CN102496956B - 用于微网的从并网模式切换到孤岛模式的模式切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于微网的从并网模式切换到孤岛模式的模式切换方法。所述方法包括：断开并网开关；断开用于将微网内的负荷接入微网的母线的所有负荷开关；选择电量最充裕的储能电源为主分布式电源；启动主分布式电源并使该主分布式电源以恒电压恒频率的方式运行；当微网的母线电压大于等于预定电压时，闭合微网的负荷开关以投入微网内的负荷；投入光伏分布式电源和风机分布式电源并使其工作在电源输出的有功功率和无功功率等于参考功率的控制模式。根据本发明的技术方案能够进行并网转孤岛模式切换，保障微网内部的供电，并且可减小对微网的影响，保障微网内部设备寿命。

Description

用于微网的从并网模式切换到孤岛模式的模式切换方法

技术领域

本发明涉及微网的模式切换，具体地讲，涉及将微网从并网模式切换到孤岛模式的模式切换方法。

背景技术

随着常规能源的逐渐枯竭，以及日益严重的环境污染，可再生能源以及分布式发电技术近年来在世界范围内得到了越来越多的重视和发展。目前，分布式发电一般是指发电功率在数千瓦至50兆瓦的小型化、模块化、分散式、布置在用户附近为用户供电的连接到配电系统的小型发电系统。目前已有的研究和实践已表明，将分布式发电供能系统以微型电网(MicroGrid，下面将其称为微网)的形式接入大电网并网运行，与大电网互为支撑，是发挥分布式发电供能系统效能的最有效方式。

作为分布式发电的重要组成形式之一，微网通常是由分布式电源(DG)、储能装置、能量变换装置、相关负荷、监控系统、保护系统、电力传输设备等汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统。因为，微网既可以通过配电网与大型电力网并联运行，形成一个大型电网与小型电网的联合运行系统，也可以独立地为当地负荷提供电力需求，其灵活的运行模式大大提高了负荷侧的供电可靠性；同时，微网通过单点接入大电网，可以减少大量小功率分布式电源接入大电网后对大电网的影响。此外，微网将分散的、不同类型的小型发电源(分布式电源)组合起来供电，能够使小型电源获得更高的利用效率。在大电网正常状态下，微网需要长期稳定运行；而在大电网受到干扰时，微网必须快速脱离大电网，进入并保持于孤岛运行状态，待大电网故障排除后重新自动并网运行。上述功能被概括为：削峰填谷、功率平滑、模式切换等。实现这些功能所需的控制策略，是微网技术的难点，各国研究团队正不断开发更优的控制方法和硬件组成。

近年来，风力发电、太阳能光伏发电技术的发展，使得可再生能源发电得到了越来越多的利用，将可再生能源发电与微网形式相结合的技术，是应用前景非常广阔的技术，成为了电力系统研究的新领域。由于微网是一种新型电网，其系统复杂程度大大高于普通电网，这导致了微网的控制策略和控制方法的复杂度相对普通电网也大大提升。

模式切换是最能体现微网价值的功能之一，可概括为三种不同工况下的行为：(1)当大电网正常供电时，微网以并网模式运行；(2)当大电网出现干扰导致无法供电时，微网需要从并网模式切换到孤岛模式；(3)当大电网故障排除后，供电恢复，微网需要从孤岛模式切换到并网模式。

模式切换技术经历了人工手动操作到机器自动操作的发展过程，重点在于如何选择模式切换的时机，以及切换时各设备的配合过程。

目前，现有的微网系统通常由单一种类的分布式电源、负荷、电力传输设备等简单组成。分布式电源通常是传统能源的电源类型，例如以铅酸蓄电池组、锂电池组为代表的能量型储能设备，也可配置一定容量的燃机。

图1示出了现有技术中的微网拓扑结构。在图1所示的微网系统中，微网分布式电源常为燃机/储能系统，接入母线BUS1，微网负荷亦接入该母线BUS1。BUS1为低压交流母线，电压在220V～35KV之间，通过变压器与BUS2相连。BUS2为高压交流母线，可视为大电网，电压在10KV～220KV之间。PCC所示的断路器为微网和大电网之间的连接点。

当大电网正常供电时，微网分布式电源停止发电，PCC处于闭合状态，微网负荷完全由大电网供电；当大电网故障时，PCC处于断开状态，微网分布式电源启动发电，为微网负荷供电。该技术主要为了实现微网的模式切换这一控制目的。通常将控制逻辑实现于微网分布式电源的变流器的控制器中。

但是现有的微网从并网模式切换为孤岛模式的模式切换存在如下所述的缺点：(1)只能适应简单构造下的微网系统，控制时的冲击电流高；(2)当微网系统内为诸如风力发电、光伏发电的分布式发电类型时，现有技术无法适应可再生能源和储能的协调控制；(3)与大电网的配合性差，存在影响大电网保护、自动化设备的可能性。

发明内容

当微网外部出现故障时，根据本发明的技术方案能够进行并网转孤岛模式切换，保障微网内部的供电，并且操作过程中，尽可能多的减小对微网的影响，保障微网内部设备寿命。

根据本发明示例性实施例，提供了一种用于微网的在发生外部故障时从并网模式切换到孤岛模式的模式切换方法，所述方法包括：断开并网开关；断开用于将微网内的负荷接入微网的母线的所有负荷开关；选择电量最充裕的储能电源为主分布式电源；启动主分布式电源并使该主分布式电源以恒电压恒频率的方式运行；当微网的母线电压大于等于预定电压时，闭合微网的负荷开关以投入微网内的负荷；投入光伏分布式电源并使所述光伏分布式电源工作在电源输出的有功功率和无功功率等于参考功率的控制模式；投入风机分布式电源并使所述风机分布式电源工作在电源输出的有功功率和无功功率等于参考功率的控制模式。

根据本发明的另一方面，所述方法还可包括：当外部故障发生时，根据微网内的分布式电源与微网的母线的电气连接方式同时隔离微网内正在运行的所有分布式电源。

根据本发明的另一方面，当分布式电源以交流系统接入方式接入微网的母线时，可选择断开连接的断路器以隔离该分布式电源；当分布式电源以直流系统接入方式接入微网的母线时，选择脉冲阻断变流器中的电力电子器件以隔离该分布式电源。

根据本发明的另一方面，所述分布式电源为微网内能够进行能量输出的元件，可包括风机分布式电源、光伏分布式电源以及各种储能电源。

根据本发明的另一方面，在隔离了微网内正在运行的所有分布式电源之后，将隔离的结果反馈给主控系统，并且当出现隔离失败时退出模式切换。

根据本发明的另一方面，在隔离了微网内正在运行的所有分布式电源之后，确认备自投装置动作成功时，可从并网模式切换到孤岛模式的模式切换终止，将分布式电源依次接入大电网。

根据本发明的另一方面，当确认备自投装置动作失败后，可继续执行并网模式切换到孤岛模式的模式切换。

根据本发明的另一方面，如果断开并网开关时并网开关没有成功断开，断开所述负荷开关时所述负荷开关没有成功断开，或微网的母线电压小于所述预定电压，则可以终止并网模式切换到孤岛模式的模式切换。

根据本发明的另一方面，在从并网模式到孤岛模式的模式切换过程中，刻设计有延时机制以确保暂态的冲击电流最小以及元件之间的环流影响最小。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1示出了现有技术中的微网拓扑结构。

图2示出了根据本发明示例性实施例的从并网模式切换到孤岛模式的控制流程图。

具体实施方式

图2示出了根据本发明示例性实施例的从并网模式切换到孤岛模式的控制流程图。根据本发明示例性实施例，利用供电线路、低压母线的电气扰动情况，对微网的外部故障进行实时检测，当外部故障发生时，准备进行模式切换。此时，立刻同时隔离微网内所有的正在运行的分布式电源，等待大电网所配置的继电保护系统、安全自动控制系统、备自投系统动作。这里，根据本发明示例性实施例的需要隔离的分布式电源(DG)为微网内可进行能量输出的元件，并不仅限于单一种类的分布式电源，而是包括风力发电电源、光伏发电电源以及各种储能电源的组合。隔离的方法视分布式电源与微网的母线的电气连接方式而定：当分布式电源以交流系统接入方式接入微网的母线时，可选择断开连接的断路器；当分布式电源以直流系统接入方式接入微网的母线时，可选择脉冲阻断变流器中的电力电子器件。隔离的结果将反馈回主控系统，当出现隔离失败时必须退出模式切换。

当确认备自投装置动作成功后，模式切换终止，分布式电源依次接入大电网。当确认备自投装置动作失败后，继续执行并网模式切换到孤岛模式的模式切换。下面，将参照图2来详细描述从并网模式切换到孤岛模式的模式切换操作。

在步骤S210，断开并网开关。

在步骤S220，判断并网开关是否断开。如果断开了并网开关，则进行步骤S230；否则，则进行步骤S310，终止模式切换并安全隔离已经运行的设备。

在步骤S230，断开用于将微网内的负荷接入微网母线的所有负荷开关。

在步骤S240，判断是否断开了所有负荷开关。如果断开了所有负荷开关，则进行步骤S250；否则，则进行步骤S310。

在步骤S250，选择电量最为充裕的储能电源为主分布式电源，并判断该主分布式电源是否可以工作。如果可以工作，则进行步骤S260；否则，进行步骤S310。其中，根据主分布式电源的荷电状态是否大于预定阈值来确定主分布式电源是否可以工作。例如(但不限于)，所述预定阈值可以是80％。如果主分布式电源的荷电状态大于或等于预定阈值，则该主分布式电源可以工作以建立微网的电压和频率；如果主分布式电源的荷电状态小于预定阈值，则确定该主分布式电源不可以工作。

在步骤S260，启动主分布式电源并控制其以恒电压恒频率的方式运行。

在步骤S270，判断微网的母线电压是否大于预定电压U1以判断微网母线电压是否恢复。当判断出微网母线电压恢复时，进行步骤S280；否则，进行步骤S310。

在步骤S280，闭合微网的负荷开关，以投入微网内的负荷。

在步骤S290，投入光伏分布式电源并使其工作在从光伏分布式电源输出的有功功率和无功功率分别等于其参考功率的PQ控制模式。

在步骤S300，投入风机分布式电源并使其工作在从风机分布式电源输出的有功功率和无功功率分别等于其参考功率的PQ控制模式。

另外，需要注意的是，在整个从并网模式到孤岛模式的模式切换过程中，设计有适当的延时机制以确保暂态的冲击电流最小以及元件之间的环流影响最小。

根据本发明的另一示例性实施例，在检测到大电网故障时，立刻停止微网内部一切正在运行的包括分布式电源以及各种负荷的设备，断开并网开关，待确认大电网无法继续供电后，从步骤S250开始操作。

另外，当判断出大电网还可以继续供电时，需要分阶段闭合并网开关、投入微网负荷和投入分布式电源。

根据本发明示例性实施例，因为设计有模式切换启动机制，其和备自投装置配合，提高备自投装置动作成功率，更大程度上提高微网供电可靠性。在微网设备间进行协调控制，并加以适当的顺序和延时，从而减少了彼此之间的冲击电流，以及环流影响。另外，智能选择最适合承担主电源的能量型储能元件，用于建立更为稳定的微网电压和频率。此外，根据本发明的示例性实施例，设置有模式切换安全终止机制，在出现意外情况时，能够保护设备。

Claims (9)

1.一种用于微网的在发生外部故障时从并网模式切换到孤岛模式的模式切换方法，所述方法包括：

断开并网开关；

断开用于将微网内的负荷接入微网的母线的所有负荷开关；

选择电量最充裕的储能电源为主分布式电源；

启动主分布式电源并使该主分布式电源以恒电压恒频率的方式运行；

当微网的母线电压大于等于预定电压时，闭合微网的负荷开关以投入微网内的负荷；

投入光伏分布式电源并使所述光伏分布式电源工作在电源输出的有功功率和无功功率等于参考功率的控制模式；

投入风机分布式电源并使所述风机分布式电源工作在电源输出的有功功率和无功功率等于参考功率的控制模式。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：

当外部故障发生时，根据微网内的分布式电源与微网的母线的电气连接方式同时隔离微网内正在运行的所有分布式电源。

3.如权利要求2所述的方法，其中，当分布式电源以交流系统接入方式接入微网的母线时，选择断开连接的断路器以隔离该分布式电源；当分布式电源以直流系统接入方式接入微网的母线时，选择脉冲阻断变流器中的电力电子器件以隔离该分布式电源。

4.如权利要求3所述的方法，其中，所述分布式电源为微网内能够进行能量输出的元件，包括风机分布式电源、光伏分布式电源以及各种储能电源。

5.如权利要求4所述的方法，其中，在隔离了微网内正在运行的所有分布式电源之后，将隔离的结果反馈给主控系统，并且当出现隔离失败时退出模式切换。

6.如权利要求5所述的方法，其中，在隔离了微网内正在运行的所有分布式电源之后，确认备自投装置动作成功时，从并网模式切换到孤岛模式的模式切换终止，将分布式电源依次接入大电网。

7.如权利要求5所述的方法，其中，当确认备自投装置动作失败后，继续执行并网模式切换到孤岛模式的模式切换。

8.如权利要求1所述的方法，其中，如果断开并网开关时并网开关没有成功断开，断开所述负荷开关时所述负荷开关没有成功断开，或微网的母线电压小于所述预定电压，则终止并网模式切换到孤岛模式的模式切换。

9.如权利要求1所述的方法，其中，在从并网模式到孤岛模式的模式切换过程中，设计有延时机制以确保暂态的冲击电流最小以及元件之间的环流影响最小。