CN117559545A - 微电网的并离网切换控制方法与微电网 - Google Patents

微电网的并离网切换控制方法与微电网 Download PDF

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Abstract

本发明属于微电网技术领域，公开了一种微电网的并离网切换控制方法与微电网，微电网包括储能系统、光伏系统与备用系统；当储能系统的电量大于SOC1，禁止储能系统充电，在离网或并网状态下，均由储能系统和\或光伏系统为负荷供电；当储能系统的电量在SOC2～SOC1区间，在离网或并网状态下，均由储能系统和\或光伏系统为负荷供电；当储能系统的电量小于SOC2，禁止储能系统放电，若为并网状态则由电网对负荷进行供电；若为离网状态，则启动备用系统为负荷供电或减负荷。本发明的并离网切换控制方法根据储能系统的电量进行控制，在电量充足时，可形成无缝切换。当电量不足的时候，根据并离网状态为负荷切换电源，保证电源供应的可靠性。

Description

微电网的并离网切换控制方法与微电网
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的并离网切换控制方法与微电网。
背景技术
交直流混合微电网是一种新型的电网形式，它兼有交流(AC)和直流(DC)两种模式。这种混合型微电网能有效整合各种交直流电源、负载及储能设备，提高能源的利用率并增强系统的灵活性和稳定性。交直流混合微电网主要包括AC微电网、DC微电网以及连接两者的双向交直流(AC/DC)转换器。AC微电网中通常包含各种AC电源(如风力发电机)、负载以及可能的AC储能设备(如超级电容器)。DC微电网中则可能包含各种DC电源(如太阳能光伏)、负载以及可能的DC储能设备(如电池)。双向AC/DC转换器的作用是在AC微电网和DC微电网之间进行电能的双向流动，从而实现AC和DC两部分的协调控制。混合储能微电网中它的架构和控制逻辑直接影响了微电网运行的可靠性和经济性。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种微电网的并离网切换控制方法，能够与电网进行无缝切换，提高供电可靠性。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种微电网的并离网切换控制方法，所述微电网包括储能系统、光伏系统与备用系统；
当储能系统的电量大于SOC1，禁止储能系统充电，在离网或并网状态下，均由储能系统和\或光伏系统为负荷供电；
当储能系统的电量在SOC2～SOC1区间，在离网或并网状态下，均由储能系统和\或光伏系统为负荷供电；
当储能系统的电量小于SOC2，禁止储能系统放电，若为并网状态则由电网对负荷进行供电；若为离网状态，则启动备用系统为负荷供电或减负荷。
进一步的，SOC1为90％，SOC2为20％。
本发明提供一种微电网，包括直流微网、交流微网、控制系统与备用系统；
所述直流微网包括储能系统、光伏系统、稳压电容、AC/DC与电容DC/AC，储能系统与光伏系统分别通过各自的DC/DC并联所述稳压电容；
所述稳压电容通过所述AC/DC连接电网，并通过所述电容DC/AC向交流微网的交流母线供电；
所述备用系统包括同步发电机，并通过所述AC/DC接入直流微网；
所述控制系统中配置有微电网工作控制程序，所述微电网工作控制程序包括本发明所述的微电网的并离网切换控制方法。
进一步的，所述备用系统还包括新能源发电装置，并通过相应的DC/AC接入交流微网的交流母线。
进一步的，所述微电网工作控制程序还包括并网状态下的稳压控制方法，包括如下步骤：
当储能系统的电量大于SOC1：控制光伏系统的DC/DC执行MPPT策略，若稳压电容的电压高于设定电压值，储能系统禁止充电，光伏系统产生的多余电量通过所述AC/DC返送给电网；若稳压电容的电压低于或等于设定电压值，储能系统向稳压电容放电；
当储能系统的电量在SOC2～SOC1区间：控制光伏系统的DC/DC执行MPPT策略，若稳压电容的电压低于或等于设定电压值，储能系统向稳压电容放电；若稳压电容的电压高于设定电压值，稳压电容给储能系统充电；
当储能系统的电量小于SOC2：控制光伏系统的DC/DC执行MPPT策略，若稳压电容的电压低于或等于设定电压值，储能系统禁止放电，通过所述AC/DC装置来维持稳压电容的电压；若稳压电容的电压高于设定电压值，稳压电容给储能系统充电。
进一步的，所述微电网工作控制程序还包括离网状态下的稳压控制方法，包括如下步骤：
当储能系统的电量大于SOC1：若稳压电容的电压高于设定电压值，储能系统禁止充电，控制光伏系统工作在弃光模式；若稳压电容的电压低于或等于设定电压值，储能系统向稳压电容放电，控制光伏系统的DC/DC执行MPPT策略；
当储能系统的电量在SOC2～SOC1区间：控制光伏系统的DC/DC执行MPPT策略，若稳压电容的电压低于或等于设定电压值，储能系统向稳压电容放电；若稳压电容的电压高于设定电压值，稳压电容给储能系统充电；
当储能系统的电量小于SOC2：控制光伏系统的DC/DC执行MPPT策略，若稳压电容的电压低于或等于设定电压值，储能系统禁止放电，启动备用系统为负荷供电或减负荷。
本发明还提供另一种微电网，包括交流微网、STS开关、备用系统与控制系统；
所述交流微网包括交流母线、储能系统与光伏系统，储能系统通过储能DC/AC连接所述交流母线，光伏系统通过光伏DC/AC连接所述交流母线；
所述交流母线用于向负载供电，并通过所述STS开关连接电网与备用系统；
控制系统中配置有微电网工作控制程序，所述微电网工作控制程序包括本发明所述的微电网的并离网切换控制方法。
进一步的，所述微电网工作控制程序还包括离网状态下的功率控制方法，包括如下步骤：
当储能系统的电量大于SOC1：储能DC/AC工作在电压源模式，光伏DC/AC工作在电流源模式；光伏DC/AC退出MPPT策略，通过EMS能量管理系统控制光伏功率等于负荷功率，使得储能系统的充电功率为零；
当储能系统的电量在SOC2～SOC1区间：储能DC/AC工作在电压源模式，光伏DC/AC工作在电流源模式；光伏DC/AC执行MPPT策略；
当储能系统的电量小于SOC2：光伏DC/AC执行MPPT策略，储能系统禁止放电；当交流母线上的频率不能满足设定要求时，切负荷；当储能系统的电量即将放空时，通过STS开关并入备用系统，备用系统工作在电流源模式，同时将储能DC/AC切换为电流源工作模式。
进一步的，所述备用系统为同步发电机。
进一步的，所述微电网工作控制程序还包括并网状态下的功率控制方法，包括如下步骤：
当储能系统的电量大于SOC1：光伏DC/AC退出MPPT策略，通过EMS能量管理系统控制光伏功率等于负荷功率，使得储能系统的充电功率为零；
当储能系统的电量在SOC2～SOC1区间：由储能系统与光伏系统来为供电负荷，控制电网与微电网之间的交换功率为零；
当储能系统的电量小于SOC2：储能系统禁止放电，由电网和光伏对负荷进行供电。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
1、本发明的并离网切换控制方法根据储能系统的电量进行控制，在电量充足时，不论离网还是并网状态，均采用储能系统和\或光伏系统为负荷供电，这样在离网与并网状态相互切换时，对负荷来说是没有变化的，形成了无缝切换。
2、当电量不足的时候，根据并离网状态为负荷切换电源，避免断电，保证电源供应的可靠性。
3、本发明提供了两种优化的微电网结构，一种微电网结构具有稳压电容，适用于大体量，能够在并离网过程中提供稳定的电压，电压没有波动。
4、另一种微电网要做到微电网的并离网切换必须用STS来承担所有的负荷，而且它的切换过程中，电压波形是有ms级别的波动，但元器件少，控制简单，造价低。
附图说明
图1为实施例1的交直流混合微电网系统的架构图；
图2为实施例2的交直流混合微电网系统的架构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
实施例1
参考图1所示，一种微电网，包括直流微网、交流微网、控制系统与备用系统；
所述直流微网包括储能系统、光伏系统、稳压电容、AC/DC与电容DC/AC，储能系统与光伏系统分别通过各自的DC/DC并联所述稳压电容；
所述稳压电容通过所述AC/DC连接电网，并通过所述电容DC/AC向交流微网的交流母线供电；
所述备用系统包括同步发电机，并通过所述AC/DC接入直流微网；
所述控制系统中配置有微电网工作控制程序，所述微电网工作控制程序包括微电网的并离网切换控制方法。
所述微电网的并离网切换控制方法如下：
当储能系统的电量大于SOC1，禁止储能系统充电，在离网或并网状态下，均由储能系统和\或光伏系统为负荷供电；
当储能系统的电量在SOC2～SOC1区间，在离网或并网状态下，均由储能系统和\或光伏系统为负荷供电；
当储能系统的电量小于SOC2，禁止储能系统放电，若为并网状态则由电网对负荷进行供电；若为离网状态，则启动备用系统为负荷供电或减负荷。
备用系统还包括新能源发电装置，并通过相应的DC/AC接入交流微网的交流母线，图1中只示出了两个新能源发电装置，分别通过DC/AC(2)、DC/AC(3)接入交流微网的交流母线，新能源发电装置可以采用风力发电装置或光伏发电装置等，新能源发电装置的数量可以是两个以上。
电容DC/AC即DC/AC(1)，工作在电压源模式下，即控制交流侧的电压幅值和频率。只要稳压电容的电压稳定，就能工作在电压源模式。
DC/AC(1)的工作模式不变，始终工作在电压源模式，DC/AC(2)，DC/AC
(3)可以工作在电流源或者通过下垂控制工作在电压源与DC/AC(1)进行并机运行，工作模式有能量管理系统(EMS)进行分配。
本实施例中，SOC1为90％，SOC2为20％。
微电网工作控制程序还包括并网状态下的稳压控制方法，包括如下步骤：
当储能系统的电量大于SOC1：控制光伏系统的DC/DC执行MPPT策略，若稳压电容的电压高于设定电压值，储能系统禁止充电，光伏系统产生的多余电量通过所述AC/DC返送给电网；若稳压电容的电压低于或等于设定电压值，储能系统向稳压电容放电；
当储能系统的电量在SOC2～SOC1区间：控制光伏系统的DC/DC执行MPPT策略，若稳压电容的电压低于或等于设定电压值，储能系统向稳压电容放电；若稳压电容的电压高于设定电压值，稳压电容给储能系统充电；
当储能系统的电量小于SOC2：控制光伏系统的DC/DC执行MPPT策略，若稳压电容的电压低于或等于设定电压值，储能系统禁止放电，通过所述AC/DC装置来维持稳压电容的电压；若稳压电容的电压高于设定电压值，稳压电容给储能系统充电。
所述微电网工作控制程序还包括离网状态下的稳压控制方法，包括如下步骤：
当储能系统的电量大于SOC1：若稳压电容的电压高于设定电压值，储能系统禁止充电，控制光伏系统工作在弃光模式；若稳压电容的电压低于或等于设定电压值，储能系统向稳压电容放电，控制光伏系统的DC/DC执行MPPT策略；
当储能系统的电量在SOC2～SOC1区间：控制光伏系统的DC/DC执行MPPT策略，若稳压电容的电压低于或等于设定电压值，储能系统向稳压电容放电；若稳压电容的电压高于设定电压值，稳压电容给储能系统充电；
当储能系统的电量小于SOC2：控制光伏系统的DC/DC执行MPPT策略，若稳压电容的电压低于或等于设定电压值，储能系统禁止放电，启动备用系统为负荷供电或减负荷。
当稳压电容的电压低于或等于设定电压值时，储能系统禁止放电，由DC/AC(2)或者DC/AC(3)新能源发电置来维持稳压电容的电压值。当DC/AC(2)或者DC/AC(3)新能源发电出力不能维持电容电压最低值时，则开始执行减负荷操作或者启动同步发电机(例如柴油机)。根据EMS的经济调度来确定，如果启动发电机来带动负荷经济性能更好，则启动发电机否则可以甩负荷。
当系统需要建立reference的电压和频率的时候需要电压源，它可以支持电网的黑启动，在整个微电网中，至少有一个电压源。电流源是必须跟随电压和频率的reference的，如果没有了电压源，则电流源必须离网运行。
实施例2
参考图2所示，一种微电网，包括交流微网、STS开关、备用系统与控制系统；
所述交流微网包括交流母线、储能系统与光伏系统，储能系统通过储能DC/AC连接所述交流母线，光伏系统通过光伏DC/AC连接所述交流母线；
所述交流母线用于向负载供电，并通过所述STS开关连接电网与备用系统；
控制系统中配置有微电网工作控制程序，所述微电网工作控制程序包括如权微电网的并离网切换控制方法。
STS检测到了电网没有电了，STS开关断开，则把储能切换到电压源的模式，对整个微电网进行供电。
所述微电网的并离网切换控制方法如下：
当储能系统的电量大于SOC1，禁止储能系统充电，在离网或并网状态下，均由储能系统和\或光伏系统为负荷供电；
当储能系统的电量在SOC2～SOC1区间，在离网或并网状态下，均由储能系统和\或光伏系统为负荷供电；
当储能系统的电量小于SOC2，禁止储能系统放电，若为并网状态则由电网对负荷进行供电；若为离网状态，则启动备用系统为负荷供电或减负荷。
所述微电网工作控制程序还包括离网状态下的功率控制方法，包括如下步骤：
当储能系统的电量大于SOC1：储能DC/AC工作在电压源模式，光伏DC/AC工作在电流源模式；光伏DC/AC退出MPPT策略，通过EMS能量管理系统控制光伏功率等于负荷功率，使得储能系统的充电功率为零；
当储能系统的电量在SOC2～SOC1区间：储能DC/AC工作在电压源模式，光伏DC/AC工作在电流源模式；光伏DC/AC执行MPPT策略；
当储能系统的电量小于SOC2：光伏DC/AC执行MPPT策略，储能系统禁止放电；当交流母线上的频率不能满足设定要求时，切负荷；当储能系统的电量即将放空时，通过闭合STS开关并入备用系统(电网已断开与STS开关的连接)，备用系统为同步发电机，备用系统工作在电流源模式，同时将储能DC/AC切换为电流源工作模式。
所述微电网工作控制程序还包括并网状态下的功率控制方法，包括如下步骤：
当储能系统的电量大于SOC1：光伏DC/AC退出MPPT策略，通过EMS能量管理系统控制光伏功率等于负荷功率，使得储能系统的充电功率为零；
当储能系统的电量在SOC2～SOC1区间：由储能系统与光伏系统来为供电负荷，控制电网与微电网之间的交换功率为零；
当储能系统的电量小于SOC2：储能系统禁止放电，由电网和光伏对负荷进行供电。
上述技术方案只是本发明的具体实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施例所描述的技术方案，因此前面描述的只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (10)

1.一种微电网的并离网切换控制方法，其特征在于，所述微电网包括储能系统、光伏系统与备用系统；
当储能系统的电量大于SOC1，禁止储能系统充电，在离网或并网状态下，均由储能系统和\或光伏系统为负荷供电；
当储能系统的电量在SOC2～SOC1区间，在离网或并网状态下，均由储能系统和\或光伏系统为负荷供电；
当储能系统的电量小于SOC2，禁止储能系统放电，若为并网状态则由电网对负荷进行供电；若为离网状态，则启动备用系统为负荷供电或减负荷。
2.根据权利要求1所述的微电网的并离网切换控制方法，其特征在于，SOC1为90％，SOC2为20％。
3.一种微电网，其特征在于，包括直流微网、交流微网、控制系统与备用系统；
所述直流微网包括储能系统、光伏系统、稳压电容、AC/DC与电容DC/AC，储能系统与光伏系统分别通过各自的DC/DC并联所述稳压电容；
所述稳压电容通过所述AC/DC连接电网，并通过所述电容DC/AC向交流微网的交流母线供电；
所述备用系统包括同步发电机，并通过所述AC/DC接入直流微网；
所述控制系统中配置有微电网工作控制程序，所述微电网工作控制程序包括如权利要求1～2任一所述的微电网的并离网切换控制方法。
4.根据权利要求3所述的微电网，其特征在于，所述备用系统还包括新能源发电装置，并通过相应的DC/AC接入交流微网的交流母线。
5.根据权利要求3所述的微电网，其特征在于，所述微电网工作控制程序还包括并网状态下的稳压控制方法，包括如下步骤：
当储能系统的电量大于SOC1：控制光伏系统的DC/DC执行MPPT策略，若稳压电容的电压高于设定电压值，储能系统禁止充电，光伏系统产生的多余电量通过所述AC/DC返送给电网；若稳压电容的电压低于或等于设定电压值，储能系统向稳压电容放电；
当储能系统的电量在SOC2～SOC1区间：控制光伏系统的DC/DC执行MPPT策略，若稳压电容的电压低于或等于设定电压值，储能系统向稳压电容放电；若稳压电容的电压高于设定电压值，稳压电容给储能系统充电；
当储能系统的电量小于SOC2：控制光伏系统的DC/DC执行MPPT策略，若稳压电容的电压低于或等于设定电压值，储能系统禁止放电，通过所述AC/DC装置来维持稳压电容的电压；若稳压电容的电压高于设定电压值，稳压电容给储能系统充电。
6.根据权利要求3所述的微电网，其特征在于，所述微电网工作控制程序还包括离网状态下的稳压控制方法，包括如下步骤：
当储能系统的电量大于SOC1：若稳压电容的电压高于设定电压值，储能系统禁止充电，控制光伏系统工作在弃光模式；若稳压电容的电压低于或等于设定电压值，储能系统向稳压电容放电，控制光伏系统的DC/DC执行MPPT策略；
当储能系统的电量在SOC2～SOC1区间：控制光伏系统的DC/DC执行MPPT策略，若稳压电容的电压低于或等于设定电压值，储能系统向稳压电容放电；若稳压电容的电压高于设定电压值，稳压电容给储能系统充电；
当储能系统的电量小于SOC2：控制光伏系统的DC/DC执行MPPT策略，若稳压电容的电压低于或等于设定电压值，储能系统禁止放电，启动备用系统为负荷供电或减负荷。
7.一种微电网，其特征在于，包括交流微网、STS开关、备用系统与控制系统；
所述交流微网包括交流母线、储能系统与光伏系统，储能系统通过储能DC/AC连接所述交流母线，光伏系统通过光伏DC/AC连接所述交流母线；
所述交流母线用于向负载供电，并通过所述STS开关连接电网与备用系统；
控制系统中配置有微电网工作控制程序，所述微电网工作控制程序包括如权利要求1～2任一所述的微电网的并离网切换控制方法。
8.根据权利要求7所述的微电网，其特征在于，所述微电网工作控制程序还包括离网状态下的功率控制方法，包括如下步骤：
当储能系统的电量大于SOC1：储能DC/AC工作在电压源模式，光伏DC/AC工作在电流源模式；光伏DC/AC退出MPPT策略，通过EMS能量管理系统控制光伏功率等于负荷功率，使得储能系统的充电功率为零；
当储能系统的电量在SOC2～SOC1区间：储能DC/AC工作在电压源模式，光伏DC/AC工作在电流源模式；光伏DC/AC执行MPPT策略；
当储能系统的电量小于SOC2：光伏DC/AC执行MPPT策略，储能系统禁止放电；当交流母线上的频率不能满足设定要求时，切负荷；当储能系统的电量即将放空时，通过STS开关并入备用系统，备用系统工作在电流源模式，同时将储能DC/AC切换为电流源工作模式。
9.根据权利要求8所述的微电网，其特征在于，所述备用系统为同步发电机。
10.根据权利要求7所述的微电网，其特征在于，所述微电网工作控制程序还包括并网状态下的功率控制方法，包括如下步骤：
当储能系统的电量大于SOC1：光伏DC/AC退出MPPT策略，通过EMS能量管理系统控制光伏功率等于负荷功率，使得储能系统的充电功率为零；
当储能系统的电量在SOC2～SOC1区间：由储能系统与光伏系统来为供电负荷，控制电网与微电网之间的交换功率为零；
当储能系统的电量小于SOC2：储能系统禁止放电，由电网和光伏对负荷进行供电。
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