本发明涉及微电网技术，尤其涉及一种并离网不间断切换装置和方法。
背景技术：
微电网在传统电网的基础上，能够提供更高的可靠性，更高的能效利用率，而且能够提供更好的电能质量。对于解决新能源并网(renewableintegration)的问题，可以在用户侧来进行峰谷调节，频率调节等，这样具有更高的系统效率，而且能够节省投入，符合产业发展规律。
通常，离网微电网在工业园区，边远山区部署，因其部署快速，能够解决峰谷电价差及提高瞬时峰值功率等优点，已经快速发展。现有技术中，通常可以通过塔式储能变流器(powercontrolsystem；pcs)和模块化pcs控制并离网不间断切换，其中，图1为现有技术中控制并离网不间断切换的拓扑结构示意图，如图1所示，并网时闭环给定idref和iqref，离网运行时给定udref和uqref，并离网切换过程给定udgrid和uqgrid，由此可见，在实现并离网不间断切换的过程中，需要进行三次切换，使得切换过程较为复杂。另外，通过模块化pcs控制并离网不间断切换时，除了塔式pcs实现的功能以外，还要一直保持模块化pcs的功率单元始终保持并联运行，并联运行的各个模块始终要保持输出交流电的幅值和相位保持一致，因此，在并网转离网切换时，如图1所示，除了并网时闭环给定idref和iqref，离网运行时给定udref和uqref，并离网切换过程给定udgrid和uqgrid之外，还要在ud和uq处加入一个均流环节，使得控制难度特别大，因此实现技术较难。
技术实现要素：
本发明提供一种并离网不间断切换装置和方法，用以解决现有技术中通过塔式pcs进行并离网切换时，切换过程需要进行三次切换，使得切换过程较为复杂，以及通过模块化pcs控制并离网不间断切换时，实现技术较难的问题。
第一方面，本发明提供一种并离网不间断切换装置，包括：
电池；
切换模块，所述切换模块的第一端与电网连接，所述切换模块的第二端与负载连接；
n个功率控制模块，所述n个功率控制模块并联连接，且所述n个功率控制模块的第一端并联连接至所述电池，所述n个功率控制模块的第二端并联连接至所述切换模块的第三端；
所述切换模块用于根据接收到的控制指令控制并离网的切换，还用于检测所述电网的电压和电流以及所述负载的电压和电流，并根据所述电网的电压和电流以及所述负载的电压和电流确定下垂控制的角频率和幅值；
所述功率控制模块用于在并离网的切换时，根据所述角频率和所述幅值控制所述负载的功率维持在预设范围内。
可选地，所述切换模块包括第一控制开关、第二控制开关、第一自动开关和第二自动开关，其中，
所述第一控制开关的第一端与电网连接，所述第一控制开关的第二端与所述第一自动开关的第一端连接，所述第一自动开关的第二端分别与所述第二控制开关的第一端和所述第二自动开关的第一端连接；所述第二控制开关的第二端与负载连接；所述第二自动开关的第二端与n个功率控制模块的第二端并联连接。
可选地，所述n个功率控制模块分别包括直流转直流变换器dcdc和直流转交流变换器dcac，其中，
n个直流转直流变换器的第一端并联连接至所述电池，所述n个直流转直流变换器的第二端分别连接至n个直流转交流变换器的第一端；
所述n个直流转交流变换器的第二端并联连接至所述切换模块。
第二方面，本发明提供一种并离网不间断切换方法，所述方法应用于并离网不间断切换装置，所述装置包括电池、切换模块和n个功率控制模块，其中，所述切换模块的第一端与电网连接，所述切换模块的第二端与负载连接；所述n个功率控制模块并联连接，且所述n个功率控制模块的第一端并联连接至所述电池，所述n个功率控制模块的第二端并联连接至所述切换模块的第三端；所述方法包括：
所述切换模块根据接收到的控制指令控制并离网的切换，以及实时检测所述电网的电压和电流以及所述负载的电压和电流，并根据所述电网的电压和电流以及所述负载的电压和电流确定下垂控制的角频率和幅值；
所述n个功率控制模块在并离网切换时，根据所述角频率和所述幅值控制所述负载的功率维持在预设范围内。
可选地，所述切换模块包括第一控制开关、第二控制开关、第一自动开关和第二自动开关；
所述切换模块根据接收到的控制指令控制并离网的切换，包括：
若接收到的控制指令为并网运行指令，则控制所述第一控制开关和所述第二控制开关均闭合，以使所述电网和所述电池均为所述负载供电。
可选地，所述方法还包括：
若接收到的控制指令为离网运行指令，则控制所述第一控制开关断开，且控制所述第二控制开关闭合，以使所述电池为所述负载供电。
可选地，所述n个功率控制模块在并离网切换时，根据所述第一角频率和第一幅值控制所述负载的功率维持在预设范围内，包括：
所述n个功率控制模块分别根据公式
根据所述角频率ωk和所述幅值ek控制所述负载的功率维持在预设范围内。
本申请实施例提供的并离网不间断切换装置和方法，包括：电池；切换模块和n个功率控制模块，其中，切换模块用于根据接收到的控制指令控制并离网的切换，还用于检测电网的电压和电流以及负载的电压和电流，并根据电网的电压和电流以及负载的电压和电流确定角频率和幅值；功率控制模块用于在并离网的切换时，根据角频率和幅值控制负载的功率维持在预设范围内。由于通过功率模块在接收到控制指令后，直接控制并离网进行切换，从而避免了现有技术中，通过塔式pcs进行并离网切换时，切换过程需要进行三次切换的现象，简化了切换过程的复杂度，而且避免了通过模块化pcs控制并离网不间断切换时，实现技术较难的问题。
附图说明
图1为本发明并离网不间断切换装置实施例一的结构示意图；
图2a为并离网不间断切换装置中电流的一流向示意图；
图2b为并离网不间断切换装置中电流的另一流向示意图；
图2c为并离网不间断切换装置中电流的又一流向示意图；
图2d为并离网不间断切换装置中电流的又一流向示意图；
图2e为并离网不间断切换装置中电流的又一流向示意图；
图2f为并离网不间断切换装置中电流的又一流向示意图；
图2g为并离网不间断切换装置中电流的又一流向示意图；
图3为功率控制模块的拓扑结构示意图；
图4为本发明实施例提供的并离网不间断切换方法实施例一的流程示意图；
图5为本发明实施例提供的并离网不间断切换方法实施例二的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和/或“第四”等(如果存在)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，例如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，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
为了解决现有技术中，通过塔式pcs进行并离网切换时，切换过程需要进行三次切换，使得切换过程较为复杂，以及通过模块化pcs控制并离网不间断切换时，实现技术较难的问题。
本发明实施例提供的并离网不间断切换装置及其方法应用于微电网中，在实际应用中，在并离网进行切换时，通常需要考虑以下几个问题：(1)当电网发生故障时，微网系统主控制器要迅速检测，并立刻切换到v/f模式，为微网系统提供稳定的电压和频率；(2)在切换过程中要始终保持相位的连续性，避免相位突变；(3)切换过程始终保持交流母线电压幅值的连续性，避免切换过程中电流冲击而引起电压超调或系统震荡。为了满足上述几个要求，本申请实施例中提出基于有功和无功调节的切换方式，在整个并离网切换过程中，不需要不断的改变闭环给定量，因而简化了控制框架，实现并离网的平滑不间断切换的模块化pcs。
下面以具体地实施例对本申请的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
图1为本发明并离网不间断切换装置实施例一的结构示意图。参考图1，本发明提供的并离网不间断切换装置，包括：电池11、n个功率控制模块12和切换模块13。
其中，切换模块13的第一端与电网14连接，切换模块13的第二端与负载15连接；n个功率控制模块12并联连接，且n个功率控制模块12的第一端并联连接至电池11，n个功率控制模块12的第二端并联连接至切换模块13的第三端；切换模块13用于根据接收到的控制指令控制并离网的切换，还用于检测电网14的电压和电流以及负载15的电压和电流，并根据电网14的电压和电流以及负载15的电压和电流确定角频率和幅值；功率控制模块12用于在并离网的切换时，根据角频率和幅值控制负载15的功率维持在预设范围内。
本发明提供的并离网不间断切换装置中，切换模块13可以根据接收到的控制指令控制并离网的切换，例如若接收到的控制指令为并网运行指令时，则将控制电网14和电池11同时为负载15供电，若接收到的控制指令为离网运行指令时，则将控制电网14与负载15之间的线路处于断开状态，只有电池11为负载15供电。另外，当发生并离网切换时，加载在负载15上的功率可能会发生变化，针对这一问题，本发明中切换模块还需要检测电网14的电压和电流以及负载15的电压和电流，并根据电网14的电压和电流以及负载15的电压和电流确定角频率和幅值，并将该角频率和幅值发送给各功率控制模块12，各功率控制模块12分别计算出有功功率和无功功率，并根据计算出的有功功率和无功功率控制负载的功率维持在预设范围内。
本申请实施例提供的并离网不间断切换装置，包括：电池；切换模块和n个功率控制模块，其中，切换模块用于根据接收到的控制指令控制并离网的切换，还用于检测电网的电压和电流以及负载的电压和电流，并根据电网的电压和电流以及负载的电压和电流确定角频率和幅值；功率控制模块用于在并离网的切换时，根据角频率和幅值控制负载的功率维持在预设范围内。由于通过功率模块在接收到控制指令后，直接控制并离网进行切换，从而避免了现有技术中，通过塔式pcs进行并离网切换时，切换过程需要进行三次切换的现象，简化了切换过程的复杂度，而且避免了通过模块化pcs控制并离网不间断切换时，实现技术较难的问题。
所述切换模块包括第一控制开关、第二控制开关、第一自动开关和第二自动开关，其中，第一控制开关的第一端与电网连接，第一控制开关的第二端与第一自动开关的第一端连接，第一自动开关的第二端分别与第二控制开关的第一端和第二自动开关的第一端连接；第二控制开关的第二端与负载连接；第二自动开关的第二端与n个功率控制模块的第二端并联连接。
n个功率控制模块12分别包括直流转直流变换器dcdc和直流转交流变换器dcac，其中，n个直流转直流变换器的第一端并联连接至电池11，n个直流转直流变换器的第二端分别连接至n个直流转交流变换器的第一端；n个直流转交流变换器的第二端并联连接至切换模块13。
下面，在上述实施例的基础上，对并离网不间断切换装置的运行模式进行分析。
图2a为并离网不间断切换装置中电流的一流向示意图，如图2a所示，当切换模块接收控制pcs不工作的控制指令时，将控制第一控制开关闭合，控制第二控制开关断开，此时，电网将通过第一控制开关给负载供电。
图2b为并离网不间断切换装置中电流的另一流向示意图，如图2b所示，当电网的质量不符合要求时，即电网的电压小于第一预设电压，或者大于第二预设电压时，控制器将向切换模块发送离网工作的控制指令，切换模块接收到该控制指令后，会控制第一控制开关断开，第二控制开关闭合，此时，电池将通过开关q，dcdc和dcac以及第二控制开关给负载供电。
图2c为并离网不间断切换装置中电流的又一流向示意图，如图2c所示，当负载不需要供电，电池释放功率需要向电网供电时，切换模块将会控制第一控制开关和第二控制开关均闭合，此时，电池将通过开关q，dcdc和dcac、第二控制开关以及第一控制开关给负载供电。
图2d为并离网不间断切换装置中电流的又一流向示意图，如图2d所示，当负载需要供电，且电网的质量在正常范围内，但是电网的功率不足时，此时，电网需要扩容，则控制器将向切换模块下发并网运行的控制指令，切换模块接收到该控制指令后，会控制第一控制开关闭合，且第二控制开关也闭合，则将电网将通过第一控制开关给负载供电，电池将通过开关q，dcdc、dcac以及第二控制开关给负载供电。
图2e为并离网不间断切换装置中电流的又一流向示意图，如图2e所示，当负载需要供电，且电池释放功率需要向电网供电时，切换模块将控制第一控制开关和第二控制开关均闭合，电池将通过开关q，dcdc、dcac以及第二控制开关给负载供电，同时也通过第一控制开关向电网输送功率。
图2f为并离网不间断切换装置中电流的又一流向示意图，如图2f所示，当负载需要供电，电网质量满足要求，且电网的功率也满足要求时，电网既要给负载供电，也要给电池充电，此时，切换模块将控制第一控制开关和第二控制开关均闭合，电网将通过第一控制开关给负载供电，同时通过第二控制开关、dcac、dcdc以及开关q给电池充电。
图2g为并离网不间断切换装置中电流的又一流向示意图，如图2g所示，当负载不需要供电，电网需要向电池充电时，切换模块将控制第一控制开关和第二控制开关均闭合，电网将通过第一控制开关、第二控制开关、dcac、dcdc以及开关q给电池充电。
本发明实施例提供的并离网不间断切换装置，能够用于微电网的模块化的并离网不间断切换储能双向变流器pcs，并且可靠性高易于扩容，能够通过快速切换实现并离网不间断切换。
另外，在进行并离网不间断切换时，采用基于有功和无功调节的切换方式，通过实时检测电网及负载的电压电流功率信息，时刻调整下垂控制的负载和相角给定，确保在切换发生时能够平滑稳定的实现并离网切换过程。
另外，基于有功和无功调节的切换方式，具体来说就是，在模块间并联用下垂控制，通过调整有功和无功功率实现各个pcs中各个功率模块的并联。在并网时也是通过调整有功和无功功率实现pcs各个功率模块并网，这样，就会使整个过程没有出现切换。
可选地，图3为功率控制模块的拓扑结构示意图，如图3所示，基于有功和无功调节的切换方式的实现公式如下：
图4为本发明实施例提供的并离网不间断切换方法实施例一的流程示意图，如图1所示，该方法应用于并离网不间断切换装置中，该装置包括电池、切换模块和n个功率控制模块，其中，切换模块的第一端与电网连接，切换模块的第二端与负载连接；n个功率控制模块并联连接，且n个功率控制模块的第一端并联连接至电池，n个功率控制模块的第二端并联连接至切换模块的第三端。
如图4所示，该方法包括：
步骤401、切换模块根据接收到的控制指令控制并离网的切换，以及实时检测所述电网的电压和电流以及所述负载的电压和电流，并根据所述电网的电压和电流以及所述负载的电压和电流确定下垂控制的角频率和幅值。
在本实施例中，切换模块在接收到控制器下发的控制指令之后，将根据该控制指令控制并离网的切换。另外，为了确保切换过程平滑及稳定，切换模块中的互感器还需要实时检测电网的电压和电流以及负载的电压和电流，检测出来后，切换模块中的处理器将根据电网的电压和电流以及负载的电压和电流确定下垂控制的角频率和幅值。其中，处理器例如可以为数字信号处理器(digitalsignalprocessing；dsp)，也可以为其他具体处理功能的芯片，本实施例中对处理器的具体形式不作限制。
步骤402、n个功率控制模块在并离网切换时，根据所述角频率和所述幅值控制所述负载的功率维持在预设范围内。
在本实施例中，切换模块在确定出下垂控制的角频率和幅值之后，将计算每个功率控制模块的角频率和幅值，以进行有功和无功调节，从而保证切换时能够平滑且稳定的进行。
另外，本发明中基于有功和无功调节的切换方式，具体来说就是，在模块间并联用下垂控制，通过调整有功和无功功率实现各个pcs中各个功率模块的并联，在并网时也是通过调整有功和无功功率实现pcs各个功率模块并网。
本发明实施例提供的并离网不间断切换方法，切换模块根据接收到的控制指令控制并离网的切换，以及实时检测电网的电压和电流以及负载的电压和电流，并根据电网的电压和电流以及负载的电压和电流确定下垂控制的角频率和幅值；n个功率控制模块在并离网切换时，根据角频率和幅值控制负载的功率维持在预设范围内。由于通过功率模块在接收到控制指令后，直接控制并离网进行切换，从而避免了现有技术中，通过塔式pcs进行并离网切换时，切换过程需要进行三次切换的现象，简化了切换过程的复杂度，而且避免了通过模块化pcs控制并离网不间断切换时，实现技术较难的问题。而且功率控制模块在并离网切换时，将控制负载的功率维持在预设范围内，从而可以实现并离网平滑稳定的切换。
可选地，在上述实施例的基础上，切换模块包括第一控制开关、第二控制开关、第一自动开关和第二自动开关；
则切换模块根据接收到的控制指令控制并离网的切换，包括：若接收到的控制指令为并网运行指令，则控制第一控制开关和第二控制开关均闭合，以使电网和电池均为负载供电。
具体地，当负载需要供电，且电网的质量在正常范围内，但是电网的功率不足时，此时，电网需要扩容，则控制器将向切换模块下发并网运行的控制指令，切换模块接收到该控制指令后，会控制第一控制开关闭合，且第二控制开关也闭合，则电网将通过第一控制开关给负载供电，电池将通过开关q，dcdc、dcac以及第二控制开关给负载供电。
需要进行说明的是，电网的质量在正常范围内为电网的电压和电流在预设的范围内，如电网的电压在200v到240v等，电网的电流在1.5a到3a等。
可选地，若接收到的控制指令为离网运行指令，则控制第一控制开关断开，且控制第二控制开关闭合，以使电池为负载供电。
具体地，当电网发生故障或者电网的质量不满足要求时，控制器将向切换模块下发离网运行指令，切换模块在接收到该离网运行指令后，会控制第一控制开关断开，且控制第二控制开关闭合，以使电池为负载供电。
本实施例提供的并离网不间断切换方法，根据不同的控制指令，将可以实现并离网的切换，由此可以避免现有技术中，通过塔式pcs进行并离网切换时，切换过程需要进行三次切换的现象，简化了切换过程的复杂度，而且避免了通过模块化pcs控制并离网不间断切换时，实现技术较难的问题。
图5为本发明实施例提供的并离网不间断切换方法实施例二的流程示意图，如图5所示，在图4所示实施例的基础上，步骤402包括：
步骤501、n个功率控制模块分别根据公式
其中，ω*为下垂控制的角频率，e*为下垂控制的幅值，pn为有功功率，qn为无功功率，kpω、kpe、kqω和kqe均为系数。参考图4所示，通过实时检测电网的电压和负载的电流，确定ωk和ek。
步骤502、根据角频率ωk和幅值ek控制负载的功率维持在预设范围内。
在本实施例中，在确定出角频率ωk和幅值ek后，将根据角频率ωk和幅值ek控制负载的功率维持在预设范围内。
本实施例提供的并离网不间断切换方法，通过有功和无功调节的切换方式，可以避免现有技术中，通过塔式pcs进行并离网切换时，切换过程需要进行三次切换的现象，简化了切换过程的复杂度，而且避免了通过模块化pcs控制并离网不间断切换时，实现技术较难的问题。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。