一种微电网离网切换到并网的控制系统及控制方法
【专利摘要】本发明涉及分布式发电及微电网领域，公开了一种微电网离网切换到并网的控制系统，包括储能双向变流器、并网开关及控制器，并网开关一侧与主电源输出端相连，另一侧与储能双向变流器输出端相连，储能双向变流器输出端还与控制器相连，若控制器接收到并网指令，则控制器同期调节并网开关的主电网侧和微电网侧的电压；闭合并网开关后，储能双向变流器由电压源模式切换为电流源模式且保持当前功率不变；当并网时间达到设置的延迟时间后，储能双向变流器输出有功功率和无功功率，本发明还公开了基于上述系统的控制方法。本发明的微电网离网切换到并网的控制系统解决微电网的运行模式切换对负载及电网的扰动问题，实现离网到并网的无缝切换。
【专利说明】—种微电网离网切换到并网的控制系统及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微电网领域，尤其涉及一种微电网离网切换到并网的控制系统及控制方法。
【背景技术】
[0002]相比常规的集中供电电站，分布式发电具有以下优势:没有或很少输配电损耗；无需建设变电站和配电站，避免或延缓增加输配电成本；土建和安装成本低；各电站相互独立，用户可自行控制，不会发生大规模供电事故，供电的可靠性高；可进行遥控和监测区域电力质量和性能；大量减少环保压力等。
[0003]随着分布式发电的迅猛发展，微电网作为一种新型的配电解决方案被提出，它将多种分布式电源、负荷、储能有效组织起来，既可以与外部主电网并网运行，也可以离网运行，是一种分布式发电的高级结构形式，得到越来越广泛的重视。
[0004]微电网是解决分布式发电无缝接入主电网的重要途径，储能系统则是建立微电网不可或缺的单元，为负荷提供平稳电力，提高用电可靠性；削峰填谷，改善微电网电能质量；解决了微电网中的风电、光电不可控、波动性大的难题。传统储能系统中的储能变流器主要以并网运行为主，随着分布式发电和微电网技术的发展，要求储能变流器不但可以与主电网连接工作于并网模式，也可以工作于离网模式单独为本地负载供电。两种工作模式的平滑切换，可以保证对微电网内重要负荷供电的可靠性，对主电网的安全稳定运行也具有重要作用。然而现有技术中，微电网在离网到并网两种工作模式之间切换时，可能会出现短时断电的情况，供电可靠性差。
[0005]储能双向变流器离网运行时工作在电压源模式，一般由输出功率稳定且容量较大的电源担负组网电源，为负载提供恒定的电压及频率；并网运行时工作在电流源模式，根据系统调度指令控制输出电流。储能双向变流器如何在以上两种模式之间进行平滑切换，使得微电网的运行模式切换对负载及电网的扰动最小，是本发明亟需解决的问题。
【发明内容】
[0006]为克服现有技术的不足，本发明目的是:提供一种微电网离网切换到并网的控制系统，能够实现离网到并网的无缝平滑过渡，有效减小切换过程中电流的冲击。
[0007]为了解决【背景技术】中的技术问题，本发明提供了一种微电网离网切换到并网的控制系统，包括储能双向变流器、并网开关及控制器，其中，并网开关的一侧与主电源的输出端相连，另一侧与所述储能双向变流器的输出端相连，所述储能双向变流器的输出端还与所述控制器相连，微电网运行在离网模式时，若控制器接收到并网指令，则控制器同期调节并网开关的主电网侧与微电网侧的电压达到一致；闭合并网开关后，所述储能双向变流器由电压源模式切换为电流源模式且保持当前功率不变；当并网时间达到设置的延迟时间后，所述储能双向变流器根据系统调度指令输出有功功率和无功功率，完成离网到并网模式的切换。
[0008]所述储能双向变流器在微电网并网模式运行时根据系统调度指令进行交直流电能的转换，在离网模式运行时将存储的直流电转化为交流电为负载供电。
[0009]本发明还提供了一种基于上述微电网离网切换到并网的控制系统的控制方法，包括以下步骤:
[0010]S1、运行在离网模式的微电网中的控制器接收并网指令，根据并网开关的主电网侧的电压调节并网开关另一侧的微电网侧的输出电压幅值、相位及频率，使微电网侧与主电网侧的电压幅值、相位及频率一致；
[0011]S2、闭合并网开关，储能双向变流器由电压源模式切换为电流源模式，且保持当前的功率不变；
[0012]S3、当并网时间达到设置的延迟时间后，储能双向变流器根据控制系统调度指令输出有功功率和无功功率，完成离网到并网模式的切换。
[0013]步骤SI中由储能双向变流器调节所述微电网侧的输出电压幅值、相位及频率。
[0014]步骤S3中所述的并网时间从检测到并网开关闭合起算，在并网时间内所述并网开关保持闭合。
[0015]步骤SI中控制器接收并网指令前，所述储能双向变流器运行在电压源模式，为微电网提供恒定的电压及频率。
[0016]步骤S2中并网开关闭合后，若检测到并网开关已闭合，则所述储能双向变流器从电压源模式切换到电流源模式，若未检测到并网开关闭合，则所述储能双向变流器保持电压源模式。
[0017]本发明的微电网离网切换到并网的控制系统的原理是:①储能双向变流器离网运行时工作在电压源模式，为负载提供恒定的电压及频率；②当控制器接受到并网指令后，根据并网开关两侧电压情况进行同期调节，通过调节储能双向变流器的输出电压幅值、相位和频率，使其与主电网侧的电压情况相同；③当并网开关两侧电压达到同期且并网开关已闭合，储能双向变流器进行模式切换，由电压源模式切换为电流源模式；④并网开关闭合到检测到其闭合状态，存在一定的延时，这段时间内储能双向变流器已连接电网，但仍工作在电压源模式，也就是说这段时间电流处于非控状态，所以储能双向变流器只进行模式切换而不进行功率切换，即并网开关闭合初期流过的电流基本为O ;⑤并网开关闭合后延时一段时间，确保检测到并网开关处于闭合状态并完成切换到电流源模式后，再根据系统调度指令控制输出有功功率和无功功率，完成微电网从离网到并网的平滑切换。
[0018]采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果:①微电网从离网到并网的切换过程中，在并网开关闭合后延迟储能双向变流器切换功率的时间，防止在检测到并网开关闭合进行模式切换时发生电流失控的情况，甚至出现短时断电的情况；②延迟储能双向变流器切换功率的时间，可以有效抑制电网切换模式之间产生的电力波动，提高供电质量和稳定性。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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它附图。
[0020]图1是本发明实施例提供的微电网离网到并网平滑切换的四个阶段的示意图；
[0021]图2是本发明实施例提供的微电网离网切换到并网的控制流程图；
[0022]图3是本发明实施例提供的微电网中并网开关断开时的能量流示意图；
[0023]图4是本发明实施例提供的微电网中并网开关刚闭合但未达到延迟时间的能量流不意图；
[0024]图5是本发明实施例提供的微电网中达到延迟时间且储能双向变流器完成功率切换后的能量流示意图。
【具体实施方式】
[0025]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作出创造性劳动的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。
[0026]实施例:本发明实施例提出一种微电网离网切换到并网的控制系统，包括储能双向变流器、并网开关及控制器，其中并网开关的一侧与主电源的输出端相连，另一侧与所述储能双向变流器的输出端相连，所述储能双向变流器的输出端还与所述控制器相连，当主电网因出现故障或由于其他原因暂停工作的时候，微电网独立运行，即称为微电网工作在离网模式时，当主电网恢复供电的时候，首先控制器接收到并网指令，则控制器同期调节并网开关的主电网侧与微电网侧的电压达到一致；闭合并网开关后，所述储能双向变流器由电压源模式切换为电流源模式且保持当前功率不变；当并网时间达到设置的延迟时间后，所述储能双向变流器根据系统调度指令输出有功功率和无功功率，完成离网到并网模式的切换。
[0027]所述储能双向变流器在微电网并网模式运行时根据系统调度指令进行交直流电能的转换，在离网模式运行时将存储的直流电转化为交流电为负载供电。
[0028]本发明实施例还提供一种基于上述微电网离网切换到并网的控制系统的控制方法，如图2所示，当主电网因出现故障或由于其他原因暂停工作的时候，微电网独立运行，微电网中的储能双向变流器为负载供电，即称为微电网工作在离网模式时，当主电网恢复供电的时候，微电网由离网状态切换到并网状态，控制其平滑切换的方法包括以下步骤:
[0029]S1、运行在离网模式的微电网中的控制器接收并网指令，根据并网开关的主电网侧的电压调节并网开关另一侧的微电网侧的输出电压幅值、相位及频率，使微电网侧与主电网侧的电压幅值、相位及频率一致；
[0030]S2、闭合并网开关，储能双向变流器由电压源模式切换为电流源模式，且保持当前的功率不变；
[0031]S3、当并网时间达到设置的延迟时间后，储能双向变流器根据控制系统调度指令输出有功功率和无功功率，完成离网到并网模式的切换，其中所述的并网时间从检测到并网开关闭合起算，在并网时间内所述并网开关保持闭合。
[0032]图1为本发明实施例提供的微电网离网到并网平滑切换的四个阶段的示意图，即:
[0033]控制器接收并网指令前，所述储能双向变流器运行在电压源模式，为微电网提供恒定的电压及频率，此时的储能双向变流器工作在恒压恒频(VF)阶段。
[0034]控制器接收到并网指令后，储能双向变流器进入同期调节阶段，由储能双向变流器调节所述微电网侧的输出电压幅值、相位及频率，使微电网侧的电压幅值、相位和频率与主电网侧的电压幅值、相位和频率相同。当并网开关两侧电压达到同期后，同期调节阶段结束。
[0035]同期调节阶段结束后，可以闭合并网开关，若未检测到并网开关闭合，则所述储能双向变流器保持电压源模式；当并网开关两侧电压达到同期且并网开关已闭合，储能双向变流器进行模式切换，由电压源模式切换为电流源模式，此时只进行模式的切换，不进行功率切换，即并网开关闭合初期流过电流很小基本为0，储能双向变流器工作在过渡阶段。
[0036]最后，储能双向变流器工作在有功无功(PQ)调度阶段，并网开关闭合后延时一段时间，根据系统调度指令控制输出的有功功率和无功功率，离网到并网模式切换过程结束。
[0037]其中恒压恒频(VF)阶段和同期调节阶段中储能双向变流器工作在电压源运行模式，过渡阶段和有功无功(PQ)调度阶段中储能双向变流器工作在电流源运行模式。
[0038]图3至图5为离网到并网模式切换过程中的能量流示意图，图3为离网运行及同期调节阶段，并网开关断开，由储能双向变流器给系统内负载供电；图4为过渡阶段，此时并网开关已闭合，储能双向变流器由电压源模式切换为电流源模式，此时仍由储能双向变流器为负载供电，公共电网与微电网之间无能量交换。图5为PQ调度阶段，储能双向变流器响应系统调度，具体能量流方向及大小由系统调度决定。
[0039]本发明的微电网离网切换到并网的控制系统可以解决微电网的运行模式切换对负载及电网的扰动问题，实现离网到并网的无缝平滑切换，有效减小切换过程中电流的冲击。
[0040]以上所揭露的仅为本发明的几种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
【权利要求】
1.一种微电网离网切换到并网的控制系统，包括储能双向变流器、并网开关及控制器，其特征在于，并网开关的一侧与主电源的输出端相连，另一侧与所述储能双向变流器的输出端相连，所述储能双向变流器的输出端还与所述控制器相连，微电网运行在离网模式时，若控制器接收到并网指令，则控制器同期调节并网开关的主电网侧与微电网侧的电压达到一致；闭合并网开关后，所述储能双向变流器由电压源模式切换为电流源模式且保持当前功率不变；当并网时间达到设置的延迟时间后，所述储能双向变流器根据系统调度指令输出有功功率和无功功率，完成离网到并网模式的切换。
2.如权利要求1所述的微电网离网切换到并网的控制系统，其特征在于，所述储能双向变流器在微电网并网模式运行时根据系统调度指令进行交直流电能的转换，在离网模式运行时将存储的直流电转化为交流电为负载供电。
3.一种基于权利要求1所述的微电网离网切换到并网的控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤: 51、运行在离网模式的微电网中的控制器接收并网指令，根据并网开关的主电网侧的电压调节并网开关另一侧的微电网侧的输出电压幅值、相位及频率，使微电网侧与主电网侧的电压幅值、相位及频率一致； 52、闭合并网开关，储能双向变流器由电压源模式切换为电流源模式，且保持当前的功率不变； 53、当并网时间达到设置的延迟时间后，储能双向变流器根据控制系统调度指令输出有功功率和无功功率，完成离网到并网模式的切换。
4.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，步骤SI中由储能双向变流器调节所述微电网侧的输出电压幅值、相位及频率。
5.如权利要求3或4所述的控制方法，其特征在于，步骤S3中所述的并网时间从检测到并网开关闭合起算，在并网时间内所述并网开关保持闭合。
6.如权利要求3或5所述的控制方法，其特征在于，步骤SI中控制器接收并网指令前，所述储能双向变流器运行在电压源模式，为微电网提供恒定的电压及频率。
7.如权利要求3至6中任意一项所述的控制方法，其特征在于，步骤S2中并网开关闭合后，若检测到并网开关已闭合，则所述储能双向变流器从电压源模式切换到电流源模式，若未检测到并网开关闭合，则所述储能双向变流器保持电压源模式。
【文档编号】H02J3/38GK104362665SQ201410510389
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年9月28日 优先权日:2014年9月28日
【发明者】梁京哲, 王仕城, 范国兴 申请人:北京索英电气技术有限公司