一种储能微电网并离网无缝切换装置、方法及系统

技术领域

本发明涉及微电网并离网无缝切换领域，特别是涉及一种储能微电网并离网无缝切换装置、方法及系统。

背景技术

微电网系统是在分布式光伏、风力发电系统、储能系统、各类负荷等电气单元的基础上而构建的一套系统。微电网从并网模式切换到离网运行模式，以及从离网运行模式切换到并网模式，可以采用无缝切换和短时有缝切换两种方案。

对于允许短时停电的有缝切换方案，当外部电网故障时，微电网内的分布式电源首先断电；然后微电网与外部电网的并网开关打开，微电网内负荷短时停电；当确认微电网与外部并网开关打开后，微电网内主电源切换控制模式，重新建立微电网的电压和频率，微电网独立运行。微电网从独立运行切换到并网的判据是检测到外部电网恢复正常，微电网内的主电源首先退出运行，微电网失压，负荷短时断电，其它分布式电源在检测到并网点失压后退出运行，然后闭合微电网并网开关，负荷恢复供电，经过一定时间间隔后，微电网内的所有分布式电源重新并网。

目前随着技术的发展，微电网的离网转并网和计划性离网均已能实现无缝切换，通过主电源与并网接口装置的相互配合来实现，从而可以对主电源从PQ模式切换到V/f模式的时间以及微电网并网点开关的开断时间都没有特殊的要求。无缝切换，供电可靠性高，在外部电网故障时，仍可以维持微电网内负荷不断电，但对微电网控制要求较高。对于采用主从控制策略的微电网，要求主电源能够快速从并网控制模式切换到独立控制模式，且同时需要能够快速将微电网与主电网的并网开关解列。

但是非计划性离网时，由于在孤岛运行时输出电压幅值、频率与额定值存在偏差，此时不允许直接并网操作，需要采用锁相环技术进行准同期控制。由于锁相环、电力系统都具有非线性，因此很难通过调整锁相环的控制参数达到满意的动态性能，锁相环的动态响应过慢会影响到系统的控制效果，降低系统的稳定性；尤其是在弱电网的情况下电网中存在大量高次谐波，影响了锁相环的锁相精度，影响准同期控制效果，甚至可能会造成系统不稳定。

发明内容

本发明的目的是提供一种储能微电网并离网无缝切换装置、方法及系统，能够解决离网转并网、计划性离网和非计划性离网不能同时实现无缝切换的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种储能微电网并离网无缝切换装置包括与主电源、微电网电连接的运行控制器、并网点开关、并网接口装置、稳定控制装置和储能PCS，其中，

运行控制器用于接受、翻译并执行控制命令，完成对主、微电网的运行控制；

并网点开关位于主、微电网之间；

并网接口装置用于控制并网点开关的分/合闸；

稳定控制装置用于微电网与主网的隔离；

储能PCS用于运行模式的切换，以及检测并网点两侧电压并进行调同期。

一种储能微电网并离网无缝切换方法包括：

计划性离网模式：

步骤11：运行控制器接收计划性离网指令；

步骤12：检测并网点开关、主网和微网的状态；

步骤13：运行控制器分别给并网接口装置下达计划划性离网指令，给储能PCS下达模式切换指令；

步骤14：并网接口装置控制并网点开关分闸，储能PCS由PQ运行模式切换到V/f运行模式；

并网模式：

步骤21：运行控制器接到同期并网指令；

步骤22：检测并网点开关、主网和微网的状态；

步骤23：运行控制器分别给并网接口装置下达同期合闸指令，给储能PCS下达调同期指令；

步骤24：储能PCS检测并网点两侧电压进行调同期；

步骤25：并网接口装置控制并网点开关合闸，储能PCS由V/f运行模式切换到PQ运行模式；

非计划性离网模式：

步骤31：检测主网发生故障，导致非计划性离网；

步骤32：并网接口装置控制并网点开关分闸；

步骤33：稳定控制装置，快速调节交换功率，同时，储能PCS由PQ运行模式切换到V/f运行模式。

可选地，所述步骤12具体包括：

判断是否能计划性离网，判断过程包括：并网点开关合网是否带电、并网点开关主网是否带电和微网是否带电；

若否，则不执行计划性离网；

若是，则判断是否需要调节交换功率；

若是，微电网运行控制器进行交换功率调节，执行步骤13；

若否，直接执行步骤13。

可选地，所述步骤22具体包括：

判断是否能同期并网，判断过程包括：并网点开关分网是否带电、并网点开关主网是否带电和微网是否带电；

若否，则不执行同期并网；

若是，执行步骤23。

可选地，所述步骤24之后和所述步骤25之前还包括：

判断是否满足同期合闸条件；

若是，则执行步骤25；

若否，则返回步骤24。

一种储能微电网并离网无缝切换系统包括：

计划性离网模块：

离网指令接收子模块，用于通过运行控制器接收计划性离网指令；

离网状态检测子模块，用于检测并网点开关、主网和微网的状态；

第一指令下达子模块，用于通过运行控制器分别给并网接口装置下达计划划性离网指令，给储能PCS下达模式切换指令；

第一运行模式切换子模块，用于通过并网接口装置控制并网点开关分闸，储能PCS由PQ运行模式切换到V/f运行模式；

并网模块：

并网指令接收子模块，用于通过运行控制器接到同期并网指令；

并网检测子模块，用于检测并网点开关、主网和微网的状态；

第二指令下达子模块，用于运行控制器分别给并网接口装置下达同期合闸指令，给储能PCS下达调同期指令；

调同期子模块，用于通过储能PCS检测并网点两侧电压进行调同期；

第二运行模式切换模块，用于通过并网接口装置控制并网点开关合闸，储能PCS由V/f运行模式切换到PQ运行模式；

非计划性离网模块：

非计划性离网发生子模块，用于检测主网发生故障，导致非计划性离网；

并网点开关分闸控制子模块，用于通过并网接口装置控制并网点开关分闸；

第三运行模式切换子模块，用于稳定控制装置，快速调节交换功率，同时，储能PCS由PQ运行模式切换到V/f运行模式。

可选地，所述离网状态检测子模块具体包括：

第一判断单元，用于判断是否能计划性离网，判断过程包括：并网点开关合网是否带电、并网点开关主网是否带电和微网是否带电；

第一判断结果输出单元，用于在不带电时，不执行计划性离网；

第二判断单元，用于在带电时判断是否需要调节交换功率；

第二判断结果输出单元，用于在需要调节交换功率时，微电网运行控制器进行交换功率调节，并进入第一指令下达子模块；

若否，直接进入第一指令下达子模块。

可选地，所述并网检测子模块具体包括：

第三判断单元，用于判断是否能同期并网，判断过程包括：并网点开关分网是否带电、并网点开关主网是否带电和微网是否带电；

第三判断结果输出单元，用于当不能同期并网时，不执行同期并网；

当能同期并网时，进入第二指令下达子模块。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明采用无缝切换方式，即离网转并网、计划性离网和非计划性离网均实现无缝切换。无缝切换是指并离网切换的过程中微电网电压、频率在微电网运行标准规定的范围内，微电网内各母线电压偏差不大于额定电压，频率偏差不大于规定值，微电网即可安全稳定运行，保证对重要敏感负荷的不间断供电，提高用户供电的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明储能微电网并离网无缝切换系统配置示意图；

图2是本发明实施例1计划性离网切换流程图；

图3是本发明实施例2同期并网切换流程图；

图4是本发明实施例3非计划性离网切换流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种储能微电网并离网无缝切换装置、方法及系统，能够解决离网转并网、计划性离网和非计划性离网不能同时实现无缝切换的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1，一种储能微电网并离网无缝切换装置包括与主电源、微电网电连接的运行控制器、并网点开关、并网接口装置、稳定控制装置和储能PCS，其中，

运行控制器用于接受、翻译并执行控制命令，完成对主、微电网的运行控制；

并网点开关位于主、微电网之间；

并网接口装置用于控制并网点开关的分/合闸；

稳定控制装置用于微电网与主网的隔离；

储能PCS用于运行模式的切换，以及检测并网点两侧电压并进行调同期。

图1中的10kV/380V是变压器，AC380V是低压交流母线，L1-L5代表微电网电源侧分支线路，L1-1、L1-2、L1-3代表市电供电线路，L2-1、L2-2、L2-3代表微电网供电线路，S1-S3代表双电源断路器，K1-K5代表智能控制开关。

线路1、2的工作流程：线路1和2为市电电源，互为备用。微电网未投用情况下，S1-S3分别与市电线路L1-1、L1-2、L1-3连接，由市电给用电负荷供电；微电网投用情况下，S1-S3自动切换至与L2-1、L2-2、L2-3连接，由微电网给负荷供电，并根据微电网并离网运行策略维持微电网系统正常稳定运行。

本发明采用无缝切换方式，即离网转并网、计划性离网和非计划性离网均实现无缝切换。本发明所提供的一种储能微电网并离网无缝切换方法包括：

微电网离网运行时，储能作为主电源为微电网提供参考频率。为保证微电网离网稳定运行，通过协调分布式电源、负荷、储能之间的分配，实现微网离网稳定运行，支撑重要负荷可靠运行一定时间。

计划性离网模式：

步骤11：运行控制器接收计划性离网指令，具体的，计划性离网时，由微电网能量管理系统下发计划离网的指令，微电网运行控制器接收到计划性离网指令。

步骤12：检测并网点开关、主网和微网的状态具体包括：

判断是否能计划性离网，判断过程包括：并网点开关合网是否带电、并网点开关主网是否带电和微网是否带电；

若否，则不执行计划性离网；

若是，则判断是否需要调节交换功率，即对联络线功率进行控制，确保联络线功率在作为主电源的PCS(即储能PCS)功率波动范围内；

若是，微电网运行控制器进行交换功率调节，执行步骤13；

若否，直接执行步骤13。

步骤13：运行控制器分别给并网接口装置下达计划划性离网指令，给储能PCS下达模式切换指令；

步骤14：并网接口装置控制并网点开关分闸，储能PCS由PQ运行模式切换到V/f运行模式。

如果通过调节能够满足计划离网的要求，则由微网并网接口装置与主PCS配合完成计划离网：微电网运行控制器给微电网并网接口装置下达计划性离网指令，微电网并网接口装置控制并网点开关分闸；如果不需要调节交换功率，微电网运行控制器给储能PCS下达模式切换指令，储能PCS由PQ运行模式切换到V/f运行模式。

如果通过调节不能够满足计划性离网的要求，微网运行控制器返回相应的提示。最后计划性离网结束。

同期并网时，由微电网能量管理系统下发同期并网的指令。由微网并网接口装置与主PCS配合完成同期并网。当满足同期并网条件时，快速开关合上、微网并网，同时储能由V/f运行模式切换至P/Q模式。

并网时，微电网内部电源自发自用，当发电功率大于负荷用电功率时，多余部分优先给储能充电，其余电上网；当发电功率小于负荷用电功率时，储能放电以补充功率缺额，如储能不足以补足功率缺额，则从电网取电补充。

当接收到并网点定功率控制调度指令时，控制微电网与配电网联络线交换功率为指定定值。当交换功率大于定值时，储能充电以吸收多余功率；当交换功率小于定值时，储能放电补充不足功率。

当接收到限功率控制调度指令时，控制微电网与配电网联络线交换功率低于指定定值。当交换功率大于限定值时，储能充电吸收多余功率。

并网时，由微电网能量管理系统下达同期并网指令，由微网并网接口装置与主PCS配合完成同期并网。当满足同期并网条件时，快速开关合上、微网并网，同时储能由V/f运行模式切换至P/Q模式。

并网模式：

步骤21：运行控制器接到同期并网指令；

步骤22：检测并网点开关、主网和微网的状态，具体包括：

判断是否能同期并网，判断过程包括：并网点开关分网是否带电、并网点开关主网是否带电和微网是否带电；

若否，则不执行同期并网；

若是，执行步骤23。

步骤23：运行控制器分别给并网接口装置下达同期合闸指令，给储能PCS下达调同期指令；

步骤24：储能PCS检测并网点两侧电压进行调同期；

步骤25：并网接口装置控制并网点开关合闸，储能PCS由V/f运行模式切换到PQ运行模式。

当主网发生故障，导致非计划性离网时，微网并网接口装置先判断故障并由保护动作跳开并网点开关，微电网稳定控制装置，快速调节交换功率，快速处理微网功率波动，同时，储能PCS由PQ运行模式切换到V/f运行模式，非计划性离网结束。

所述步骤24之后和所述步骤25之前还包括：

判断是否满足同期合闸条件；

若是，则执行步骤25；

若否，则返回步骤24。

当主网发生故障，导致非计划性离网时，进入非计划性离网模式：

步骤31：检测主网发生故障，导致非计划性离网；

步骤32：并网接口装置控制并网点开关分闸，具体的，微网并网接口装置先判断故障并由保护动作跳开并网点开关。

步骤33：稳定控制装置，快速调节交换功率(快速处理微网功率波动)，同时，储能PCS由PQ运行模式切换到V/f运行模式。

对应于本发明的储能微电网并离网无缝切换方法，本发明还提供一种储能微电网并离网无缝切换系统，该系统包括：

计划性离网模块：

离网指令接收子模块，用于通过运行控制器接收计划性离网指令；

离网状态检测子模块，用于检测并网点开关、主网和微网的状态；

第一指令下达子模块，用于通过运行控制器分别给并网接口装置下达计划划性离网指令，给储能PCS下达模式切换指令；

第一运行模式切换子模块，用于通过并网接口装置控制并网点开关分闸，储能PCS由PQ运行模式切换到V/f运行模式；

并网模块：

并网指令接收子模块，用于通过运行控制器接到同期并网指令；

并网检测子模块，用于检测并网点开关、主网和微网的状态；

第二指令下达子模块，用于运行控制器分别给并网接口装置下达同期合闸指令，给储能PCS下达调同期指令；

调同期子模块，用于通过储能PCS检测并网点两侧电压进行调同期；

第二运行模式切换模块，用于通过并网接口装置控制并网点开关合闸，储能PCS由V/f运行模式切换到PQ运行模式；

非计划性离网模块：

非计划性离网发生子模块，用于检测主网发生故障，导致非计划性离网；

并网点开关分闸控制子模块，用于通过并网接口装置控制并网点开关分闸；

第三运行模式切换子模块，用于稳定控制装置，快速调节交换功率，同时，储能PCS由PQ运行模式切换到V/f运行模式。

所述离网状态检测子模块具体包括：

第一判断单元，用于判断是否能计划性离网，判断过程包括：并网点开关合网是否带电、并网点开关主网是否带电和微网是否带电；

第一判断结果输出单元，用于在不带电时，不执行计划性离网；

第二判断单元，用于在带电时判断是否需要调节交换功率；

第二判断结果输出单元，用于在需要调节交换功率时，微电网运行控制器进行交换功率调节，并进入第一指令下达子模块；

若否，直接进入第一指令下达子模块。

所述并网检测子模块具体包括：

第三判断单元，用于判断是否能同期并网，判断过程包括：并网点开关分网是否带电、并网点开关主网是否带电和微网是否带电；

第三判断结果输出单元，用于当不能同期并网时，不执行同期并网；

当能同期并网时，进入第二指令下达子模块。

本发明的优势在于：

(1)公共连接点电压偏差不超过标称电压的±7％，频率偏差为±0.2Hz。微网母线的功率因素控制在0.98(超前)～0.98(滞后)。

(2)三相供电电压偏差为标称电压的±7％。电网正常运行时，负序电压不平衡度不超过2％，短时不得超过4％。电力系统正常运行时，频率偏差不得超过为±0.2Hz。电力系统正常运行时，电压总谐波畸变率不超过5％。

(3)微电网并离网无缝切换，整个切换过程在10ms以内完成。

实施例1：

如图2所示，本实施例提供一种具体的计划性离网方法，具体如下：

NMC1000微电网能量管理系统下达计划性离网指令，NMC8100微电网运行控制器接收计划性离网指令；

判断是否能计划性离网，即判断并网点开关是否为合，主网是否带电，微网是否带电；

若否，则不执行计划性离网；

若是，则判断是否需要调节交换功率；

若是，NMC8100微电网运行控制器进行交换功率调节；

若否，NMC8100微电网运行控制器分别给NMC8601微电网并网接口装置下达计划划性离网指令，给储能PCS下达模式切换指令；

NMC8601微电网并网接口装置控制并网点开关分闸，储能PCS由PQ运行模式切换到V/f运行模式，计划性离网结束。

实施例2：

如图3所示，本实施例提供一种具体的并网方法，具体如下：

NMC1000微电网能量管理系统下达同期并网指令，NMC8100运行控制器接到同期并网指令；

判断是否满足同期并网条件，即判断并网点开关是否为分，主网是否带电，微网是否带电；

若否，不执行同期并网；

若是，NMC8100微电网运行控制器分别给NMC8601微电网并网接口装置下达同期合闸指令，NMC8100微电网运行控制器给储能PCS下达调同期指令；

储能PCS检测并网点两侧电压，进行调同期；

是否满足同期合闸条件；

若是，NMC8601微电网并网接口装置控制并网点开关合闸，储能PCS由V/f运行模式切换到PQ运行模式，同期并网结束；

若否，则返回“储能PCS检测并网点两侧电压，进行调同期”。

实施例3：

如图4所示，本实施例提供一种具体的非计划性离网方法，具体如下：

当主网发生故障，导致非计划性离网时，NMC8601微网并网接口装置先判断故障并由保护动作跳开并网点开关，NMC8603微电网稳定控制装置，快速调节交换功率，快速处理微网功率波动，同时，储能PCS由PQ运行模式切换到V/f运行模式，非计划性离网结束。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。