微网的控制的制作方法

本公开涉及一种用于微网中的频率控制的方法和设备，用于促进第一交流(AC)网络和第二AC网络的彼此重新连接。

背景技术：

微网是发电、能量存储和负载的局部化分组，其通常经由公共耦合点(PCC)连接到传统的集中式电网(宏电网)。该与宏电网公共耦合的单个点可以被断开，孤立微网。微网是旨在由许多小能量源(分布式发电机(DG))局部地产生电力的结构的一部分。在微网中，DG经由控制DG的输出(即注入到微网中的电流)的转换器被连接。

微网(在电网连接模式中，即连接到宏电网)提供来自连接的DG站点的优化的或最大功率输出，并且其余功率由宏电网提供。微网通过可控开关在PCC处连接到宏电网。该电网连接在电网故障期间丢失，从而孤立微网。

在孤立化期间，由于从电网输入的功率损失以及电网的电压控制的丧失，存在微网不平衡的风险。对于电压控制，需要改变DG的控制模式。功率平衡由快速存储动作和即时减载方案解决。

在AC微网中，频率在稳定状态处于相同的位置，而电压可以根据功率流而不同。然而，在DG输出连续变化、负载开关和低惯量的微网中，存在小规模的连续频率和电压波动。在大瞬变期间(如DG故障等)，偏差较大。频率和电压稳定性与具有在干扰之后回到初始值(或在可接受偏差内的任何其它稳态值)的最小振荡和过冲有关。

具有多个DG和负载的微网需要在不同电平的多个开关以连接和断开微网内以及主电网的不同网络部分。虽然这些开关的自动断开旨在用于系统保护，但是需要有计划的连接和断开以实现优化操作，确保功率平衡和重新同步，从而在电压、频率和功率振荡中保持可接受的系统动态特性。在将网络重新连接到具有电压幅值的微网再同步之前，执行相位角和频率匹配以确保微网在重新连接时的稳定性。

US2007/129110公开了使用接口开关来将电力网络的孤立部分与网络的其余部分重新连接。当E和V之间的电压差和E(外部电压)和V(内部电压)之间的相对相位角delta EV都很小时，以及当较高频率电压(E和V之间)导向低频率电压时，接口开关闭合。因此，该文献教导了观察电压和相位角以选择用于重新连接孤立网络的好时机。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种控制微网的改进的方法，以便于第一电力网络和第二电力网络的彼此重新连接。

根据本发明的一个方面，提供了一种在电力微网中执行的方法，以便于将第一交流(AC)电力网络连接到第二AC电力网络。该方法包括：当第一电力网络与第二电力网络断开连接时，基于第二电力网络的AC频率控制第一电力网络的AC频率，以确保当第一网络和第二网络连接时，功率将从第一电力网络和第二电力网络中的具有较高频率的电力网络流动到第一电力网络和第二电力网络中的具有较低频率的电力网络。该方法还包括在控制之后将第一电力网络连接到第二电力网络，由此在连接的瞬间，功率从第一电力网络和第二电力网络中的具有较高频率的电力网络流到第一电力网络和第二电力网络中的具有较低频率的电力网络。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于电力微网的控制器，用于促进将第一AC电力网络连接到第二AC电力网络。控制器包括处理器电路和存储可由处理器电路执行的指令的存储单元，由此所述控制器可操作以在第一电力网络与第二电力网络断开时，基于第二电力网络的AC频率控制第一电力网络的AC频率，以确保功率将从第一电力网络和第二电力网络中的具有较高频率的电力网络流动到第一电力网络和第二电力网络中的具有较低频率的电力网络。控制器还可操作的以在控制之后将第一电力网络连接到第二电力网络，由此在连接的瞬间，功率从第一电力网络和第二电力网络中的具有较高频率的电力网络流动到第一电力网络和第二电力网络中的具有较低频率的电力网络。

根据本发明的另一方面，提供了一种微网，包括本公开的控制器的实施例。

根据本发明的另一方面，提供了一种包括计算机可执行组件的计算机程序产品，该计算机可执行组件用于当计算机可执行组件在包括在控制器中的处理器电路上运行时，使得微网控制器执行本公开的方法的实施例。

根据本发明的另一方面，提供了一种包括计算机程序代码的计算机程序，当该计算机程序代码在微网控制器的处理器电路上运行时，能够使控制器在第一电力网络与第二电力网络断开连接时，基于第二电力网络的AC频率控制第一电力网络的AC频率，以确保功率将从第一电力网络和第二电力网络中的具有较高频率的电力网络流到第一电力网络和第二电力网络中的具有较低频率的电力网络。该代码还能够使得控制器在控制之后将第一电力网络连接到第二电力网络，由此在连接的瞬间，功率从第一电力网络和第二电力网络中的具有较高频率的电力网络流动到第一电力网络和第二电力网络中的具有较低频率的电力网络。

根据本发明的另一方面，提供了一种包括本公开的计算机程序的实施例的计算机程序产品以及其上存储有计算机程序的计算机可读装置。

通过在将第一网络连接到第二网络之前控制第一网络的频率，根据本发明可以确保在连接时功率在两个网络之间沿期望的方向流动，例如在稳态条件期间沿相同的方向。否则，对于瞬变时间，存在功率将沿错误的方向流动的风险。

通常，权利要求中使用的所有术语应根据其在技术领域中的普通含义来解释，除非本文另有明确定义。所有对“一/一个/该元件、设备、组件、装置，步骤等”的引用，将被公开地解释为指元件、设备、组件、装置，步骤等的至少一个实例，除非另有明确说明。本文公开的任何方法的步骤不必以所公开的确切顺序执行，除非明确说明。对于本公开的不同特征/组件的“第一”、“第二”等的使用仅旨在将特征/组件与其他类似特征/组件区分开，而不旨在对特征/组件赋予任何顺序或层次。

附图说明

将参考附图通过示例的方式描述实施例，其中：

图1是根据本发明的包括两个AC网络的微网的实施例的示意图。

图2是根据本发明的不同频率下的旋转电压相量的示意图。

图3是根据本发明的微网的另一实施例的示意性框图，示出了微网架构内的不同开关。

图4是根据本发明的微网中的开关控制的实施例的示意性框图。

图5是根据本发明的微网中的控制的另一更详细的实施例的示意性框图。

图6是根据本发明的用于微网中的开关的控制逻辑的实施例的示意性框图。

图7是本发明的控制器的实施例的示意性框图。

图8是本发明的计算机程序产品的实施例的示意图。

图9是本发明的方法的实施例的示意性流程图。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图更全面地描述实施例，附图中示出了某些实施例。然而，在本公开的范围内，许多不同形式的其他实施例是可能的。相反，通过示例提供以下实施例，使得本公开将是彻底的和完整的，并且将向本领域技术人员充分地传达本公开的范围。在整个描述中，相同的数字指代相同的元件。

本发明在此以用于操作和控制用于连接微网内的不同分段/网络的静态开关的方法为例。图1示出了微网4，其中第一AC网络(NW)1借助于开关3可与第二AC NW2连接。开关3可以是用于将微网4连接到主电网的主静态开关，区域电力系统(EPS)静态开关连接微网中的微网分段，或者静态开关将DG与本地负载连接。每个这样的开关3可以与根据本发明的基于频率的控制协调。如图1所示，第一AC NW1具有第一电压V1、第一相位角δ1和第一频率f1，并且第二AC NW2具有第二电压V2、第二相位角δ2和第二频率f2。在闭合开关3之前，第一电压和第二电压之间的电压差V1-V2应该低于预定阈值ΔV，第一相位角和第二相位角之间的相位角差δ1-δ2应该低于预定阈值Δδ，并且第一频率和第二频率之间的频率差f1-f2应该低于预定阈值Δf。此外，根据本发明，控制第一NW1和第二NW2中的至少一个的频率，使得其高于或低于第一NW1和第二NW2中的另一个的频率，以确保当它们连接时，即当开关3闭合时，功率在两个NW1和NW2之间以期望的方向流动。在图1的示例中，控制第一NW频率f1大于第二NW频率f2。用于闭合的开关3的操作基于在连接的瞬间，功率应当从较高频率的第一网络1流到较低频率的网络2。这确保系统朝着具有自然功率系统的稳定状态点移动通过功率频率下降的稳定性，如图1中的功率(P)频率(f)图中示意性示出的。

在稳定状态下，在连接(闭合开关3)之前功率将从具有较高频率的网络流动到在连接之前具有较低频率的网络，但是在连接的瞬间(当开关3闭合时立即)由开关3的任一侧上的电压矢量的相应位置决定电流方向，以不同的频率旋转，如图2所示。图2示出了第一NW1和第二NW2的电压矢量的示例，其中第一NW1的电压矢量具有第一相位角δ1、第一电压幅值V1和第一角速度(与第一频率f1成比例)ω1，并且第二NW2的电压矢量具有第二相位角δ1、第二电压幅值V2和第二角速度(与第二频率f2成比例)ω2。因此，为了确保功率以期望的方向流动，观察电压V1和V2的相应的电压矢量，并且开关3在合适的时间闭合，以确保往返于第一NW1的第二NW2之间的瞬时功率以期望的方向流动。

根据本发明，基于第一NW1和第二NW2中的另一个的频率来控制第一NW1和第二NW2中的至少一个的频率。除了确保在连接之后功率将以期望的方向流动，频率控制还可以用于确保最小频率差f1-f2，以及用于何时闭合开关3的更容易的相位差检测。频率控制可以除了可以用于在闭合开关3之前，常规的开关3的任一侧的电压和相位角匹配，还可以用于连接第一NW1和第二NW2。因此，在连接的瞬间的瞬时功率流可以在由稳定状态电源频率下降决定的相同方向上发生。

图3是具有在微网的不同电平中的不同开关3的微网4的实施例的示意图。该示例微网4包括多个DG6、负载8和能量存储器7。DG6可以与本地负载7和/或能量存储器8相关联。微网4经由在公共耦合点(PCC)处的电网连接开关3a连接到主电网5，例如诸如国家配电网的宏电网。电网连接开关3a可以例如保护微网4免于短路，并且到主电网5的连接确保由电网5对微网4的电压和频率控制。电网连接开关3a是开关3的示例，其可以将本发明的第一NW1和第二NW2分离，由此在孤立之后，微网可以重新同步至电网5。在本发明的其他实施例中，第一NW1和第二NW2是微网4内的不同分段。在这种情况下，不同分段(即第一NW1和第二NW2)由区域连接开关3b分离/连接。每个分段可以例如包括DG6及其相关联的负载7和/或能量存储器8。区域连接开关3b可以为区域EPS提供短路保护，并且电压和频率可以通过EPS连接来控制。本发明的方法可以用于使分段与另一分段或与微网4的其余部分重新同步。在本发明的其他实施例中，分离/连接第一NW1和第二NW2的开关3是将诸如DG6、负载7或能量存储器8的组件连接到微网4的开关3c，本文称为DG连接开关3c。因此，本发明可以用于将DG6(在第一NW1中)与其相关联的本地负载7(在第二NW2中)连接。控制器9控制微网4的不同电平的开关3。控制器9可以被认为是例如包括在不同开关处的中心部分以及分布式部分(例如主控制器)的控制系统。DG连接开关3c可以类似地提供DG6或存储器8的短路保护，并且可以通过DG连接开关3c控制DG的电压和频率。本发明的方法可以用于使用例如负载7或微网4的其余部分的组件重新同步例如DG6的组件。

图4示出了用于控制器9的静态开关控制的高电平原理图的实施例。在每一层中，监控电压和相位角差并进行基于频率的切换。每个连续网络1和2的频率设置点被传输到网络控制器9(例如微网控制器9a、区域EPS控制器9b、DG控制器9c等)。因此，本发明方法的实施例可以在不同电平上使用，并且可以使用级联来重新连接整个微网4。修改在每个NW1或NW2处的频率设置点，以确保在连接时功率从较高频率网络向较低频率网络流动。

图5示出微网4中的每个静态开关3处的控制器9拓扑的实施例。电压和频率测量用于计算电压的差、相位角的差和频率的差。如果需要，修改频率设置点(以满足一个网络的频率应该高于另一个网络的频率的条件，如本文所讨论的)，并且激活开关闭合动作。

图6示意性地示出了针对频率设置点的控制器9的控制逻辑的实施例。调整第一NW1的频率设置点，直到第一NW1的电压和频率测量指示频率、电压和相位(参见图1)与第二NW2的差异低于它们各自的阈值，并且指示相位使得在闭合开关3时确保瞬时功率流在期望的方向上，由此控制器9指示开关3闭合。

图7示意性地示出了本发明的控制器9的实施例。控制器9包括诸如中央处理单元(CPU)处理器电路71。处理器电路71可以包括微处理器形式的一个或多个处理单元。然而，具有计算能力的其他合适的设备可以包括在处理器电路71中，例如，专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或复杂可编程逻辑器件(CPLD)。处理器电路71被配置为运行存储在一个或多个存储单元(例如存储器)的数据存储器82中的一个或多个计算机程序或软件(SW)81(也参见图8)。存储单元被认为如本文所讨论的计算机可读装置82(参见图8)，并且可以是以随机存取存储器(RAM)、闪存或其他固态存储器或硬盘、或者是以它们的组合的形式。处理器电路71还可以被配置为根据需要将数据存储在存储器72中。控制器9还包括通信接口73，通过向开关3发送控制信号以用于控制开关3，和/或发送控制信号以用于控制(例如传输新的设置点)第一NW1的频率并且进行测量。

图8示出了计算机程序产品80。计算机程序产品100包括计算机可读介质82，其包括计算机可执行组件81形式的计算机程序101。例如，如本文所讨论的，计算机程序/计算机可执行组件81可以被配置为使控制器9，执行本发明的方法的实施例。计算机程序/计算机可执行组件可以在控制器9的处理器电路71上运行，以使其执行该方法。计算机程序产品80可以例如包括在存储单元或存储器72中，存储单元或存储器72包括在控制器9中并与处理器电路71相关联。可选地，计算机程序产品80可以是单独的例如可移动的存储装置，例如计算机可读盘(如CD或DVD或硬盘/驱动器)或固态存储介质(如RAM或闪存)或者是该可移动的存储装置的一部分。

图9是示出了在本发明的控制器9中执行方法的一些实施例的流程图。该方法用于促进第一交流(AC)电力网络1到第二AC电力网络2的连接。当第一电力网络1与(开关3处于关断位置)第二电力网络2断开连接时，控制器9将基于第二电力网络的AC频率控制S1第一电力网络的AC频率，以确保当第一网络和第二网络被连接时，功率将从第一电力网络和第二电力网络中的具有较高频率的电力网络向第一电力网络和第二电力网络中的具有较低频率的电力网络流动。然后，在控制S1之后，控制器9将第一电力网络1连接S2到第二电力网络2(例如通过向开关3发送用于闭合该开关3的控制信号)，由此在连接的瞬间，电力从第一电力网络和第二电力网络中的具有较高频率的电力网络向第一电力网络和第二电力网络中的具有较低频率的电力网络流动。

在本发明的一些实施例中，将第一电力网络1的AC频率控制到比第二电力网络2的AC频率更高的频率，由此在连接S2的步骤之后，功率从第一电力网络1向第二电力网络2流动。相反，在本发明的一些其他实施例中，将第一电力网络1的AC频率控制到比第二电力网络2的AC频率更低的频率，由此在连接S2的步骤之后，功率从第二电力网络向第一电力网络流动。

在本发明的一些实施例中，控制AC频率，使得在连接S2之后，功率直接沿与当第一电力网络和第二电力网络1和2彼此连接时的稳定状态条件期间的流动方向相同的方向流动。

在本发明的一些实施例中，控制S1的步骤还包括基于第一电力网络1的AC频率控制第二电力网络2的AC频率。因此，第一NW1和第二NW2的响应频率在彼此连接之前均被控制。

在本发明的一些实施例中，第一电力网络1和第二电力网络2是相同微网4的不同分段。在一些实施例中，第一电力网络1和第二电力网络2中的一个包括分布式发电机(DG)6，并且第一电力网络1和第二电力网络2中的另一个包括DG6的本地负载7。可选地，在本发明的一些其他实施例中，第一电力网络1是微网4或是微网4的一部分，而第二电力网络2在微网4的外部，例如主电网5。

在本发明的一些实施例中，连接S2的步骤包括借助于静态开关3(例如电网连接开关3a、区域连接开关3b或DG连接开关3c)连接第一电力网络1和第二电力网络2，如本文所讨论的。

在本发明的一些实施例中，控制S1的步骤还包括第一电力网络和第二电力网络1和2的电压和/或相位角匹配。控制S1可以例如包括在闭合开关3之前，常规的开关3的任一侧中的电压和相位角匹配，以连接第一NW1和第二NW2，例如通过观察电压矢量的旋转来选择合适的时间来闭合开关3。

示例

运行仿真以确认本发明的益处。第一仿真基于理想源，以在第一网络1和第二网络2的重新同步期间显示所提出的本发明控制方法对互联功率流的影响。然后，在第二仿真测试系统中，论证了具有转换器接口DG6的实际微网4。

理想源仿真

测试系统是具有可控相位角、电压和频率的简单的两个理想源网络1和2。目的是在连接具有断路器3的两个网络1和2期间验证联络线功率振荡，并且示出了使用根据本发明的基于频率的控制来提高系统稳定性。

转换器接口微网仿真：

在具有和不具有本发明的基于频率的控制的情况下模拟具有两个转换器接口DG6的测试系统。系统中的电压、相位、功率和其他参数保持恒定。可以看出，使用所提出的控制系统同步，在连接线以及微网DG输出处的功率和电流中存在更好的瞬态响应。

比较仿真结果：

将本发明的方法与没有提出频率控制的方案进行比较，可以看出，连线功率、电流和DG输出中的瞬态响应得到改善。注意，在这两种情况下，其它特性(电压、相位角、连接时刻、DG功率、负载，DG转换器控制等)是相同的。

下面按照本发明的另一方面。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于电力微网4的控制器9，用于便于将第一AC电力网络1连接到第二AC电力网络2。控制器包括当第一电力网络1与第二电力网络2断开连接时，用于基于第二电力网络的AC频率控制S1第一电力网络的AC频率的装置(例如运行合适的SW81的处理器电路71，通常与通信接口73协作)，以确保当第一网络和第二网络被连接时，功率将从第一电力网络和第二电力网络中的具有较高频率的电力网络向第一电力网络和第二电力网络中的具有较低频率的电力网络流动。控制器还包括在控制S1之后，用于将第一电力网络1连接到第二电力网络2的装置(例如运行合适的SW81的处理器电路71，通常与通信接口73协作)，由此，在连接的瞬间，功率从第一电力网络和第二电力网络中的具有较高频率的电力网络向第一电力网络和第二电力网络中的具有较低频率的电力网络流动。

以上主要参照几个实施例描述了本公开。然而，如本领域技术人员容易理解的，除了上面公开的实施例之外的其它实施例在由所附权利要求限定的本公开的范围内同样是可能的。