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一种微电网储能系统限流黑启动方法及装置

文献发布时间:2023-06-19 18:37:28


一种微电网储能系统限流黑启动方法及装置

技术领域

本发明涉及微电网储能系统黑启动领域,具体涉及一种微电网储能系统限流黑启动方法及装置。

背景技术

1.1背景技术

随着分布式能源发电技术的发展,微电网控制技术也得到了长足的进步。微电网可以作为一个可控单元,实现自控制、保护,可以有效协调分布式电源与大电网的关系,实现电网快速发展。

所谓黑启动,是指整个系统因故障停运后,系统全部停电(不排除孤立小电网仍维持运行),处于全“黑”状态,不依赖别的网络帮助,通过系统中具有自启动能力的发电机组启动,带动无自启动能力的发电机组,逐渐扩大系统恢复范围,最终实现整个系统的恢复。

微电网独立运行时,储能系统作为主电源需具备黑启动工地能;微电网通常含有大量的点击类负荷,在启动过程中会出现最高5~7倍过流,导致微电网黑启动失败;现有技术中储能系统作为主电源实现微电网自运行存在以下技术问题:

黑启动过程中需要先切除部分负荷,黑启动完成后再逐步投入,导致储能系统带载黑启动能力不足;不仅延长了微电网黑启动时间,也给运行带来的不便。

1.2与本发明相关的现有技术一

1.2.1现有技术一的技术方案

公开号为CN112736974A的中国专利“一种考虑蓄电池容量限制的孤立型光储微电网黑启动方法”:该技术方案将柴油发电机作为黑启动电源,储能系统作为非黑启动电源;黑启动前切除微电网中的全部负荷;启动黑启动电源,建立微电网系统的电压和频率;然后再逐步投入负荷。

1.2.2现有技术一的缺点

该技术黑启动前需要切除全部负荷,空载黑启动完成后再根据负荷等级逐步投入、最终完成微电网黑启动;该方案黑启动属于空载黑启动,需要通过投切负载实现微电网黑启动,增加了黑启动过程的操作复杂度和黑启动的时间;同时需要首先对负荷进行分级,而微电网负荷及负荷等级并不是一成不变的,这也给后期的运维带来了困难。

1.3与本发明相关的现有技术二

1.3.1现有技术二的技术方案

公开号为CN109066799A的中国专利“一种适用于含光储的微电网黑启动系统及方法”:该技术方案提供了一种不依赖与电池剩余电量和柴油发电机剩余燃料的黑启动方法,黑启动前利用太阳能对变换器控制板、电池管理系统控制板、储能逆变器控制板供电,然后闭合直流断路器,进行黑启动;该方案技术优点在于系统只要有太阳能系统,在任意蓄电池的情况下都能够实现黑启动。

1.3.2现有技术二的缺点

该技术方案通过太阳能给各控制板供电、为黑启动做好准备,但并未提及直流逆变器及储能系统如何工作、也为提及当负荷中存在较多电机类负载时应如何处理。1.4与本发明相关的现有技术三

1.4.1现有技术三的技术方案

公开号为CN106356892A的中国专利“微电网黑启动方法”:获取各个待启动微源的储能电池的剩余容量;将各个所述待启动微源的储能电池中剩余容量大于预设容量值的待启动微源按照其储能电池剩余容量的高低顺序生成黑启动序列;获取所述黑启动序列中的待启动微源的个数;判断所述黑启动序列中的待启动微源的个数是否在预设数量值范围内,若是,则根据所述黑启动序列,依次启动所述黑启动序列中的待启动微源;判断所述黑启动序列中的待启动微源是否启动完成;若是,则接入可再生发电单元以及负荷。上述微电网黑启动方法,确保了在黑启动的过程中有足够多的能源满足接入负荷的要求,提高了黑启动的效率。

1.4.2现有技术三的缺点

该方案中需要依次启动微源以满足负荷要求,但是并未提及是否带负荷启动以及各微源之间如何协调、也并未提及负荷类型,因此该方案适用性有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微电网储能系统限流黑启动方法及系统,能够提高储能系统带载黑启动能力,进而提高微电网黑启动的成功率并减小微电网黑启动的时间。

为达到上述目的,本发明通过下述技术方案实现。

本发明提出了一种微电网储能系统限流黑启动方法,所述方法包括:

步骤S1.闭合储能系统进线交流断路器,采用恒频恒压控制启动储能系统使电压参考值增加;

步骤S2.比较储能系统中负荷电流I与负荷电流的限定值I

步骤S3.判断负荷电流是否小于负荷电流的期望值I

步骤S4.启动电压恢复机制将电压参考值恢复到限流之前的值;

步骤S5.继续增加电压参考值;

步骤S6.重复步骤S2-S5,直至储能系统电压参考值达到设定值,黑启动完成。

作为上述技术方案的改进之一,所述方法还包括:步骤S0.检查储能系统相关参数,确认对储能系统开启黑启动;具体包括:

步骤S0-1.检查PCC点开关状态并判断是否处于断开状态,判断结果为否,则继续检查并判断;判断结果为是,则进入步骤S0-2;

步骤S0-2.判断三相交流电压是否低于M倍额定电压,M取0.04~0.06;判断结果为否,则回到步骤S0-1;判断结果为是,则开启黑启动,进入步骤S1。

作为上述技术方案的改进之一,所述步骤S1中的恒频恒压控制,包括:采用零压软启动方式启动交流电压,并对三相交流电压幅值分别采用独立的PI控制。

作为上述技术方案的改进之一,所述采用零压软启动方式启动交流电压,具体包括:控制交流电压参考值从0开始,按照设定的变化率逐步增加、直到达到设定值U

作为上述技术方案的改进之一,所述对三相交流电压幅值分别采用独立的PI控制器进行调节,具体包括:

采集储能系统交流电的线电压并转换获得三相交流电压幅值;

将每相交流电压幅值与各自期望电压幅值作差,并输入各自的PI控制器,获得各自需要调整的电压差值;

将需要调整的电压差值与各自期望电压幅值作和,得到调节后的三相交流电压幅值。

作为上述技术方案的改进之一,所述步骤S2中开启限流PI控制器进行限流,具体包括:

将负荷电流的期望值I

将电压参考值减去ΔU

作为上述技术方案的改进之一,所述负荷电流期望值I

作为上述技术方案的改进之一,所述电压恢复机制采用线性恢复方式将限流PI控制器的输出逐渐减到0,使电压参考值恢复到限流之前的值。

本发明还提出了一种微电网储能系统限流黑启动装置,所述装置包括:

恒频恒压控制模块,用于采用恒频恒压控制启动储能系统;

负荷电流采集比较模块,用于在启动储能系统后,比较储能系统中负荷电流I与负荷电流的限定值I

限流模块,用于在负荷电流I大于负荷电流的限定值I

电压恢复模块,用于在开启限流后当负荷电流I不大于负荷电流的限定值I

作为上述技术方案的改进之一,所述装置还包括状态识别模块,用于检查储能系统相关参数,确认对储能系统开启黑启动。

本发明与现有技术相比优点在于:

1)本发明提供了一种微电网储能系统限流黑启动方法,克服了储能系统带电机类负载黑启动能力不足的问题;

2)本发明在黑启动过程中根据负荷电流的大小调节输出电压,使启动过程中的瞬时电流在储能系统的可承受范围内,保护了储能变流器、提高了系统黑启动的成功率、缩短了黑启动的时间;

3)本发明在限流措施结束后采取逐步恢复电压的方式,降低了负荷电流变化率,减小了对储能系统的冲击和故障率,提高了储能系统的可用率。

附图说明

图1为本发明的微电网系统组成示意图;

图2为本发明的控制流程示意图;

图3为状态识别启动流程图;

图4为交流电压软启动交流电压参考值示意图;

图5为交流电压控制示意图;

图6为电压恢复曲线示意图。

具体实施方式

以下结合实施例进一步说明本发明所提供的技术方案。

如图1所示,为本发明提到的一种微电网系统组成示意图;本发明所述微电网系统包括:储能变流器、蓄电池、光伏、风电、负荷,如图1。储能元件接入到对应的储能变流器;储能变流器、太阳能发电、风力发电、负荷交流侧接入交流母线,电网由柴油发电机供电;当柴油发电机异常或需要转换为纯绿色能源运行时,由储能变流器提供稳定的交流电源。

实施例1

如图2所示,本发明限流黑启动控制框图如下。主要包括恒频恒压控制、限流措施、电压恢复等模块;本发明的一种微电网储能系统限流黑启动方法,具体包含如下步骤:

1恒频恒压控制

(1)状态识别:储能变流器检测PCC(Point of Common Coupling,公共连接点)点开关状态及三相交流电压,若PCC点开关处于断开状态且三相交流电压低于0.05倍额定电压则进入下一步;如图3所示,为状态识别流程图。

(2)启动恒频恒压控制:闭合储能系统进线交流断路器,断路器闭合后启动恒频恒压控制;

(3)恒频恒压控制:采用零压软启动方式、三相电压采用独立的PI控制。

交流电压参考值变化采用图4中的方式。交流电压参考从0开始,按照设定的变化率逐步增加、直到达到设定的电压期望U

交流电压闭环控制如图5。三相交流电压幅值采用独立的PI控制,角度相差120°。

2限流措施

(1)设定负荷电流限定值I

(2)以负荷电流限定值I

(3)以负荷电流的期望值I

(4)利用负荷电流的限定值I

3电压恢复

该步骤电压恢复指将限流PI控制器的输出逐渐减到0,使电压参考值恢复到限流之前的值;采用线性恢复方式,曲线如下图6所示。

4升压控制

电压参考值恢复到限流之前的值后,重复2.2.1~2.2.3直至系统电压达到设定值、黑启动完成为止。

实施例2

本发明的一种微电网储能系统限流黑启动装置,包括:恒频恒压控制模块、负荷电流采集比较模块、限流模块和电压恢复模块;

恒频恒压控制模块,用于采用恒频恒压控制启动储能系统;

负荷电流采集比较模块,用于在启动储能系统后,比较储能系统中负荷电流I与负荷电流的限定值I

限流模块,用于在负荷电流I大于负荷电流的限定值I

电压恢复模块,用于在开启限流后当负荷电流I不大于负荷电流的限定值I

本发明的一种微电网储能系统限流黑启动装置还包括状态识别模块;状态识别模块用于检查储能系统相关参数,确认对储能系统开启黑启动。

从上述对本发明的具体描述可以看出,本发明在黑启动过程中根据负荷电流的大小调节输出电压,使启动过程中的瞬时电流在储能系统的可承受范围内,保护了储能变流器、提高了系统黑启动的成功率、缩短了黑启动的时间。

最后所应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,都不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术分类

06120115629147