进行平滑切换控制，保证微电网系统内负荷电能的稳定供应。具体方案如下：
步骤一，基于中央控制器设备通信接口，采集微电网中各微电源的运行状态和出力数据、负荷实时状态和用电数据，其中所述的通信接口包括以太网和DI/DO接口，所述微电源主要包括储能系统、柴油发电机系统、光伏发电系统和风力发电系统；
步骤二，根据步骤一所获取的运行状态及发/用电数据，评估当前微电网系统的主电源是否满足系统负荷需求，其中所述的微电网系统的主电源主要包括储能系统和柴油发电机系统；
步骤三，根据步骤二所得评估结果，结合负荷转移控制策略和主电源模式切换策略，调节微电源出力或切除部分负荷，主动对储能系统/柴油发电机两种电源模式进行平滑切换控制，其中所述的平滑切换控制分为储能系统作为主电源时的切换控制和柴油发电机作为主电源时的切换控制；
步骤四，步骤三中储能系统作为主电源时，切换控制策略为：负荷过大或储能系统能量过低时，为防止大负荷波动对微电网稳定性的影响，启动柴油发电机，柴油发电机稳定后同期并入微电网，然后储能系统转换为PQ运行模式，并通过负荷转移策略，将负荷转换至柴油发电机，主电源切换完毕，柴油发电机作为主电源维持微电网电能的稳定供应；
步骤五，步骤三中柴油发电机作为主电源时，切换控制策略为：负荷过小时，为减少燃油消耗，充分利用可再生能源，通过负荷转移策略，将负荷转移至储能系统，然后将储能运行方式由PQ转换为VF带载运行，并将柴油发电机退出运行作为备用。
所述的一种离网型微电网主电源主动切换控制方法，所述步骤一中基于中央控制器设备通信接口，采集微电网中各微电源的运行状态和出力数据、负荷实时状态和用电数据，其中：
所述的通信接口包括以太网和DI/DO接口，以太网接口用于采集微电源/负荷的运行状态、功率等数据，DI/DO接口用于采集支路开关状态并对其进行控制，所述微电源主要包括储能系统、柴油发电机系统、光伏发电系统和风力发电系统。
所述的一种离网型微电网主电源主动切换控制方法，所述步骤二中评估当前微电网系统的主电源是否满足系统负荷需求，具体流程如下：
(1)主电源为储能系统的评估方法
获取柴油发电机运行状态，储能系统的运行状态、SOC和有功功率值，净负荷的功率值，评估当前微电网系统的储能系统作为主电源时是否满足系统负荷需求，其表达式如下：
flag＝(flagde)and((SOC≤SOCmin)or(Dp>Pbatmax))
其中，and为逻辑与操作，or为逻辑或操作，flag表示微电网主电源是否需要由储能系统切换为柴油发电机系统，1表示需要切换主电源，0表示不需要切换主电源。flagde表示柴油发电机是否故障。SOC、SOCmin分别表示储能系统SOC状态和设定允许运行最低SOC状态，Dp、Pbatmax分别表示微电网净负荷与设定允许储能最大放电功率。
(2)主电源为柴油发电机系统的评估方法
获取柴油发电机运行状态，储能系统的运行状态、SOC和有功功率值，净负荷的功率值，评估当前微电网系统的柴油发电机系统作为主电源时是否满足系统负荷需求，其表达式如下：
flag＝(lrde≤lrset)and(SOC≥SOChigh)and(Pcharge,limit<-Δp)and(Pdisc harge,limit>Δp)其中，and为逻辑与操作，flag表示微电网主电源是否需要由储能系统切换为柴油发电机系统，1表示需要切换主电源，0表示不需要切换主电源。lrde表示柴油发电机负载率,lrset表示最低柴油发电机负载率设定值。SOC、SOChigh分别表示储能系统SOC状态和设定允许运行最低SOC状态，Pcharge,limit,Pdisc harge,limit,Δp分别表示储能系统可放电功率、可充电功率、功率设定值。
所述的一种离网型微电网主电源主动切换控制方法，所述步骤三中根据步骤二所得评估结果，结合负荷转移控制策略和主电源模式切换策略，调节微电源出力或切除部分负荷，主动实现对储能系统/柴油发电机两种电源模式进行平滑切换控制，其中所述的平滑切换控制分为储能系统作为主电源时的切换控制和柴油发电机作为主电源时的切换控制；
所述的一种离网型微电网主电源主动切换控制方法，所述步骤四中储能系统作为主电源时，其切换控制策略具体如下：
(1)储能系统作为主电源，负荷过大或储能系统能量过低时，flag标志位为1，闭合柴油发电机支路，储能系统转换为虚拟同步机模式(VSG)，启动柴油发电机，柴油发电机稳定后同期并入微电网；
(2)监测到柴油发电机并网开关闭合后，柴油发电机作为主电源，设定储能系统转换为PQ运行模式；
(3)通过负荷转移策略，减少储能系统出力，将负荷转换至柴油发电机，主电源切换完毕，微电网运行于离网能量平衡状态。其中，储能系统出力按线性方式减小。
所述的一种离网型微电网主电源主动切换控制方法，所述步骤五中柴油发电机作为主电源时，其切换控制策略具体如下：
(1)柴油发电机作为主电源，负荷过小或柴油发电机负荷过低时，flag标志位为1，储能系统运行在PQ模式；
(2)通过负荷转移策略，增大储能出力，将负荷转移至储能系统，其中，储能系统出力按线性方式增大；
(3)将储能运行方式由PQ转换为VF模式，作为主电源，并将柴油发电机退出系统，作为系统备用。
有益效果：所提的离网型微电网主电源主动切换控制方法，根据微电源/负荷运作数据及安全运行裕度参数，并结合负荷转移控制策略和主电源模式切换策略，主动实现对储能系统/柴油发电机两种电源模式进行平滑切换控制，其实现简便、控制稳定，减少了不同主电源切换过程的电压/频率波动幅度，从而保证微电网系统内负荷电能的稳定供应。
附图说明
图1是本发明的离网型微电网主电源模式切换控制流程。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方法，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述。如图1所示，本发明公开了一种离网型微电网主电源主动切换控制方法，其包括以下步骤：
步骤一，基于中央控制器设备通信接口，采集微电网中各微电源的运行状态和出力数据、负荷实时状态和用电数据，其中所述的通信接口包括以太网和DI/DO接口，所述微电源主要包括储能系统、柴油发电机系统、光伏发电系统和风力发电系统；
步骤二，根据步骤一所获取的运行状态及发/用电数据，评估当前微电网系统的主电源是否满足系统负荷需求，其中所述的微电网系统的主电源主要包括储能系统和柴油发电机系统；
步骤三，根据步骤二所得评估结果，结合负荷转移控制策略和主电源模式切换策略，调节微电源出力或切除部分负荷，主动对储能系统/柴油发电机两种电源模式进行平滑切换控制，其中所述的平滑切换控制分为储能系统作为主电源时的切换控制和柴油发电机作为主电源时的切换控制；
步骤四，步骤三中储能系统作为主电源时，切换控制策略为：负荷过大或储能系统能量过低时，为防止大负荷波动对微电网稳定性的影响，启动柴油发电机，柴油发电机稳定后同期并入微电网，然后储能系统转换为PQ运行模式，并通过负荷转移策略，将负荷转换至柴油发电机，主电源切换完毕，柴油发电机作为主电源维持微电网电能的稳定供应；
步骤五，步骤三中柴油发电机作为主电源时，切换控制策略为：负荷过小时，为减少燃油消耗，充分利用可再生能源，通过负荷转移策略，将负荷转移至储能系统，然后将储能运行方式由PQ转换为VF带载运行，并将柴油发电机退出运行作为备用。
所述的一种离网型微电网主电源主动切换控制方法，所述步骤一中基于中央控制器设备通信接口，采集微电网中各微电源的运行状态和出力数据、负荷实时状态和用电数据，其中：
所述的通信接口包括以太网和DI/DO接口，以太网接口用于采集微电源/负荷的运行状态、功率等数据，DI/DO接口用于采集支路开关状态并对其进行控制，所述微电源主要包括储能系统、柴油发电机系统、光伏发电系统和风力发电系统。
所述的一种离网型微电网主电源主动切换控制方法，，所述步骤二中评估当前微电网系统的主电源是否满足系统负荷需求，具体流程如下：
(1)主电源为储能系统的评估方法
获取柴油发电机运行状态，储能系统的运行状态、SOC和有功功率值，净负荷的功率值，评估当前微电网系统的储能系统作为主电源时是否满足系统负荷需求，其表达式如下：
flag＝(flagde)and((SOC≤SOCmin)or(Dp>Pbatmax))
其中，and为逻辑与操作，or为逻辑或操作，flag表示微电网主电源是否需要由储能系统切换为柴油发电机系统，1表示需要切换主电源，0表示不需要切换主电源。flagde表示柴油发电机是否故障。SOC、SOCmin分别表示储能系统SOC状态和设定允许运行最低SOC状态，Dp、Pbatmax分别表示微电网净负荷与设定允许储能最大放电功率。
(2)主电源为柴油发电机系统的评估方法
获取柴油发电机运行状态，储能系统的运行状态、SOC和有功功率值，净负荷的功率值，评估当前微电网系统的柴油发电机系统作为主电源时是否满足系统负荷需求，其表达式如下：
flag＝(lrde≤lrset)and(SOC≥SOChigh)and(Pcharge,limit<-Δp)and(Pdisc harge,limit>Δp)其中，and为逻辑与操作，flag表示微电网主电源是否需要由储能系统切换为柴油发电机系统，1表示需要切换主电源，0表示不需要切换主电源。lrde表示柴油发电机负载率,lrset表示最低柴油发电机负载率设定值。SOC、SOChigh分别表示储能系统SOC状态和设定允许运行最低SOC状态，Pcharge,limit,Pdisc harge,limit,Δp分别表示储能系统可放电功率、可充电功率、功率设定值。
所述的一种离网型微电网主电源主动切换控制方法，所述步骤三中根据步骤二所得评估结果，结合负荷转移控制策略和主电源模式切换策略，调节微电源出力或切除部分负荷，主动实现对储能系统/柴油发电机两种电源模式进行平滑切换控制，其中所述的平滑切换控制分为储能系统作为主电源时的切换控制和柴油发电机作为主电源时的切换控制；
所述的一种离网型微电网主电源主动切换控制方法，，所述步骤四中储能系统作为主电源时，其切换控制策略具体如下：
(1)储能系统作为主电源，负荷过大或储能系统能量过低时，flag标志位为1，闭合柴油发电机支路，储能系统转换为虚拟同步机模式(VSG)，启动柴油发电机，柴油发电机稳定后同期并入微电网；
(2)监测到柴油发电机并网开关闭合后，柴油发电机作为主电源，设定储能系统转换为PQ运行模式；
(3)通过负荷转移策略，减少储能系统出力，将负荷转换至柴油发电机，主电源切换完毕，微电网运行于离网能量平衡状态。其中，储能系统出力按线性方式减小。
所述的一种离网型微电网主电源主动切换控制方法，所述步骤五中柴油发电机作为主电源时，其切换控制策略具体如下：
(1)柴油发电机作为主电源，负荷过小或柴油发电机负荷过低时，flag标志位为1，储能系统运行在PQ模式；
(2)通过负荷转移策略，增大储能出力，将负荷转移至储能系统，其中，储能系统出力按线性方式增大；
(3)将储能运行方式由PQ转换为VF模式，作为主电源，并将柴油发电机退出系统，作为系统备用。
有益效果：所提的离网型微电网主电源主动切换控制方法，根据微电源/负荷运作数据及安全运行裕度参数，并结合负荷转移控制策略和主电源模式切换策略，主动实现对储能系统/柴油发电机两种电源模式进行平滑切换控制，其实现简便、控制稳定，减少了不同主电源切换过程的电压/频率波动幅度，从而保证微电网系统内负荷电能的稳定供应。
总之，本发明虽然列举了上述优选实施方式，但是应该说明，虽然本领域的技术人员可以进行各种变化和改型，除非这样的变化和改型偏离了本发明的范围，否则都应该包括在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种离网型微电网主电源主动切换控制方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，基于中央控制器设备通信接口，采集微电网中各微电源的运行状态和出力数据、负荷实时状态和用电数据，其中所述的通信接口包括以太网和DI/DO接口，所述微电源包括储能系统、柴油发电机系统、光伏发电系统和风力发电系统；
步骤二，根据步骤一所获取的运行状态及发/用电数据，评估当前微电网系统的主电源是否满足系统负荷需求，其中所述的微电网系统的主电源包括储能系统和柴油发电机系统；
步骤三，根据步骤二所得评估结果，结合负荷转移控制策略和主电源模式切换策略，调节微电源出力或切除部分负荷，主动对储能系统/柴油发电机两种电源模式进行平滑切换控制，其中所述的平滑切换控制分为储能系统作为主电源时的切换控制和柴油发电机作为主电源时的切换控制；
步骤四，步骤三中储能系统作为主电源时，切换控制策略为：负荷过大或储能系统能量过低时，为防止大负荷波动对微电网稳定性的影响，启动柴油发电机，柴油发电机稳定后同期并入微电网，然后储能系统转换为PQ运行模式，并通过负荷转移策略，将负荷转换至柴油发电机，主电源切换完毕，柴油发电机作为主电源维持微电网电能的稳定供应；
步骤五，步骤三中柴油发电机作为主电源时，切换控制策略为：负荷过小时，为减少燃油消耗，充分利用可再生能源，通过负荷转移策略，将负荷转移至储能系统，然后将储能运行方式由PQ转换为VF带载运行，并将柴油发电机退出运行作为备用。
2.根据权利要求1所述的一种离网型微电网主电源主动切换控制方法，其特征在于，所述步骤一中基于中央控制器设备通信接口，采集微电网中各微电源的运行状态和出力数据、负荷实时状态和用电数据，其中：
所述的通信接口包括以太网和DI/DO接口，以太网接口用于采集微电源/负荷的运行状态、功率等数据，DI/DO接口用于采集支路开关状态并对其进行控制，所述微电源主要包括储能系统、柴油发电机系统、光伏发电系统和风力发电系统。
3.根据权利要求1所述的一种离网型微电网主电源主动切换控制方法，其特征在于，所述步骤二中评估当前微电网系统的主电源是否满足系统负荷需求，具体流程如下：
(1)主电源为储能系统的评估方法
获取柴油发电机运行状态，储能系统的运行状态、SOC和有功功率值，净负荷的功率值，评估当前微电网系统的储能系统作为主电源时是否满足系统负荷需求，其表达式如下：
flag＝(flagde)and((SOC≤SOCmin)or(Dp>Pbatmax))
其中，and为逻辑与操作，or为逻辑或操作，flag表示微电网主电源是否需要由储能系统切换为柴油发电机系统，1表示需要切换主电源，0表示不需要切换主电源；flagde表示柴油发电机是否故障；SOC、SOCmin分别表示储能系统SOC状态和设定允许运行最低SOC状态，Dp、Pbatmax分别表示微电网净负荷与设定允许储能最大放电功率；
(2)主电源为柴油发电机系统的评估方法
获取柴油发电机运行状态，储能系统的运行状态、SOC和有功功率值，净负荷的功率值，评估当前微电网系统的柴油发电机系统作为主电源时是否满足系统负荷需求，其表达式如下：
flag＝(lrde≤lrset)and(SOC≥SOChigh)and(Pcharge,limit<-Δp)and(Pdischarge,limit>Δp)其中，and为逻辑与操作，flag表示微电网主电源是否需要由储能系统切换为柴油发电机系统，1表示需要切换主电源，0表示不需要切换主电源；lrde表示柴油发电机负载率,lrset表示最低柴油发电机负载率设定值。SOC、SOChigh分别表示储能系统SOC状态和设定允许运行最低SOC状态，Pcharge,limit,Pdischarge,limit,Δp分别表示储能系统可放电功率、可充电功率、功率设定值。
4.根据权利要求1所述的一种离网型微电网主电源主动切换控制方法，其特征在于，所述步骤三中根据步骤二所得评估结果，结合负荷转移控制策略和主电源模式切换策略，调节微电源出力或切除部分负荷，主动实现对储能系统/柴油发电机两种电源模式进行平滑切换控制，其中所述的平滑切换控制分为储能系统作为主电源时的切换控制和柴油发电机作为主电源时的切换控制。
5.根据权利要求3所述的一种离网型微电网主电源主动切换控制方法，其特征在于，所述步骤四中储能系统作为主电源时，其切换控制策略具体如下：
(1)储能系统作为主电源，负荷过大或储能系统能量过低时，flag标志位为1，闭合柴油发电机支路，储能系统转换为虚拟同步机模式(VSG)，启动柴油发电机，柴油发电机稳定后同期并入微电网；
(2)监测到柴油发电机并网开关闭合后，柴油发电机作为主电源，设定储能系统转换为PQ运行模式；
(3)通过负荷转移策略，减少储能系统出力，将负荷转换至柴油发电机，主电源切换完毕，微电网运行于离网能量平衡状态。其中，储能系统出力按线性方式减小。
6.根据权利要求3所述的一种离网型微电网主电源主动切换控制方法，其特征在于，所述步骤五中柴油发电机作为主电源时，其切换控制策略具体如下：
(1)柴油发电机作为主电源，负荷过小或柴油发电机负荷过低时，flag标志位为1，储能系统运行在PQ模式；
(2)通过负荷转移策略，增大储能出力，将负荷转移至储能系统，其中，储能系统出力按线性方式增大；
(3)将储能运行方式由PQ转换为VF模式，作为主电源，并将柴油发电机退出系统，作为系统备用。
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