本发明涉及微电网运行方式控制技术领域，特别是一种基于时序控制的微电网运行方式无缝切换控制装置和方法。
背景技术：
微电网内部采用电力电子技术实现分布式电源的接入，采用一套完整的能量管理系统平台，实现微电网内各元件的保护、测量、控制，以实现微电网的安全、稳定、经济运行。
正常情况下微电网并网点与配电网连接，称为并网运行方式。当电网故障或电能质量不满足要求时，微电网并网点与电网断开而独立运行，称为离网运行方式。为减少切换过程中的冲击，两者之间的切换必须平滑快速。切换的理想状态为并网点开关分(合)完成的瞬间，储能控制模式切换完成。
目前，我国微电网处于起步阶段，国内的微电网工程多为示范性工程，用以研究解决微电网实际运行过程中存在的问题。为保证微电网的安全、稳定运行，提高供电可靠性，微电网运行方式的无缝切换一直是研究的热点，但仍尚处于研究探索阶段。
名词解释
PQ：PQ控制应用于并网运行方式下的储能变流器的控制，这种控制方式下，储能变流器被控制为一个恒定的功率输出，且其无功和有功是可控的。
V/f：V/f控制应用于离网运行方式下，这种控制方式下，储能变流器被控制为电压和频率满足微电网中负荷的需求。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种基于时序控制的微电网运行方式无缝切换控制装置和方法，能够减少微电网运行方式切换过程中对大电网的冲击，实现不断电无缝切换。
微电网运行方式包括并网方式和离网方式，并网方式下并网点开关位于合位，微电网储能控制模式为PQ，离网方式下并网点开关位于分位，微电网储能控制模式为V/f。
本发明的技术方案如下：
一种微电网运行方式无缝切换控制装置，包括并网点信号采集模块、电网异常判别模块、开关量输出模块、切换控制模块，以及用于接收外部切换命令的网络接口；
并网点信号采集模块采集并网点所在线路上的模拟量和并网点开关的开关状态信号；
开关量输出模块包括用于输出并网点开关分合状态切换命令的第一开关量输出节点，以及用于输出储能控制模式切换命令的第二开关量输出节点；
电网异常判别模块根据并网点信号采集模块采集到的信号，判断微电网接入的外部电网是否发生异常；
切换控制模块根据电网异常判别模块的异常判别结果，以及接收到的外部切换命令，通过开关量输出模块中的第一开关量输出节点向既有并网点开关控制电路发送并网点开关分合状态切换命令，同时通过第二开关量输出节点向储能变流器发送储能控制模式切换命令，从而控制微电网在并网运行方式与离网运行方式之间进行切换。
本发明微电网运行方式无缝切换控制装置中，电网异常判别模块与切换控制模块可合并采用现有的微控制器CPU实现。并网点信号采集模块采集的模拟量即并网点电压和电流，开关量即并网点开关状态。
现有技术中，并网点开关节点的分合切换由并网点开关控制电路实现，微电网储能控制模式的切换由储能变流器实现，储能变流器具备开入接口，用于接收储能控制模式切换的开出信号。本发明通过设置并网点分合状态切换开关量输出节点和储能控制模式切换开关量输出节点，实现切换指令的开关量输出，从而使得并网点开关控制电路和储能变流器在接收到相应的开关量输出时。改变并网点开关的分合状态，以及改变储能控制模式。
优选的，当网络接口接收到外部切换命令时，切换控制模块根据外部切换命令，通过第一开关量输出节点和第二开关量输出节点，切换并网点开关分合状态，以及储能控制模式。外部切换命令包括并网转离网以及离网转并网命令，切换控制模块根据具体外部切换命令进行运行方式切换控制。
优选的，当电网异常判别结果为发生异常，则切换控制模块通过第一开关量输出节点和第二开关量输出节点，切换并网点开关分合状态以及储能控制模式，使得微电网从并网运行方式切换为离网运行方式。
优选的，所述第一开关量输出节点为继电器的辅助触点，其接入并网点开关控制电路中，第一开关量输出节点的通断状态变化，使得并网点开关控制电路控制并网点开关的分合状态变化。具体实施时的控制电路设计为现有技术。
优选的，所述第一开关量输出接点和第二开关量输出接点分别包含两个硬接点；第一开关量输出节点的两个硬接点接入并网点开关控制回路，分别用于驱动并网点开关的分断和闭合；第二开关量输出节点的两个硬接点与储能变流器的开入接口之间设有驱动电路，第二开关量输出节点的两个硬接点的导通，分别使得驱动电路向储能变流器输出开关量驱动信号，使得储能控制模式在V/f和PQ之间切换。所述驱动电路包括电源，具体实施时可设置为：当对应PQ模式的硬接点导通时，电源接通对应的开入接口，相应的开入置1，另一开入为0，控制当前储能控制模式为PQ模式，当对应V/f模式的硬接点导通时，电源接通对应的开入接口，相应的开入置1，另一开入置0，控制当前储能控制模式切换为V/f模式。具体电路可采用现有技术。
优选的，并网点信号采集模块、电网异常判别模块、切换控制模块以及网络接口位于同一电路板上，组成采集控制单元，开关量输出模块为独立设置的插件，切换控制模块与开关量输出模块之间通过CAN总线通信。即当开关量输出节点采用继电器辅助触点时，相应的继电器及触点设置于插件中。本发明将用以并网点开关分合状态切换驱动的第一开关量输出节点，和用于储能控制模式切换驱动的第二开关量输出节点，设置在同一块DO插件上，可保证切换控制模块CPU与DO插件之间通讯延时的固定。
由于经研究发现：并网点开关完成分/合闸操作所需时间大于储能模式切换完成所需时间，故本发明通过在发出并网点开关分/合命令与发出储能模式切换命令之间设置延时时间间隔，追求并网点开关切换与储能模式切换的同时完成，从而使得微电网的并网和离网切换平滑迅速。
本发明还公开一种基于前述微电网运行方式无缝切换控制装置的微电网运行方式无缝切换控制方法，包括：
S1，采集并网点的模拟量和开关量；
S2，根据采集的模拟量和开关量判断微电网所接入的外部电网是否发生异常；并在外部电网发生异常时，执行微电网非计划性离网控制操作；
S3，获取外部微电网计划性运行方式切换命令，根据获取的命令执行微电网计划性离网或并网控制操作；
执行微电网计划性或非计划性离网控制操作时：切换控制模块以预设的延时时间间隔Δt1先后向开关量输出模块传输分并网点开关命令和切换储能控制模式为V/f命令；
执行微电网计划性并网控制操作时：切换控制模块以预设的延时间隔Δt2先后向开关量输出模块传输合并网点开关命令和切换储能控制模式为PQ命令。
本发明延时时间间隔Δt1和Δt2可根据实际并网点开关开合状态切换所需时间与储能模式切换所需时间之间的差值进行设置。
所述并网点的模拟量，即并网点的电流和电压，并网点的开关量即并网点开关的分合状态量。
有益效果
本发明通过在微电网运行方式切换过程中，设置CPU输出并网点开关切换命令与储能模式切换命令之间的延时时间配合，实现两付开关量输出节点导通的时序配合，达到并网点开关分(合)瞬间，储能控制模式刚好切换完成的目的，以减少微电网运行方式切换过程中对大电网的冲击，实现不断电无缝切换。
同时，本发明通过微机装置即微电网运行方式无缝切换控制装置实现时序配合控制，微机装置的模块设计使其具有较高的实时性，可在微电网运行方式切换时，实现时序为ms级的控制，误差可达到小于1ms的水平。
附图说明
图1为基于微机装置时序控制实现微电网运行方式无缝模式切换的原理示意图；
图2为微机装置离网命令间隔时间定值整定原则示意图；
图3为微机装置并网命令间隔时间定值整定原则示意图；
图1中：1-微机装置；2-并网点开关；3-储能变流器；
图2中：t1-微机装置CPU分并网点开关命令发生时刻；t2-微机装置CPU切换储能控制模式为V/f命令发生时刻；t3-微机装置分并网点开关硬节点导通时刻；t4-微机装置切换储能控制模式为V/f硬节点导通时刻；t5/t6-微电网运行方式切换完成时刻；
图3中：t1-微机装置CPU合并网点开关命令发生时刻；t2-微机装置CPU切换储能控制模式为PQ命令发生时刻；t3-微机装置合并网点开关硬节点导通时刻；t4-微机装置切换储能控制模式为PQ硬节点导通时刻；t5/t6-微电网运行方式切换完成时刻。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例进一步描述。
现有技术中，并网点开关节点的分合切换由并网点开关控制电路实现，微电网储能控制模式的切换由储能变流器实现，储能变流器具备开入接口，两付开入节点用于接收储能控制模式切换的开出指令。
本发明通过设置并网点分合状态切换开关量输出节点和储能控制模式切换开关量输出节点，实现切换指令的开关量输出，从而使得并网点开关控制电路和储能变流器在接收到相应的开关量输出时。改变并网点开关的分合状态，以及改变储能控制模式。
由于并网点开关完成分/合闸操作所需时间大于储能模式切换完成所需时间，因此本发明在控制微电网运行模式切换时，通过在控制并网点分合状态切换开关量输出节点导通，与控制储能控制模式切换开关量输出节点导通时，设置延时时间间隔，实现时序配合控制，使得并网点开关切换与储能模式切换的同时完成，微电网的并网和离网切换平滑迅速。
实施例1
参考图1，本实施例为一种微电网运行方式无缝切换控制装置，即图1中的微机装置1，其包括并网点信号采集模块、电网异常判别模块、开关量输出模块、切换控制模块，以及用于接收外部切换命令的网络接口；
并网点信号采集模块采集并网点所在线路上的模拟量和并网点开关的开关状态信号；
开关量输出模块包括用于输出并网点开关分合状态切换命令的第一开关量输出节点，以及用于输出储能控制模式切换命令的第二开关量输出节点；
电网异常判别模块根据并网点信号采集模块采集到的信号，判断微电网接入的外部电网是否发生异常；
切换控制模块根据电网异常判别模块的异常判别结果，以及接收到的外部切换命令，通过开关量输出模块中的第一开关量输出节点向既有并网点开关控制电路发送并网点开关分合状态切换命令，同时通过第二开关量输出节点向储能变流器发送储能控制模式切换命令，从而控制微电网在并网运行方式与离网运行方式之间进行切换。
本实施例中，当网络接口接收到外部切换命令时，切换控制模块根据外部切换命令，通过第一开关量输出节点和第二开关量输出节点，切换并网点开关分合状态，以及储能控制模式。外部切换命令包括并网转离网以及离网转并网。
当电网异常判别结果为发生异常，则切换控制模块通过第一开关量输出节点和第二开关量输出节点，切换并网点开关分合状态以及储能控制模式，使得微电网从并网运行方式切换为离网运行方式。
本实施例中，第一开关量输出节点可为继电器的辅助触点，其接入并网点开关控制电路中，第一开关量输出节点的通断状态变化，使得并网点开关控制电路控制并网点开关的分合状态变化。具体实施时的控制电路设计为现有技术。
微机装置中，电网异常判别模块与切换控制模块可合并采用现有的微控制器CPU实现。
并网点信号采集模块、电网异常判别模块、切换控制模块以及网络接口位于同一电路板上，组成采集控制单元，开关量输出模块为独立设置的插件，切换控制模块与开关量输出模块之间通过CAN总线通信。即当开关量输出节点采用继电器辅助触点时，相应的继电器及触点设置于插件中。本发明将用以并网点开关分合状态切换驱动的第一开关量输出节点，和用于储能控制模式切换驱动的第二开关量输出节点，设置在同一块DO插件上，可保证切换控制模块CPU与DO插件之间通讯延时的固定。
实施例2
参考图2和图3，本实施例为一种基于实施例1所述微电网运行方式无缝切换控制装置的微电网运行方式无缝切换控制方法，包括：
S1，采集并网点的模拟量和开关量；
S2，根据采集的模拟量和开关量判断微电网所接入的外部电网是否发生异常；并在外部电网发生异常时，执行微电网非计划性离网控制操作；
S3，获取外部微电网计划性运行方式切换命令，根据获取的命令执行微电网计划性离网或并网控制操作；
执行微电网计划性或非计划性离网控制操作时：切换控制模块以预设的延时时间间隔Δt1先后向开关量输出模块传输分并网点开关命令和切换储能控制模式为V/f命令；
执行微电网计划性并网控制操作时：切换控制模块以预设的延时间隔Δt2先后向开关量输出模块传输合并网点开关命令和切换储能控制模式为PQ命令。
本发明延时时间间隔Δt1和Δt2可根据实际并网点开关开合状态切换所需时间与储能模式切换所需时间之间的差值进行设置。
本发明通过在微电网运行方式切换过程中，设置CPU输出并网点开关切换命令与储能模式切换命令之间的延时时间配合，实现两付开关量输出节点导通的时序配合，达到并网点开关分(合)瞬间，储能控制模式刚好切换完成的目的，以减少微电网运行方式切换过程中对大电网的冲击，实现不断电无缝切换。
同时，本发明通过微机装置即微电网运行方式无缝切换控制装置实现时序配合控制，微机装置的模块设计使其具有较高的实时性，可在微电网运行方式切换时，实现时序为ms级的控制，误差可达到小于1ms的水平。
实施例3
本实施例中，参考图1所示，所述第一开关量输出接点和第二开关量输出接点分别包含两个硬接点；第一开关量输出节点的两个硬接点接入并网点开关控制回路，分别用于驱动并网点开关的分断和闭合；第二开关量输出节点的两个硬接点与储能变流器的开入接口之间设有驱动电路，第二开关量输出节点的两个硬接点的导通，分别使得驱动电路向储能变流器输出开关量驱动信号，使得储能控制模式在V/f和PQ之间切换。所述驱动电路包括电源，具体实施时可设置为：当对应PQ模式的硬接点导通时，电源接通对应的开入接口，相应的开入置1，另一开入为0，控制当前储能控制模式为PQ模式，当对应V/f模式的硬接点导通时，电源接通对应的开入接口，相应的开入置1，另一开入置0，控制当前储能控制模式切换为V/f模式。
工程现场需根据实际并网点开关分、合闸时间，储能变流器控制模式切换完成时间，按照图2、图3原则整定离网命令间隔时间定值、并网命令间隔时间定值。
微电网并网运行切换至离网运行，分两种：计划性离网、非计划性离网。
计划性离网时，微机装置接收能量管理下发的离网命令，按照装置设定的离网命令间隔时间定值Δt1，依次导通分并网点开关硬接点和切换储能控制模式为V/f硬节点。
非计划性离网时，微机装置识别外部电网异常，分并网点开关(保护跳闸)硬节点导通后，间隔时间Δt1、切换储能控制模式为V/f硬节点导通。
由于CPU命令至DO插件延时固定，故两付硬节点导通时间间隔为Δt1。
由于并网点开关完成分闸操作所需时间大于储能模式切换完成所需时间，故分并网点开关节点先导通，可使得并网点开关状态的切换与储能模式的切换同时完成。
微电网离网运行切换至并网运行时，能量管理系统下发并网命令。微机装置按照预先设定的离网命令间隔时间定值Δt2，依次导通合并网点开关硬接点和切换储能控制模式为PQ硬节点。
由于CPU命令至DO插件延时固定，故两付硬节点导通时间间隔为Δt2。
由于并网点开关完成合闸操作所需时间大于储能模式切换完成所需时间，故合并网点开关节点先导通，可使得并网点开关状态的切换与储能模式的切换同时完成。
基于并网点采集到的模拟量和开光量，进行外部电网异常的判别为现有技术。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。