一种多机并联的并离网无缝切换系统及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力系统领域，尤其是涉及一种多机并联的并离网无缝切换系统及其方法。
【背景技术】
[0002]目前，在微电网、电动汽车充换电站、大规模储能电站应用领域中，为保证并离网切换成功，一般采用两个硬节点信号4种组合方式来实现，由于中间存在装置闭锁PffM脉冲，在切换等待过程中会出现短时等待PCC点断开或者闭合的过程，所以无法实现真正意义上的无缝切换，会导致重要负载的短时停电现象，导致重要负荷无法正常工作，如果系统中存在柴油发电机，会导致柴油发电机短时过载，严重影响柴发的使用寿命；其次，在多机设备并联运行时，一般采用一台离网运行，其他采用并网运行，当负荷大于单台装置容量时，此时并离网切换会导致装置过载，切换失败。
【发明内容】
[0003]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种多机并联的并离网无缝切换系统及其方法。
[0004]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0005]—种多机并联的并离网无缝切换系统，包括底层设备、间隔设备和站控设备，所述的底层设备包括PCS控制柜、风力发电机、光伏发电机、模式切换控制器和负荷控制器，所述的间隔设备为MGCC微电网集中控制器，所述的PCS控制柜、风力发电机、光伏发电机、模式切换控制器和负荷控制器分别通过CAN网络相互通信，并且分别通过GOOSE网络与MGCC微电网集中控制器通信，所述的MGCC微电网集中控制器通过GOOSE网络与站控设备通信。
[0006]所述的站控设备包括监控PC、数据服务器、打印机和GPS校时装置，所述的监控PC分别与MGCC微电网集中控制器、数据服务器、打印机和GPS校时装置连接。
[0007]所述的GOOSE网络为实时以太网。
[0008]所述的CAN网络采用同步光纤进行信息交互，用以相位同步。
[0009]—种多机并联的并离网无缝切换方法，该方法包括并-离网切换子方法和离-并网切换子方法。
[0010]所述的并-离网切换子方法包括以下步骤:
[0011]11)获取多机并联的微电网PCC点处的开关闭合时间；
[0012]12)MGCC微电网集中控制器在接收站控设备发出的离网指令后通过GOOSE网络下发离网预制广播命令；
[0013]13) PCS控制柜接收到离网预制广播命令，并使接收到离网预制广播命令所耗费的时间与微电网PCC点处的开关闭合时间相等；
[0014]14) PCS控制柜通过CAN网络发出同步信号至各底层设备；
[0015]15)底层设备检测到同步信号并且开始转离网运行。
[0016]所述的离-并网切换子方法包括以下步骤:
[0017]21)获取多机并联的微电网PCC点处的开关断开时间；
[0018]22)MGCC微电网集中控制器在接收站控设备发出的并网指令后通过GOOSE网下发离网同期指令、PCC点系统侧的电压幅值和频率信息到PCS控制柜；
[0019]23)PCS控制柜接收到指令后，调整同步信号，底层设备自动跟踪PCC点系统侧的电压幅值和频率信息；
[0020]24)当离网同期指令满足离网要求时，MGCC微电网集中控制器下发转并网指令广播命令，使PCS控制柜接收到并网指令广播命令所耗费的时间与微电网PCC点处的开关断开时间相等，底层各设备接收到指令后转并网运行。
[0021]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0022]—、无缝并离网切换，本发明通过控制PCS控制柜接收离并网广播指令的时间与微电网PCC点处的开关开闭时间相等，来实现多机并联的并离网切换。
[0023]二、同步切换:本发明采用GOOSE网络和高速CAN网络通信，其中GOOSE网络为百兆带宽以太网，高速CAN网络采用同步光纤在底层设备间进行通信，微电网PCC点处的开关动作时间约为lus，保证了信息中传递的实时性。
【附图说明】
[0024]图1为实施例中多机并联同步交互示意图。
[0025]图2为实施例多机并联均流控制框图。
[0026]图3为实施例多机并离网切换逻辑图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0028]实施例:
[0029]如图1所示，图为多机并联同步交互示意图，整个多机并联的并离网无缝切换系统分为三层网络架构，底层设备包括:PCS机柜及电池、风力发电机、光伏发电机、用电负荷、保护单元、MC、LC(其中MC模式切换控制器和LC负荷控制器可以放到间隔层MGCC来实现)，间隔设备主要是MGCC微电网集中控制器，间隔设备与底层设备采用双网通讯，第一网络主要传输PCS的遥测及遥信、BMS信息等非实时性的数据，这类数据要求响应时间比较慢，通讯规约为IEC61850，第二网络主要传输遥控、遥调及一些参与系统控制的部分遥信及遥测信息等实时量，由于要求响应时间比较快，该部分信息较少，采用GOOSE协议。MGCC微电网集中控制器接收站控设备下发切换指令，通过GOOSE广播命令下发至各底层设备，各底层设备接收到指令后进行切换的执行。
[0030]PCS机柜通过CAN总线与各底层设备进行连接，传输实时的有功、无功功率及此时本机并机准备指令，任一控制器接受到功率信息时，根据此时总线上有效的PCS个数，进行平均功率计算，同时PCS机柜接受到上层监控下发的启、停、复位指令对从机进行相关控制。从PCS机柜上发本机的故障信息，当某一底层设备处于故障时，上送故障状态至其他装置，同时将PCS机柜并机准备指令置为无效状态，其他装置根据准备命令的个数，来进行平均功率的计算。同步信号产生:同步信号是由PCS机柜根据控制中断计数产生，PCS机柜与其他底层设备接收同步信号一致，底层设备接收到同步信号时，底层控制器判断同步信号跳变沿，通过硬件中断触发底层控制器，底层控制器接收硬件中断后，进行离网的过零锁相，完成同步过程。
[0031]图2中Pi为系统有功功率，Qi为系统无功功率，Pave为计算系统有功功率给定值，Qave为计算系统无功给定值，阻抗为纯感性时，逆变器输出电压d轴分量差异引起无功不均衡，q轴差异造成有功输出环流。为了实现逆变器输出功率的均衡，可在逆变器电压控制外加入功率均衡的PI控制，以抑制逆变器之间的环流。由于需检测系统输出有功和无功功率，因此加入了一个20ms的延时，其调节速度较慢，然而均流效果较好，稳定性高，具有较强的抗扰动性。
[0032]如图3所示，图中并网转离网逻辑流程为:底层设备并网运行，MGCC下发离网预制广播命令，底层主机接收到离网预制命令后判断同步信号过零点，当检测到过零点时转离网运行，同时发同步信号至各底层从机设备，从机设备检测到同步信号跳变沿时，转离网运行。离网转并网逻辑流程为:MGCC下发离网同期指令，并通过GOOSE网下发PCC点系统侧的电压幅值、频率信息，主机接收到指令后，调整同步信号，主从机自动跟踪PCC点系统侧电压信息，MGCC判断离网同期满足要求，下发转并网指令广播命令，底层各设备接收到指令后转并网运行，完成整个切换流程。切换过程中，不存在闭锁PWM脉冲，只是控制模式切换，只需一个中断时间(和控制频率有关)，并且同步信号是通过光纤进行传输，硬件上延时约lus，采用以上方式可以达到真正意义上的无缝切换。
【主权项】
1.一种多机并联的并离网无缝切换系统，其特征在于，包括底层设备、间隔设备和站控设备，所述的底层设备包括PCS控制柜、风力发电机、光伏发电机、模式切换控制器和负荷控制器，所述的间隔设备为MGCC微电网集中控制器，所述的PCS控制柜、风力发电机、光伏发电机、模式切换控制器和负荷控制器分别通过CAN网络相互通信，并且分别通过GOOSE网络与MGCC微电网集中控制器通信，所述的MGCC微电网集中控制器通过GOOSE网络与站控设备通信。2.根据权利要求1所述的一种多机并联的并离网无缝切换系统，其特征在于，所述的站控设备包括监控PC、数据服务器、打印机和GPS校时装置，所述的监控PC分别与MGCC微电网集中控制器、数据服务器、打印机和GPS校时装置连接。3.根据权利要求1所述的一种多机并联的并离网无缝切换系统，其特征在于，所述的GOOSE网络为实时以太网。4.根据权利要求1所述的一种多机并联的并离网无缝切换系统，其特征在于，所述的CAN网络采用同步光纤进行信息交互，用以相位同步。5.一种应用如权利要求1-4任一项所述的多机并联的并离网无缝切换系统的切换方法，其特征在于，该方法包括并-离网切换子方法和离-并网切换子方法。6.根据权利要求5所述的切换方法，其特征在于，所述的并-离网切换子方法包括以下步骤: 11)获取多机并联的微电网PCC点处的开关闭合时间； 12)MGCC微电网集中控制器在接收站控设备发出的离网指令后通过GOOSE网络下发离网预制广播命令； 13)PCS控制柜接收到离网预制广播命令，并使接收到离网预制广播命令所耗费的时间与微电网PCC点处的开关闭合时间相等； 14)PCS控制柜通过CAN网络发出同步信号至各底层设备； 15)底层设备检测到同步信号并且开始转离网运行。7.根据权利要求5所述的一种切换方法，其特征在于，所述的离-并网切换子方法包括以下步骤: 21)获取多机并联的微电网PCC点处的开关断开时间； 22)MGCC微电网集中控制器在接收站控设备发出的并网指令后通过GOOSE网下发离网同期指令、PCC点系统侧的电压幅值和频率信息到PCS控制柜； 23)PCS控制柜接收到指令后，调整同步信号，底层设备自动跟踪PCC点系统侧的电压幅值和频率息； 24)当离网同期指令满足离网要求时，MGCC微电网集中控制器下发转并网指令广播命令，使PCS控制柜接收到并网指令广播命令所耗费的时间与微电网PCC点处的开关断开时间相等，底层各设备接收到指令后转并网运行。
【专利摘要】本发明涉及一种多机并联的并离网无缝切换系统及其方法，包括以下步骤：1)底层设备并网运行；2)MGCC下发离网预制广播命令；3)底层主机接收到离网预制命令；4)当底层主机检测到过零点时，发出同步信号至各底层从机设备；5)从机设备检测到同步信号并且开始转离网运行；6)MGCC下发离网同期指令，并通过GOOSE网下发PCC点系统侧的电压幅值、频率信息；7)MGCC判断离网同期满足要求，下发转并网指令广播命令，底层各设备接收到指令后转并网运行，完成整个切换流程。与现有技术相比，本发明具有无缝、同步切换等优点。
【IPC分类】H02J3/38
【公开号】CN105281367
【申请号】CN201510755946
【发明人】时珊珊, 刘舒, 张宇, 柳劲松, 陈世锋, 李正力, 张建兴, 曹智慧, 张向炜, 赵晓丹
【申请人】国网上海市电力公司, 华东电力试验研究院有限公司, 许继电源有限公司
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年11月9日