一种储能变流器并离网无缝切换控制装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种储能变流器并离网无缝切换控制装置及方法，其中，所述的控制装置分别连接电网监控系统和并网点开关，包括储能变流器、控制器、电池管理系统、电池组和第一变压器，所述的控制器分别连接电网监控系统、储能变流器、和电池管理系统，所述的电池组分别连接储能变流器和电池管理系统，所述的储能变流器通过第一变压器与第一电网母线连接，所述的控制器上设有用于连接电压互感器的第一接口、用于连接并网点开关的第二接口以及用于连接并网点开关位置结点的第三接口，所述的电压互感器设在并网点开关的上侧。与现有技术相比，本发明具有能实现离网转并网高精度同期、实现并离网平滑切换、不依赖通信网络等优点。
【专利说明】—种储能变流器并离网无缝切换控制装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微电网控制领域，尤其是涉及一种储能变流器并离网无缝切换控制装置及方法。
【背景技术】
[0002]大规模储能技术属于科技前沿技术，目前只有中国、欧盟、美国等少数发达国家开展本项技术研究，并取得了一定研究成果，但是多项技术瓶颈尚未得到突破。国内有部分高校、科研院所及设备厂商也开始进行储能变流器并离网无缝切换的相关研究，并且技术路线各不相同，且技术在工程应用时尚不成熟，主要存在以下几个突出问题:
[0003]I)储能变流器并网转离网运行时，无法实现负载不失电及存在离网启动瞬间存在较大电压波动；
[0004]2)储能变流器离网转并网运行时(尤其是转到弱电网运行时，如柴发)，无法平滑切换冲击电网导致弱电网故障，及对储能变流器所带储能电池产生瞬间大电流冲击；
[0005]3)储能变流器自身无法完成自动同期功能，并离网切换严重依赖配置的并离网控制装置的检同期控制精度；
[0006]4)当并网点开关不是高速电子开关时，由于开关每次动作时间不一致及开关位置结点返回时间长，因此无法准确预测开关合闸时间点，进而会造成离网转并网时冲击电网及储能变流器所带储能电池产生瞬间大电流冲击；
[0007]5)储能变流器离网转并网同期过程中严重依赖通信网络传输并网点电网电压幅值相角等信息。
[0008]目前储能变流器并离网切换还需要配置并离网切换装置来实现，现有的并离网切换装置主要存在以下缺点:
[0009]I)并离网切换装置同期控制精度差，导致储能变流器无法离网转并网平滑切换冲击电网导致弱电网故障，及对储能变流器所带储能电池产生瞬间大电流冲击；
[0010]2)并离网切换装置在分合并网点开关后，判断开关位置时间延时较长，也会造成并离网切换存在冲击，以及无法实现无缝切换；
[0011]3)并网点开关动作时间和位置结点返回时间一致性较差时，也会造成并离网切换过程存在冲击，以及无法实现无缝切换；
[0012]4)并离网切换装置通过通信网络传输并网点电压幅值、频率等信息给储能变流器，当在并离网切换时由于通信实时性无法保证，也会造成并离网切换存在电流冲击，无法实现无缝切换；
[0013]5)现有并离网切换是由并离网切换装置与储能变流器配合完成，控制实时性差，且成本高。
【发明内容】
[0014]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能实现离网转并网高精度同期、实现并离网平滑切换的储能变流器并离网无缝切换控制装置及方法。
[0015]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0016]一种储能变流器并离网无缝切换控制装置，分别连接电网监控系统和并网点开关，该控制装置包括储能变流器、控制器、电池管理系统、电池组和第一变压器，所述的控制器分别连接电网监控系统、储能变流器、和电池管理系统，所述的电池组分别连接储能变流器和电池管理系统，所述的储能变流器通过第一变压器与第一电网母线连接，所述的控制器上设有用于连接电压互感器的第一接口、用于连接并网点开关的第二接口以及用于连接并网点开关位置结点的第三接口，所述的电压互感器设在并网点开关的上侧。
[0017]所述的控制器通过局域网与电网监控系统连接。
[0018]所述的控制器内设有并网点上侧三相电压电流采样回路，该采样回路与电压互感器连接。
[0019]一种储能变流器并离网无缝切换控制方法，包括计划性并离网切换控制和非计划性并离网切换控制，其中，
[0020]所述的计划性并离网切换控制具体为:控制器接收到电网监控系统下发的并网转离网指令后，控制器通过并网转离网控制逻辑完成对并网点开关的分闸操作，并使储能变流器进入离网运行模式；控制器接收到电网监控系统下发的离网转并网指令后，控制器通过离网转并网控制逻辑完成对并网点开关的合闸操作，并使储能变流器进入并网运行模式；
[0021]所述的非计划性并离网切换控制具体为:控制器通过设在并网点开关上侧的电压互感器检测到孤岛保护动作后，自动控制并网点开关分闸，并使储能变流器进入离网运行模式；控制器通过电压互感器检测到并网点开关上侧带电后，自动控制并网点开关合闸，并使储能变流器进入并网运行模式。
[0022]计划性并离网切换控制中，所述的并网转离网控制逻辑具体为:控制器发送并网点开关分闸指令，在快速检出并网点开关分闸1ms内将储能变流器切换至离网运行模式；所述的离网转并网控制逻辑具体为:控制器发送并网点开关合闸指令，在快速检出并网点开关合闸1ms内将储能变流器切换至并网运行模式。
[0023]所述的非计划性并离网切换控制中，控制器检测到孤岛保护动作的同时，发出并网点开关分闸指令，并延时1ms将储能变流器切换至离网运行模式；控制器检测到并网点开关上侧带电后，发出并网点开关合闸指令，在快速检出并网点开关合闸1ms内将储能变流器切换至并网运行模式。
[0024]所述的快速检出并网点开关分闸或合闸的判据为判断并网点开关位置结点变位或并网点三相瞬时功率突变。
[0025]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0026]I)在控制器内设置并网点开关上侧三相电压电流采样回路、并网点开关分合闸控制接口及开关位置结点接口，同时可检测并网点电压和电流，能够解决储能变流器无需并离网切换装置即能实现离网转并网高精度同期的问题；
[0027]2)控制器内集成并离网无缝切换接口及逻辑控制功能，不依赖于并离网切换装置及通信网络完成并离网无缝切换；
[0028]3)控制方法不依赖于并网点开关类型及动作时间，能够在并网点选用不同类型开关情况下，实现并离网平滑的无缝切换，进而保证在储能变流器并离网切换时，负载可靠稳定运行；
[0029]4)控制方法在并离网切换时，对储能变流器及电网无冲击，因此也适用于短路容量小的电网；
[0030]5)控制方法支持多台储能变流器并联运行，因此易于系统扩容；
[0031]6)在并离网切换过程中，控制器本身可自动完成并网同期功能；
[0032]7)很好的解决了工程应用中储能变流器并离网无缝切换问题，对储能关键技术的发展具有极其重要的意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1为本发明的结构示意图。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0035]如图1所示，一种储能变流器并离网无缝切换控制装置，分别连接电网监控系统I和并网点开关3，该控制装置包括储能变流器6、控制器4、电池管理系统5、电池组7和第一变压器9，控制器4通过局域网与电网监控系统I连接，并分别连接储能变流器6、和电池管理系统5，电池组7分别连接储能变流器6和电池管理系统5，储能变流器6通过第一变压器9与第一电网母线12连接。控制器4上设有用于连接电压互感器10的第一接口、用于连接并网点开关3的第二接口以及用于连接并网点开关位置结点11的第三接口，电压互感器10设在并网点开关3的上侧，并网点开关3通过第二变压器13与第二电网母线2连接，控制器4内设有并网点上侧三相电压电流采样回路，该采样回路与电压互感器10连接，控制器4可根据采集到的电压电流信号，获得并网点上侧三相功率。并网点上侧三相电压电流采样回路用作并网转离网及离网转并网的同期判断；控制器通过逻辑判断直接控制并网点开关分合闸，并实时通过与并网点开关位置结点11连接的第三接口检测并网点开关位置。控制器4除完成对储能变流器6的控制外，还承担接收电网监控系统I下发的并离网切换控制指令的传递，以实现储能变流器的并离网无缝切换。本实施例中，第一电网母线12为1kV电压等级电网，第二电网母线2为1kV及以上电压等级电网，第一电网母线12上连接有重要负荷8。
[0036]上述储能变流器并离网无缝切换控制装置的控制方法，包括计划性并离网切换控制和非计划性并离网切换控制，其中，
[0037]计划性并离网切换控制具体为:控制器4接收到电网监控系统I下发的并网转离网指令后，控制器4通过并网转离网控制逻辑完成对并网点开关3的分闸操作，并使储能变流器6进入离网运行模式；控制器4接收到电网监控系统I下发的离网转并网指令后，控制器4通过离网转并网控制逻辑完成对并网点开关3的合闸操作，并使储能变流器6进入并网运行模式；
[0038]非计划性并离网切换控制具体为:控制器4通过设在并网点开关3上侧的电压互感器10检测到孤岛保护动作后，自动控制并网点开关3分闸，并使储能变流器6进入离网运行模式；控制器4通过电压互感器10检测到并网点开关3上侧带电后，自动控制并网点开关3合闸，并使储能变流器6进入并网运行模式。
[0039]计划性并离网切换控制中，并网转离网控制逻辑具体为:控制器4发送并网点开关分闸指令，在快速检出并网点开关分闸1ms内将储能变流器6切换至离网运行模式，快速检出并网点开关分闸的判据为判断并网点开关位置结点变位或并网点三相瞬时功率突变，即并网点开关位置结点变位或并网点三相瞬时功率突变时，判断分闸成功；离网转并网控制逻辑具体为:控制器4发送并网点开关合闸指令，在快速检出并网点开关合闸1ms内将储能变流器6切换至并网运行模式，快速检出并网点开关合闸的判据为判断并网点开关位置结点变位或并网点三相瞬时功率突变，即并网点开关位置结点变位或并网点三相瞬时功率突变时，判断合闸成功。
[0040]非计划性并离网切换控制中，控制器4检测到孤岛保护动作的同时，发出并网点开关分闸指令，并延时1ms将储能变流器6切换至离网运行模式；控制器4检测到并网点开关3上侧带电后，发出并网点开关合闸指令，在快速检出并网点开关合闸1ms内将储能变流器6切换至并网运行模式，快速检出并网点开关合闸的判据为判断并网点开关位置结点变位或并网点三相瞬时功率突变。
【权利要求】
1.一种储能变流器并离网无缝切换控制装置，分别连接电网监控系统(I)和并网点开关(3)，其特征在于，该控制装置包括储能变流器(6)、控制器(4)、电池管理系统(5)、电池组(7)和第一变压器(9)，所述的控制器(4)分别连接电网监控系统(I)、储能变流器(6)、和电池管理系统(5)，所述的电池组(7)分别连接储能变流器(6)和电池管理系统(5)，所述的储能变流器(6)通过第一变压器(9)与第一电网母线(12)连接，所述的控制器(4)上设有用于连接电压互感器(10)的第一接口、用于连接并网点开关(3)的第二接口以及用于连接并网点开关位置结点(11)的第三接口，所述的电压互感器(10)设在并网点开关(3)的上侧。
2.根据权利要求1所述的一种储能变流器并离网无缝切换控制装置，其特征在于，所述的控制器(4)通过局域网与电网监控系统(I)连接。
3.根据权利要求1所述的一种储能变流器并离网无缝切换控制装置，其特征在于，所述的控制器(4)内设有并网点上侧三相电压电流采样回路，该采样回路与电压互感器(10)连接。
4.一种如权利要求1所述的储能变流器并离网无缝切换控制装置的控制方法，其特征在于，包括计划性并离网切换控制和非计划性并离网切换控制，其中， 所述的计划性并离网切换控制具体为:控制器(4)接收到电网监控系统(I)下发的并网转离网指令后，控制器⑷通过并网转离网控制逻辑完成对并网点开关⑶的分闸操作，并使储能变流器(6)进入离网运行模式；控制器(4)接收到电网监控系统(I)下发的离网转并网指令后，控制器⑷通过离网转并网控制逻辑完成对并网点开关⑶的合闸操作，并使储能变流器(6)进入并网运行模式； 所述的非计划性并离网切换控制具体为:控制器(4)通过设在并网点开关(3)上侧的电压互感器(10)检测到孤岛保护动作后，自动控制并网点开关(3)分闸，并使储能变流器(6)进入离网运行模式；控制器(4)通过电压互感器(10)检测到并网点开关(3)上侧带电后，自动控制并网点开关(3)合闸，并使储能变流器(6)进入并网运行模式。
5.根据权利要求4所述的储能变流器并离网无缝切换控制方法，其特征在于，计划性并离网切换控制中，所述的并网转离网控制逻辑具体为:控制器(4)发送并网点开关分闸指令，在快速检出并网点开关分闸1ms内将储能变流器(6)切换至离网运行模式；所述的离网转并网控制逻辑具体为:控制器⑷发送并网点开关合闸指令，在快速检出并网点开关合闸1ms内将储能变流器(6)切换至并网运行模式。
6.根据权利要求4所述的储能变流器并离网无缝切换控制方法，其特征在于，所述的非计划性并离网切换控制中，控制器(4)检测到孤岛保护动作的同时，发出并网点开关分闸指令，并延时1ms将储能变流器(6)切换至离网运行模式；控制器(4)检测到并网点开关⑶上侧带电后，发出并网点开关合闸指令，在快速检出并网点开关合闸1ms内将储能变流器(6)切换至并网运行模式。
7.根据权利要求5或6所述的储能变流器并离网无缝切换控制方法，其特征在于，所述的快速检出并网点开关分闸或合闸的判据为判断并网点开关位置结点变位或并网点三相瞬时功率突变。
【文档编号】H02J3/38GK104333042SQ201410654823
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月17日 优先权日:2014年11月17日
【发明者】柳劲松, 曹智慧, 李正力, 张建兴, 陈世峰, 时珊珊, 张宇, 刘隽, 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, 许继电源有限公司