一种微网由离网向并网无缝切换的方法
【专利摘要】本发明涉及一种微网由离网向并网无缝切换的方法，该方法在大电网恢复正常后，在检测到并网开关两侧电压的相位和幅值相等时，合上并网开关，然后再将微网内的逆变器切换至主电网运行，由大电网带可调负载运行，供电可靠性高，在外部电网故障时，仍可以维持微网内负荷不断电，用以解决现有技术中，微网离网/并网切换时，由于有短时断电的情况，供电可靠性差的问题。
【专利说明】—种微网由离网向并网无缝切换的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微网【技术领域】，具体涉及一种微网由离网向并网无缝切换的方法。
【背景技术】
[0002]随着分布式发电和现代电力系统的发展，微网作为一种新型的配电解决方案而被提出，它不仅能提高供电质量和可靠性，而且可以减轻能源和环境压力，因此赢得了越来越广泛的重视。微网作为分布式发电的高级结构形式，可以将多种分布式电源、负荷、储能有效地组织起来，既可以与外部大电网并网运行，也可以离网运行，其供电安全性和可靠性较高。随着风电、太阳能光伏等可再生能源分布式发电的快速发展，包含风电和光伏的可再生能源微网具有良好的应用前景。
[0003]与传统电网不同，微网的系统惯性小，风电与光伏受自然条件的影响，输出功率具有间歇性和随机性的特点，随着这类分布式电源接入比例的不断增加，给系统的运行稳定性及供电可靠性带来一定的负面影响。目前，微网主要工作在并网或离网两种运行模式下，微网在离网运行时，一般由输出功率稳定且容量较大的电源担负组网电源，建立并维持系统的电压与频率。微型燃气轮机、柴油发电机组、储能等均可作为组网电源。与前两者相t匕，储能在担任组网电源时，控制上更为灵活、便捷，在微网中配置一定容量的储能，通过灵活快速调整有功/无功功率的吞吐，可以在一定程度上抑制间歇式电源的波动性和难以预测性，实现微网离网或并网运行的稳定与可靠。
[0004]微网在不同的运行模式下其内部变换器的控制方式不同，如何在两种模式间实现无缝切换，使得微网的运行模式切换对负载及电网的扰动最小，是实现分布式能源利用率最大化的关键控制技术。微网与大电网之间的无缝切换，可以保证微网内重要负荷的供电可靠性，对大电网的安全稳定运行也具有重要的作用，已经作为微网的重要技术特征引起了广泛的重视。国内外学者对单个变换器的无缝切换技术已进行了相应研究，提出了多种解决方案，但存在以下缺点和不足:微网在离网/并网的切换过程中或达到稳态后，其电压波形质量均不够理想；仅适用于单个分布式电源，未关注包含多个变换器微网的切换问题，不适用于微网中复杂的组网控制策略等，许多实际问题尚待解决。
[0005]限于目前的技术水平，目前国内乃至国际上的各个微网示范工程，对于含多种微源的微网与大电网间的切换，采取的基本均为有缝切换方案。有缝切换在整个运行过程中，会出现两次短时停电，工作效率低，而且影响电网供电的可靠性。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种微网由离网向并网无缝切换的方法，该方法在大电网恢复正常后，在检测到并网开关两侧电压的相位和幅值相等时，合上并网开关，然后再将微网内的逆变器切换至主电网运行，由大电网带可调负载运行，供电可靠性高，在外部电网故障时，仍可以维持微网内负荷不断电，用以解决现有技术中，微网离网/并网切换时，由于有短时断电的情况，供电可靠性差的问题。[0007]为实现上述目的，本发明的方案是:一种微网由离网向并网无缝切换的方法，该微网是一个包括小型风力发电系统、多种光伏发电系统和储能系统的综合性微网，所述储能系统、光伏发电系统和风力发电系统通过对应的母线开关连接主母线和试验母线，试验母线上连接有可调试验负载，所述微网采用主从控制策略，所述无缝切换方法包括如下步骤:
[0008](I)当外部大电网发生故障时，关断并网开关，双向逆变器、风机逆变器和光伏逆变器并入试验母线运行，由微网独立带可调负载工作，微网处于离网运行模式；
[0009](2)当外部大电网恢复正常后，若主电源控制器检测到大电网电压正常，则以当前大电网电压作为主电源控制器的输出电压参考值，不断调整主电源控制器的输出电压；
[0010](3)当主电源控制器检测到主电源控制器的输出电压与大电网电压的相位和幅值相等后，合上并网开关，双向逆变器、风机逆变器和光伏逆变器切换至主母线运行，由外部大电网带负载工作，同时主电源控制器由电压控制切换至电流控制，从电源始终运行在电流控制模式下，完成微网从离网到并网的无缝切换。
[0011]所述试验母线的一端连接有第一母联电缆，所述主母线的一端连接有第二母联电缆，所述试验母线和主母线的另一端通过并网开关连接大电网，所述第一母联电缆和第二母联电缆均通过一个母线开关连接储能系统、光伏发电系统和风力发电系统。
[0012]所述光伏发电系统包括单晶硅、多晶硅、薄膜式和聚光式多种形式的太阳能光伏。
[0013]本发明达到的有益效果:本发明的的无缝切换方法，在微网从离网向并网转换时，检测到大电网电压正常后，并不是直接断开微网内逆变器与试验母线的连接，而是检测到并网开关两侧电压的相位和幅值相等后，合上并网开关，然后再将微网内的逆变器切换至主电网运行，由大电网带可调负载运行，因此，该方法在外部电网故障时，可以保持微网内的负荷不间断供电，提高工作效率，增强了电网供电的可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明微网的结构示意图；
[0015]图2是本发明微网由离网向并网切换的流程图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
[0017]本发明的微网是一个包括小型风力发电系统、多种光伏发电系统和储能系统的综合性微网，所述储能系统、光伏发电系统和风力发电系统通过对应的母线开关连接主母线和试验母线，试验母线上连接有可调试验负载，所述微网采用主从控制策略，将储能系统作为主电源，光伏发电系统和风力发电系统作为从电源，该微网由离网向并网无缝切换的方法包括如下步骤:
[0018](I)当外部大电网发生故障时，关断并网开关，双向逆变器、风机逆变器和光伏逆变器并入试验母线运行，由微网独立带可调负载工作，微网处于离网运行模式；
[0019](2)当外部大电网恢复正常后，若主电源控制器检测到大电网电压正常，则以当前大电网电压作为主电源控制器的输出电压参考值，不断调整主电源控制器的输出电压；
[0020](3)当主电源控制器检测到主电源控制器的输出电压与大电网电压的相位和幅值相等后，合上并网开关，双向逆变器、风机逆变器和光伏逆变器切换至主母线运行，由外部大电网带负载工作，同时主电源控制器由电压控制切换至电流控制，从电源始终运行在电流控制模式下，完成微网从离网到并网的无缝切换。
[0021 ] 如图1，本发明的微网是一个包括小型风力发电系统、多种光伏发电系统和储能系统的综合性微网，试验母线上连接有可调试验负载，微网采用主从控制策略，本实施例，将储能系统作为主电源，光伏发电系统和风力发电系统作为从电源，所述试验母线的一端连接有第一母联电缆，所述主母线的一端连接有第二母联电缆，所述主母线的另一端通过并网开关并入大电网，所述试验母线的另一端接入大电网的电源出线端，所述第一母联电缆和第二母联电缆均通过一个母线开关连接储能系统、光伏发电系统和风力发电系统，光伏发电系统包括单晶硅、多晶硅、薄膜式和聚光式多种形式的太阳能光伏。
[0022]微网的运行有并网和离网两种运行方式，在外部大电网故障时，需要切换到离网运行，当外部大电网恢复时，再切换到并网运行，当微网并网运行时，并网开关闭合，储能系统、光伏发电系统和风力发电系统与主母线连接，由大电网给可调试验负载供电；当微网离网运行时，断开并网开关，储能系统、光伏发电系统和风力发电系统切换到与试验母线连接，由储能系统、光伏发电系统和风力发电系统给可调负载供电，并网/离网的切换方式主要有有缝切换和无缝切换。
[0023]对于允许短时停电的有缝切换:
[0024]当外部大电网故障时，微网内的分布式电源首先断电，S卩:对于逆变电源，停止触发脉冲，对于同步发电机，则可以处于备用状态，打开电源与外部大电网连接的接触器；然后断开微网与外部大电网的并网开关，微网内负荷短时停电；当确认微网与外部大电网的并网开关断开后，切换双向逆变器控制模式，重新建立微网的电压和频率，微网独立运行。微网从独立运行切换到并网的判据是检测到外部大电网恢复正常，微网内的主电源首先退出运行，即:触发脉冲关断或者发电机进入旋转备用状态，微网失压，负荷短时断电，其它分布式电源在检测到并网点失压后退出运行，闭合微网并网开关，负荷恢复供电，经过一定时间间隔后，微网内的所有分布式电源重新并网接入微网400V主母线。有缝切换的具体实施流程如下:
[0025]当外部电网发生故障时，并网母线失压，模式控制器在检测到外部大电网的电压不正常后，微网内所有逆变器自动关断，断开微网与大电网连接的并网开关，当确认微网与外部并网开关断开后，向双向逆变器(储能或直/交逆变器)下达模式转换指令，双向逆变器转入恒压/恒频控制，独立带负载运行，风机逆变器、光伏逆变器在检测到并网母线电压正常后，重新并入微网可调试验负载所连的试验母线运行。
[0026]当外部电网恢复正常后，模式控制器在检测到外部大电网电压正常后，首先关断双向逆变器，随后关断风机、光伏逆变器(交流微网情况下)，然后闭合微网并网开关，由外部大电网带可调负载运行。所有逆变器在检测到外部大电网的电压恢复正常后，切换到400V主母线运行，此时蓄电池进入并网充电状态。
[0027]有缝切换在并网转孤网时，打开并网开关后，先打开所有连接到微网400V主母线的逆变器开关，再合上所有连接到微网400V实验母线的逆变器开关；孤网转并网时，先打开所有连接到微网400V实验母线的逆变器开关，再合上所有连接到微网400V主母线的逆变器开关，最后合上并网开关。[0028]有缝切换不受储能系统双向逆变器工况的影响，只是不同工况下转换的时间不同。双向逆变器待机时模式转换时间在IOs左右，双向逆变器停机时模式转换时间在30s左右，这主要是双向逆变器从停机到待机准备的时间比较长。双向逆变器运行时模式转换时间在35s左右。有缝切换在整个切换运行过程中，会出现两次短时停电，导致电网运行不稳定，供电可靠性差。
[0029]对于无缝切换:
[0030]无缝切换的供电可靠性高，在外部电网故障时，仍可以维持微网内负荷不断电，但对微网控制要求较高。限于目前的技术水平，国内乃至国际上的各个微网示范工程，采取的基本均为有缝切换方案。以目前的技术水平，微网实现从并网运行无缝转入孤岛运行还存在设备和技术上的难度，暂时无法实现；微网从孤岛运行无缝转入并网运行具备实现可能。
[0031]采用无缝切换的方案时，微网检测到电网恢复正常后，在微网从孤岛运行无缝转入并网运行前，应首先保证并网开关两侧的电压幅值、相位和频率相等，同时还应能减小切换后的电流冲击。对于采用主从控制策略的微网，要求主电源能够快速从进行并网和独立控制模式的切换，且同时需要能够快速将微网与主电网解列的并网开关。此外，在微网从孤网转入并网时，由于并网开关两端的电压频率不相同，微网还需要能够根据并网点的电压和频率进行调整，保证微网的电压和频率与主电网一致，然后检同期并网。
[0032]如图2，本发明提供了一种微网由离网向并网无缝切换的方法，该方法的具体过程如下:
[0033](I)当外部大电网发生故障时，关断并网开关，双向逆变器、风机逆变器和光伏逆变器并入试验母线运行，由微网独立带可调负载工作，微网处于离网运行模式；
[0034](2)当外部大电网恢复正常后，若主电源控制器检测到大电网电压正常，则以当前大电网电压作为主电源控制器的输出电压参考值，不断调整主电源控制器的输出电压；
[0035](3)当主电源控制器检测到并网开关的两侧，主电源控制器的输出电压与大电网电压的相位和幅值相等后，合上并网开关，双向逆变器、风机逆变器和光伏逆变器切换至主母线运行，由外部大电网带负载工作，同时主电源控制器由电压控制切换至电流控制，从电源始终运行在电流控制模式下，完成微网从离网到并网的无缝切换。
[0036]当微网运行模式切换完成后，根据微网出力特性逐步增加或减小微网内分布式电源出力。
[0037]本发明的的无缝切换方法，在微网从离网向并网转换时，检测到大电网电压正常后，并不是直接断开微网内逆变器与试验母线的连接，而是检测到并网开关两侧电压的相位和幅值相等后，合上并网开关，然后再将微网内的逆变器切换至主电网运行，由大电网带可调负载运行，因此，该方法在外部电网故障时，可以保持微网内的负荷不间断供电，提高工作效率，增强了微网工作的可靠性。
【权利要求】
1.一种微网由离网向并网无缝切换的方法，该微网是一个包括小型风力发电系统、多种光伏发电系统和储能系统的综合性微网，所述储能系统、光伏发电系统和风力发电系统通过对应的母线开关连接主母线和试验母线，试验母线上连接有可调试验负载，所述微网采用主从控制策略，将储能系统作为主电源，光伏发电系统和风力发电系统作为从电源，其特征在于:所述无缝切换方法包括如下步骤: (1)当外部大电网发生故障时，关断并网开关，双向逆变器、风机逆变器和光伏逆变器并入试验母线运行，由微网独立带可调负载工作，微网处于离网运行模式； (2)当外部大电网恢复正常后，若主电源控制器检测到大电网电压正常，则以当前大电网电压作为主电源控制器的输出电压参考值，不断调整主电源控制器的输出电压； (3)当主电源控制器检测到主电源控制器的输出电压与大电网电压的相位和幅值相等后，合上并网开关，双向逆变器、风机逆变器和光伏逆变器切换至主母线运行，由外部大电网带负载工作，同时主电源控制器由电压控制切换至电流控制，从电源始终运行在电流控制模式下，完成微网从离网到并网的无缝切换。
2.根据权利要求1所述的微网由离网向并网无缝切换的方法，其特征在于所述试验母线的一端连接有第一母联电缆，所述主母线的一端连接有第二母联电缆，所述试验母线和主母线的另一端通过并网开关连接大电网，所述第一母联电缆和第二母联电缆均通过一个母线开关连接储能系统、光伏发电系统和风力发电系统。
3.根据权利要求1所述的微网由离网向并网无缝切换的方法，其特征在于所述光伏发电系统包括单晶硅、多晶硅、薄膜式和聚光式多种形式的太阳能光伏。
【文档编号】H02J3/38GK103595072SQ201310594628
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月21日 优先权日:2013年11月21日
【发明者】柳劲松, 时珊珊, 恽峥, 周健, 杨心刚, 徐琴, 刘舒 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