用于低压穿越的控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于低压穿越的控制系统。其中，该用于低压穿越的控制系统包括：微电网，微电网内设置有第一分布式电源和第二分布式电源，微电网用于向主电网输送电能；以及第一并网逆变装置，用于在主电网故障时，控制微电网中的第一分布式电源和第二分布式电源实现低压穿越功能。通过本发明，解决了相关技术中在微电网并网实现低压穿越功能时，成本高的问题。
【专利说明】用于低压穿越的控制系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统领域，具体而言，涉及一种用于低压穿越的控制系统。
【背景技术】
[0002] 在电力系统中，为了分担电网的压力，需要在某些特定区域内设置分布式电源 (如，风力发电站、光伏发电站、微型涡轮机、柴油发电机）和微电网，其中，分布式电源和微 电网生产的电能除了直接供用户使用外，还可以并入主电网。
[0003] 然而，由于主电网存在不稳定性（如，电网故障），并且这种不稳定容易导致分布 式电源和微电网运行异常，因此，分布式电源和微电网在并网时，需要实现低压穿越功能。
[0004] 在相关技术中，对独立的分布式电源，采用逆变器来实现低压穿越功能；对微电 网，由于微电网中可以包括多个分布式电源，因此，在实现低压穿越功能时，需要对该微电 网中的每个分布式电源采用各自独立的逆变器，成本高。并且微电网中各个分布式电源的 性质不尽相同，因此，需要采用不同的逆变器，导致控制难度大。
[0005] 例如，微电网中包含多种不同类型的分布式电源（如光伏、微型涡轮机、柴油发电 机）以及储能装置和负载。作为一种新型配电网，微电网可以实现与所接入的主电网之间 潮流的双向流动。假设一个微电网中包含十台50MVA柴油发电机，那么总发电容量可达 500MVA。在主电网网架结构薄弱的情况下，当微电网正向主电网注入500MW有功功率时， 如果因低电压故障而突然将其切断，则可能导致系统失稳。目前，绝大部分小型分布式电源 (如，柴油发电机）并不具备低电压穿越功能。在含有大量分布式电源的微电网中，如果为 每一个分布式电源提供低压穿越技术，成本将非常高。
[0006] 针对相关技术中在微电网并网实现低压穿越功能时，成本高的问题，目前尚未提 出有效的解决方案。
【发明内容】
[0007] 本发明的主要目的在于提供一种用于低压穿越的控制系统，以解决相关技术中在 微电网并网实现低压穿越功能时，成本高的问题。
[0008] 为了实现上述目的，提供了一种用于低压穿越的控制系统。该系统包括：微电网， 所述微电网内设置有第一分布式电源和第二分布式电源，所述微电网用于向主电网输送电 能；以及第一并网逆变装置，用于在所述主电网故障时，控制所述微电网中的所述第一分布 式电源和所述第二分布式电源实现低压穿越功能。
[0009] 进一步地，所述微电网内设置有第三分布式电源，所述控制系统还包括：第二并网 逆变装置，用于在所述主电网故障时，控制所述微电网中的所述第三分布式电源实现低压 穿越功能。
[0010] 进一步地，所述第一分布式电源包括一个或者多个，和/或所述第二分布式电源 包括一个或者多个。
[0011] 进一步地，所述第一并网逆变装置包括：并网逆变器，用于与所述主电网相连接， 所述主电网和所述并网逆变器之间设置有并网点；控制器，与所述并网逆变器相连接，用于 采集所述并网逆变器在所述并网点上的输出信号，并在所述主电网故障时，根据采集到的 所述并网点上的输出信号限制所述并网逆变器的输出电流。
[0012] 进一步地，所述控制器还用于在所述主电网故障时，根据采集到的所述并网点上 的输出信号为所述并网点提供支撑电压，所述支撑电压大于等于预设值。
[0013] 进一步地，所述并网点上的输出信号包括电流输出信号和电压输出信号，在所述 主电网故障时，所述控制器通过以下方式根据采集到的所述并网点上的输出信号为所述并 网点提供支撑电压：将所述电流输出信号对应的电流矢量进行坐标变换，得到变换后的电 流矢量；将所述电压输出信号对应的电压矢量进行坐标变换，得到变换后的电压矢量；获 取所述并网逆变器的功率输出矢量与所述变换后的电流矢量和所述变换后的电压矢量的 映射关系；根据所述变换后的电流矢量和所述映射关系进行计算，得到第一计算结果；以 及根据所述第一计算结果为所述并网点提供支撑电压。
[0014] 进一步地，所述并网逆变器为IGBT模块，所述第一并网逆变装置还包括：IGBT驱 动模块，所述IGBT驱动模块用于驱动所述IGBT模块动作。
[0015] 进一步地，所述第一并网逆变装置还包括：传感器，连接在所述并网逆变器和所 述控制器之间，所述控制器通过所述传感器采集所述并网逆变器在所述并网点上的输出信 号。
[0016] 进一步地，所述控制器包括数字信号处理器。
[0017] 进一步地，所述并网点上的输出信号包括电流输出信号和电压输出信号，在所述 主电网故障时，所述控制器通过以下方式根据采集到的所述并网点上的输出信号限制所述 并网逆变器的输出电流：将所述电流输出信号对应的电流矢量进行坐标变换，得到变换后 的电流矢量；将所述电压输出信号对应的电压矢量进行坐标变换，得到变换后的电压矢量； 获取所述并网逆变器的功率输出矢量与所述变换后的电流矢量和所述变换后的电压矢量 的映射关系；根据所述变换后的电流矢量和所述映射关系进行计算，得到第二计算结果； 以及根据所述第二计算结果限制所述并网逆变器的输出电流。
[0018] 通过本发明，采用微电网，微电网内设置有第一分布式电源和第二分布式电源，微 电网用于向主电网输送电能；以及第一并网逆变装置，用于在主电网故障时，控制微电网中 的第一分布式电源和第二分布式电源实现低压穿越功能，由于可以通过一个并网逆变装置 控制微电网中部分或者全部分布式电源实现低压穿越功能，因此，无需对每个分布式电源 都单独设置一个并网逆变装置，减少了控制系统中并网逆变装置的数量，节约了成本，解决 了相关技术中在微电网并网实现低压穿越功能时，成本高的问题，进而达到了节约成本的 效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实 施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0020] 图1是根据本发明实施例的用于低压穿越的控制系统的示意图；
[0021] 图2是根据本发明实施例的并网逆变装置的示意图；
[0022] 图3是根据本发明实施例的用于低压穿越的控制框图；
[0023] 图4是根据本发明实施例的主电网发生对称故障时的电压、电流、功率波形图；
[0024] 图5是根据本发明实施例的主电网发生不对称故障时的电压、电流、功率波形图；
[0025] 图6是根据本发明实施例的模拟低压穿越控制的实验样机的示意图；
[0026] 图7(a)是根据图6的模拟对称故障的实验结果的并网逆变器输出功率与输出电 流波形图；
[0027] 图7(b)是根据图6的模拟对称故障的实验结果的故障发生时刻波形展开图；
[0028] 图8(a)是根据图6的模拟不对称故障的实验结果的并网点电压与并网逆变器输 出功率波形图；
[0029] 图8(b)是根据图6的模拟不对称故障的实验结果的故障发生时刻波形展开图；以 及
[0030] 图8(c)是根据图6的模拟不对称故障的实验结果的故障发生时刻并网逆变器输 出功率与输出电流波形展开图。
【具体实施方式】
[0031] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0032] 为了使本领域的技术人员更好的理解本发明方案，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 本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，在本领域普通技 术人员没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护范 围。
[0033] 需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语"第一"、"第 二"等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用 的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或 描述的那些以外的顺序实施。此外，术语"包括"和"具有"以及他们的任何变形，意图在于 覆盖不排他的包含。
[0034] 根据本发明的实施例，提供了一种用于低压穿越的控制系统，该用于低压穿越的 控制系统用于对微电网中部分或者全部分布式电源通过一个并网逆变装置实现低压穿越 功能。
[0035] 图1是根据本发明实施例的用于低压穿越的控制系统的示意图。如图1所示，该 系统包括：微电网10和第一并网逆变装置20。
[0036] 微电网10也即微电力网。在微电网10内，可以设置有第一分布式电源和第二分 布式电源，也即，微电网10内可以设置有多个分布式电源。微电网10可以用于向主电网30 输送电能，其中，主电网30为主电力网，如图1中虚线框内部的电路部分。具体地，微电网 10产生的电能可以全部直接提供给用户使用，或者可以全部输送至主电网30中，或者可以 将部分直接提供给用户使用、部分输送至主电网30中。
[0037] 第一并网逆变装置20可以用于在主电网30故障时，控制微电网10中的第一分布 式电源和第二分布式电源实现低压穿越功能，也即，在主电网30故障时，控制微电网10中 的第一分布式电源和第二分布式电源保持正常运行。
[0038] 通过本发明实施例，由于可以通过一个并网逆变装置控制微电网中部分或者全部 分布式电源实现低压穿越功能，因此，无需对每个分布式电源都单独设置一个并网逆变装 置，减少了控制系统中并网逆变装置的数量，达到了节约成本的效果。
[0039] 需要说明的是，在本发明实施例中，微电网除了包括前述的第一分布式电源和第 二分布式电源之外，还可以包括其他的分布式电源，这样，第一并网逆变装置可以设置在第 一分布式电源、第二分布式电源与主电网的并网点处，对微电网中的部分分布式电源实现 低压穿越功能，其他的分布式电源则通过其他的并网逆变装置来实现低压穿越功能，减少 了控制系统中并网逆变装置的数量，达到了节约成本的效果。
[0040] 例如，如果微电网内除了设置有第一分布式电源和第二分布式电源外，还设置有 第三分布式电源，则该控制系统还可以包括：第二并网逆变装置。第二并网逆变装置用于在 主电网故障时，控制微电网中的第三分布式电源实现低压穿越功能。
[0041] 另外，微电网还可以仅仅包括：第一分布式电源和第二分布式电源，进一步地，第 一分布式电源可以包括一个或者多个分布式电源，和/或第二分布式电源也可以包括一个 或者多个分布式电源。这样，整个控制系统可以只包括一个并网逆变装置（即，第一并网逆 变装置），第一并网逆变装置设置在微电网与主电网的并网点处，对整个微电网中的全部分 布式电源实现低压穿越功能，与微电网除了包括前述的第一分布式电源和第二分布式电源 之外，还可以包括其他的分布式电源的控制系统相比，可以进一步减少并网逆变装置的数 量，并进一步达到了节约成本的效果。
[0042] 需要说明的是，在本发明实施例中，第一分布式电源和第二分布式电源可以为相 同性质的分布式电源，或者可以为不相同性质的分布式电源。例如，第一分布式电源和第二 分布式电源都可以为如下分布式电源：风力发电站、光伏发电站、微型涡轮机、柴油发电机。
[0043] 通过本发明实施例，由于可以通过一个并网逆变装置对微电网中的多个分布式电 源实现低压穿越功能，因此，不会因为分布式电源的性质不同而导致控制控制难度大，也 艮P，降低了用于低压穿越的控制系统的控制难度。
[0044] 第一并网逆变装置可以是一个独立的具有逆变功能和控制功能的装置，可选地， 第一并网逆变装置也可以是一个组合装置，例如，它可以包括：并网逆变器和控制器。其中， 并网逆变器用于与主电网相连接，主电网和并网逆变器之间设置有并网点。控制器与并网 逆变器相连接，可以用于采集并网逆变器在并网点上的输出信号，并在主电网故障时，根据 采集到的并网点上的输出信号限制并网逆变器的输出电流，从而可以避免并网逆变器因过 流保护动作跳闸或因过热而击穿。
[0045] 例如，当主电网出现故障，且微电网正在向其输送电能时，第一并网逆变装置中的 控制器能够有效地限制并网逆变器的输出电流，避免并网逆变器因过流保护动作跳闸或因 过热而击穿。
[0046] 进一步地，控制器还可以用于在主电网故障时，根据采集到的并网点上的输出信 号控制并网逆变器输出平滑功率。例如，在主电网出现三相不平衡故障时，控制器能够控制 并网逆变器输出平滑的功率。
[0047] 更进一步地，在主电网故障消除后，控制器还可以控制并网逆变器恢复正常运行 状态，并输出与故障前等量的有功功率和无功功率，从而避免系统失去稳定。
[0048] 另外，主电网和并网逆变器之间还可以设置有电感、电容、开关和变压器等电子或 电器部件。
[0049] 在本发明实施例中，控制器除了用于实现上述功能之外，还可以用于在主电网故 障时，根据采集到的并网点上的输出信号为并网点提供支撑电压，支撑电压大于等于预设 值。
[0050] 例如，在主电网故障时，并网点处的电压值可能突然降低，如，该电压值可能突变 为0,此时，控制器可以控制并网逆变器输出预设值支撑电压，以防止并网点的电压值过低 而导致微电网不能正常运行。
[0051] 在本发明实施例中，对并网逆变器的形式不做限定。可选地，并网逆变器可以为逆 变电路或者IGBT模块，优选地，并网逆变器为IGBT模块，此时，第一并网逆变装置还可以包 括IGBT驱动模块，IGBT驱动模块用于驱动IGBT模块动作。采用IGBT模块作为并网逆变 器，可以简化并网逆变器的结构，进而减小并网逆变器的体积。
[0052] 需要说明的是，前述的控制器可以自行采集并网逆变器在并网点上的输出信号， 也可以通过外设的传感器采集并网逆变器在并网点上的输出信号，传感器可以设置在传感 器箱中，其中，该传感器可以用于采集电压信号和电流信号，也即，第一并网逆变装置还可 以包括：传感器。传感器连接在并网逆变器和控制器之间，控制器通过传感器采集并网逆变 器在并网点上的输出信号。
[0053] 可选地，控制器可以包括数字信号处理器DSP，这样，由于DSP为可编程数字处理 器，因此，可以在不更换前述的并网逆变装置的前提下，实现控制器升级，进而实现整个控 制系统的升级。
[0054] 如图2所示，前述的并网逆变装置可以包括：IGBT模块202、IGBT驱动模块204、 DSP206和传感器箱208。其中，各个部件的连接关系如图示，在此不再赘述，需要说明的是， DSP206的采样频率可以为5kHz。
[0055] 优选地，前述并网点上的输出信号可以包括：电流输出信号和电压输出信号。在主 电网故障时，控制器可以通过以下步骤根据采集到的并网点上的输出信号为并网点提供支 撑电压：
[0056] S2,将电流输出信号对应的电流矢量进行坐标变换，得到变换后的电流矢量。例 如，以三相电为例，可以采用克拉克变换，通过公式i a = Tiabe(I)将三相电的电流矢量转 换为α β 〇坐标下的电流矢量。
[0057] S4,将电压输出信号对应的电压矢量进行坐标变换，得到变换后的电压矢量。例 如，以三相电为例,可以通过公式va e(l = Tvab。⑵将三相电的电压矢量转换为α β 〇坐标 下的电压矢量。
[0058] 其中，S2和S4中的T为：
【权利要求】
1. 一种用于低压穿越的控制系统，其特征在于，包括： 微电网，所述微电网内设置有第一分布式电源和第二分布式电源，所述微电网用于向 主电网输送电能；以及 第一并网逆变装置，用于在所述主电网故障时，控制所述微电网中的所述第一分布式 电源和所述第二分布式电源实现低压穿越功能。
2. 根据权利要求1所述的用于低压穿越的控制系统，其特征在于，所述微电网内设置 有第三分布式电源，所述控制系统还包括： 第二并网逆变装置，用于在所述主电网故障时，控制所述微电网中的所述第三分布式 电源实现低压穿越功能。
3. 根据权利要求1所述的用于低压穿越的控制系统，其特征在于，所述第一分布式电 源包括一个或者多个，和/或所述第二分布式电源包括一个或者多个。
4. 根据权利要求1所述的用于低压穿越的控制系统，其特征在于，所述第一并网逆变 装置包括： 并网逆变器，用于与所述主电网相连接，所述主电网和所述并网逆变器之间设置有并 网点； 控制器，与所述并网逆变器相连接，用于采集所述并网逆变器在所述并网点上的输出 信号，并在所述主电网故障时，根据采集到的所述并网点上的输出信号限制所述并网逆变 器的输出电流。
5. 根据权利要求4所述的用于低压穿越的控制系统，其特征在于，所述控制器还用于 在所述主电网故障时，根据采集到的所述并网点上的输出信号为所述并网点提供支撑电 压，所述支撑电压大于等于预设值。
6. 根据权利要求5所述的用于低压穿越的控制系统，其特征在于，所述并网点上的输 出信号包括电流输出信号和电压输出信号，在所述主电网故障时，所述控制器通过以下方 式根据采集到的所述并网点上的输出信号为所述并网点提供支撑电压： 将所述电流输出信号对应的电流矢量进行坐标变换，得到变换后的电流矢量； 将所述电压输出信号对应的电压矢量进行坐标变换，得到变换后的电压矢量； 获取所述并网逆变器的功率输出矢量与所述变换后的电流矢量和所述变换后的电压 矢量的映射关系； 根据所述变换后的电流矢量和所述映射关系进行计算，得到第一计算结果；以及 根据所述第一计算结果为所述并网点提供支撑电压。
7. 根据权利要求4所述的用于低压穿越的控制系统，其特征在于，所述并网逆变器为 IGBT模块，所述第一并网逆变装置还包括： IGBT驱动模块，所述IGBT驱动模块用于驱动所述IGBT模块动作。
8. 根据权利要求4所述的用于低压穿越的控制系统，其特征在于，所述第一并网逆变 装置还包括： 传感器，连接在所述并网逆变器和所述控制器之间，所述控制器通过所述传感器采集 所述并网逆变器在所述并网点上的输出信号。
9. 根据权利要求4所述的用于低压穿越的控制系统，其特征在于，所述控制器包括数 字信号处理器。
10.根据权利要求4所述的用于低压穿越的控制系统，其特征在于，所述并网点上的输 出信号包括电流输出信号和电压输出信号，在所述主电网故障时，所述控制器通过以下方 式根据采集到的所述并网点上的输出信号限制所述并网逆变器的输出电流： 将所述电流输出信号对应的电流矢量进行坐标变换，得到变换后的电流矢量； 将所述电压输出信号对应的电压矢量进行坐标变换，得到变换后的电压矢量； 获取所述并网逆变器的功率输出矢量与所述变换后的电流矢量和所述变换后的电压 矢量的映射关系； 根据所述变换后的电流矢量和所述映射关系进行计算，得到第二计算结果；以及 根据所述第二计算结果限制所述并网逆变器的输出电流。
【文档编号】H02J3/38GK104333041SQ201410638610
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月6日 优先权日:2014年11月6日
【发明者】余潇潇, 张凯, 刘兆燕, 舒彬 申请人:国家电网公司, 国网北京市电力公司, 北京电力经济技术研究院