微电网黑启动方法与流程

本发明涉及电力系统的技术领域，特别是涉及一种微电网黑启动方法。

背景技术：

微电网是由分布式电源、储能单元、负荷以及控制保护装置组成的集合，是一个能够自我控制、保护和管理的自治系统。根据微电网与大电网的连接关系，微电网分为联网型微电网和离网型微电网。目前在微电网中，大面积停电后的系统自恢复功能通俗地称为黑启动。即所谓黑启动是指整个系统因故障停运后，不依赖别的网络帮助，通过系统中具有自启动能力的发电机组启动，带动无自启动能力的发电机组，逐渐扩大系统恢复范围，最终实现整个系统的恢复。目前微电网黑启动算法较多，主要集中于黑启动序列生成、主电源选择方式、系统启动方案评估以及启动后的控制算法研究。

然而，传统的微电网黑启动算法都较理想面没有考虑启动过程中可能存在的突发状况，导致启动失败从而陷入程序死循环的可能性较大，例如启动过程中某台设备接入后造成系统故障停机：微电网因故障忽然断电可能会损伤某台机器，若无人员检修直接清除故障重新接入微电网，可能会在运行时对系统产生冲击，而微电网离网运行时，缺乏大电网支撑，惯性小，对冲击敏感，可能会再度断电。若不对此进行处理，会造成黑启动——系统断电——黑启动的反复，进入程序死循环。又如，离网黑启动过程中电网恢复供电：很大一部分情况，微电网断电故障是由于大电网突然断电造成非计划孤岛切换失败。如果电网马上恢复供电，则可以直接按照并网条件黑启动；反之，则按照离网条件黑启动。由于微电网监控系统会实时监测系统状态，存在离网黑启动过程中电网恢复供电的可能性。此时，若离网黑启动程序与离网切并网程序同时运行，则可能造成严重的系统震荡。

技术实现要素：

基于此，有必要针对如何提高启动效率的技术问题，提供一种微电网黑启动方法。

一种微电网黑启动方法，包括：获取各个待启动微源的储能电池的剩余容量；将各个所述待启动微源的储能电池中剩余容量大于预设容量值的待启动微源按照其储能电池剩余容量的高低顺序生成黑启动序列；获取所述黑启动序列中的待启动微源的个数；判断所述黑启动序列中的待启动微源的个数是否在预设数量值范围内，若是，则根据所述黑启动序列，依次启动所述黑启动序列中的待启动微源；判断所述黑启动序列中的待启动微源是否启动完成；若是，则接入可再生发电单元以及接入负荷。

在其中一个实施例中，在所述获取各个待启动微源的储能电池的剩余容量之前，还包括：获取微电网的工作状态及微电网的母线电压；判断所述工作状态是否为运行状态且母线电压是否小于预设阈值；若全是，则将微电网进行系统初始化；判断系统初始化后的微电网的电压和频率是否在预设范围内；若是，则获取各个待启动微源的储能电池的剩余容量。

在其中一个实施例中，所述将各个所述待启动微源的储能电池中剩余容量大于预设容量值的待启动微源按照其储能电池剩余容量的高低顺序生成黑启动序列，包括：判断每个所述待启动微源的储能电池的剩余容量是否大于预设容量值；若是，则将剩余容量大于预设容量值的待启动微源的储能电池标记；根据已标记的待启动微源的储能电池的剩余容量的高低顺序，生成所述黑启动序列。

在其中一个实施例中，所述判断每个所述待启动微源的储能电池的剩余容量是否大于预设容量值，包括：获取所述待启动微源的储能电池的总容量，将所述总容量乘以预设比例，得到所述预设容量值；将所剩余容量减去所述预设容量值，得到容量差值；判断所述容量差值是否非负数；若是，则所述待启动微源的储能电池的剩余容量大于预设容量值。

在其中一个实施例中，所述预设比例为40％～60％。

在其中一个实施例中，所述判断所述黑启动序列中的待启动微源的个数是否在预设数量值范围内，包括：将所述个数减去所述预设数量值，得到数量差值；判断所述数量差值是否大于1，若是，则所述黑启动序列中的待启动微源的个数在所述预设数量值范围内。

在其中一个实施例中，所述根据所述黑启动序列，依次启动所述黑启动序列中的待启动微源，包括：判断每个待启动微源的系统状态是否存在异常；当存在有系统状态异常的待启动微源时，关闭该待启动微源；判断在关闭该待启动微源后微电网的电压和频率是否出现异常；若否，则按照所述黑启动序列中的待启动微源的储能电池剩余容量的高低顺序依次启动各个系统状态正常的待启动微源。

在其中一个实施例中，所述当存在有系统状态异常的待启动微源时，关闭该待启动微源，包括：当存在有系统状态异常的待启动微源时，关闭该待启动微源的逆变器并记录该待启动微源的系统状态异常信息。

在其中一个实施例中，所述接入可再生发电单元，包括：获取所述黑启动序列中的各个待启动微源的控制算法，判断所述控制算法是否具备调频调压功能；若否，则启动调频调压控制算法，根据所述调频调压控制算法接入可再生发电单元。

在其中一个实施例中，所述接入负荷，包括：获取微电网内的输出功率及所述负荷的功率；判断所述微电网内的输出功率是否接入所述负荷的功率；若是，则接入所述负荷。

上述微电网黑启动方法，通过筛选出待启动微源的储能电池中剩余容量较大的储能电池作为黑启动的微源，各个作为黑启动的微源按照高低顺序生成黑启动序列，当黑启动序列中的待启动微源的个数在预设数量值范围内时，依次启动所述黑启动序列中的待启动微源，待启动微源启动完成后，接入可再生发电单元以及负荷，从而确保了在黑启动的过程中有足够多的能源满足接入负荷的要求，提高了黑启动的效率。

附图说明

图1为一个实施例中微电网黑启动方法的步骤示意图；

图2为一个实施例中微电网黑启动方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

例如，一种微电网黑启动方法，包括：获取各个待启动微源的储能电池的剩余容量；将各个所述待启动微源的储能电池中剩余容量大于预设容量值的待启动微源按照其储能电池剩余容量的高低顺序生成黑启动序列；获取所述黑启动序列中的待启动微源的个数；判断所述黑启动序列中的待启动微源的个数是否在预设数量值范围内，若是，则根据所述黑启动序列，依次启动所述黑启动序列中的待启动微源；判断所述黑启动序列中的待启动微源是否启动完成；若是，则接入可再生发电单元以及接入负荷。

请参阅图1，其为一个实施例中微电网黑启动方法10的步骤示意图，例如，微电网黑启动方法10包括步骤S101～步骤S107。为了更好的理解本发明的微电网黑启动方法10，结合图2，其为一个实施例中微电网黑启动方法的流程示意图，对本发明的微电网黑启动方法10做出清楚完整的说明。例如，微电网黑启动方法10包括如下步骤：

步骤S101：获取各个待启动微源的储能电池的剩余容量。

具体的，微电网中通常有多种微源混合供电，按照是否有自启动能力，将微源分为两种：一是具有自启动能力的微源，包括储能电池、燃料电池、柴油发电机、微型燃气轮机、飞轮、超级电容、小水电；二是无自启动能力的微源，主要为各种可再生发电单元，如风电和光伏。

黑启动微源应具备自启动能力，同时应考虑其他依据作为选择条件，如机组负荷、调频调压能力、动态响应速度。由于储能电池通过逆变器接口接入微电网，其动态响应速度快，调频调压性能好，故容量满足负荷要求条件下，通常选择储能电池作为黑启动微源，柴油发电机作为主要后备。系统中存在多组储能电池时，选择剩余容量(SOC)最高的单元作为黑启动微源。储能电池容量无法满足重要负荷的要求时，启动备用单元作为黑启动微源。

为根据不同状态启用不同黑启动算法，一实施例中，在所述获取各个待启动微源的储能电池的剩余容量之前，还包括：

步骤1)：获取微电网的工作状态及微电网的母线电压。

具体的，判断电网状态，根据不同状态启用不同黑启动算法。如果电网有电，直接启动并网黑启动算法可以大大简化判断步骤，缩短启动时间。如果电网没电，在离网过程中恢复供电，该算法可以避免启动过程中进行同步并网造成的程序冲突与冲击。

步骤2)：判断所述工作状态是否为运行状态且母线电压是否小于预设阈值。

具体的，本实施例中，判断微电网当前运行状态。仅当微电网处于运行状态且母线电压小于10V时，启动黑启动算法。例如，判断所述工作状态是否为运行状态，是则进一步判断母线电压是否小于预设阈值。

若检测到微电网断电，应及时运行黑启动程序恢复供电，如何判断微电网已处于断电状态是首要环节。其基本检测原则是，微电网处于运行状态但微电网母线电压为零。实际操作时，为避免传感器检测误差，将判断条件扩大为微电网母线电压小于10V。

步骤3)：若全是，则将微电网进行系统初始化。

具体的，本实施例中的系统初始化，即使是指断开公共耦合点处断路器，切除全部负荷，全部微源关机并清除故障信息。

微电网系统停运后，为避免黑启动过程中可能的安全事故，应将整个系统初始化。其具体内容包括：一、断开公共耦合点处断路器，防止微源启动时模式判断错误导致未同步并网，造成电流冲击；二、切除全部负荷，防止因负荷过大，启动过程中微源容量不足造成的启动失败；三、全部微源关机并清除故障信息，准备按序列依次启动。

步骤4)：判断系统初始化后的微电网的电压和频率是否在预设范围内。

具体的，系统初始化后的微电网的电压和频率会发生改变，此时需要每个周期对电网状态进行检测，判断系统初始化后的微电网的电压和频率是否在预设范围内。可以理解，如果黑启动开始时电网即恢复供电，则按照并网黑启动方案执行，先闭合公共耦合点断路器，黑启动微源按照并网控制算法启动，再接入可再生发电单元，最后接入各类负荷；如果黑启动开始时电网没有恢复，则按照离网黑启动方案执行，按照离网黑启动序列启动各微源。如果启动过程中电网恢复供电，则不启用预同步算法，待黑启动完成再实现并网。

离网黑启动模式下，应在每一台黑启动微源启动后，判断系统电压和频率是否处于正常范围。如果某微源启动后系统电压和频率异常，该设备也故障停机，则关闭所以微源，重新启动黑启动算法，并跳过该故障单元，直到系统正常运行。目前，离网黑启动过程中电网恢复供电：很大一部分情况，微电网断电故障是由于大电网突然断电造成非计划孤岛切换失败。如果电网马上恢复供电，则可以直接按照并网条件黑启动；反正，则按照离网条件黑启动。由于微电网监控系统会实时监测系统状态，存在离网黑启动过程中电网恢复供电的可能性。此时，若离网黑启动程序与离网切并网程序同时运行，则可能造成严重的系统震荡。需要保证在离网黑启动程序完成后，再进行并离网模式的切换。

步骤5)：若是，则获取各个待启动微源的储能电池的剩余容量。

具体的，判断系统初始化后的微电网的电压和频率在预设范围内时，获取各个待启动微源的储能电池的剩余容量。

步骤S102：将各个所述待启动微源的储能电池中剩余容量大于预设容量值的待启动微源按照其储能电池剩余容量的高低顺序生成黑启动序列。

具体的，按照黑启动序列依次启动微源：先按照剩余容量由高到底依次启动各储能单元；若某台设备启动后若造成系统故障停机，则将其从启动序列中移除再重新进行黑启动。

并网黑启动模式下，单台设备启动失败不会造成系统故障，仅需记录启动过程中故障的微源信息。但离网模式下，由于微电网因故障忽然断电可能会损伤某台机器，若无人员检修直接清除故障重新接入微电网，可能会在运行时对系统产生冲击，而微电网离网运行时，缺乏大电网支撑，惯性小，对冲击敏感，可能会再度断电。若不对此进行处理，会造成黑启动——系统断电——黑启动的反复，进入程序死循环。因此当某台设备接入后若引起了系统故障，则应将其从黑启动序列中移除，再重新进行黑启动步骤。

一实施例中，所述将各个所述待启动微源的储能电池中剩余容量大于预设容量值的待启动微源按照其储能电池剩余容量的高低顺序生成黑启动序列，包括：判断每个所述待启动微源的储能电池的剩余容量是否大于预设容量值；若是，则将剩余容量大于预设容量值的待启动微源的储能电池标记；根据已标记的待启动微源的储能电池的剩余容量的高低顺序，生成所述黑启动序列。

一实施例中，所述判断每个所述待启动微源的储能电池的剩余容量是否大于预设容量值，包括：获取所述待启动微源的储能电池的总容量，将所述总容量乘以预设比例，得到所述预设容量值；将所剩余容量减去所述预设容量值，得到容量差值；判断所述容量差值是否非负数；若是，则所述待启动微源的储能电池的剩余容量大于预设容量值。

一实施例中，所述预设比例为40％～60％。具体的，离网模式下具备黑启动能力的微源应满足两个条件①剩余容量较高，设置为40％以上。②没有发生设备故障。微电网系统里实际满足此条件的微源共有i台，则应循环执行i次启动与判断指令。如果i小于1，说明系统内没有满足条件的微源，则开启备用单元。如果有至少一台微源满足条件，则逐一循环开启设备。每开启一台微源，都要判断微电网的电压和频率是否处于正常范围，该微源逆变器是否启动成功。若是启动后微源启动失败，但并未造成微电网系统崩溃，则可以继续启动下一台微源，仅将该故障机器故障信息记录；若启动后微源启动失败并造成了系统崩溃，使已建立的电压和频率超过正常工作范围，则应剔除该设备，生成新的黑启动序列，重新执行黑启动程序。

步骤S103：获取所述黑启动序列中的待启动微源的个数。

具体的，各个所述待启动微源的储能电池中剩余容量大于预设容量值的待启动微源的数量不多，可以方便快速地计算出所述黑启动序列中的待启动微源的个数，从而获取到所述黑启动序列中的待启动微源的个数。

步骤S104：判断所述黑启动序列中的待启动微源的个数是否在预设数量值范围内。

具体的，所述判断所述黑启动序列中的待启动微源的个数是否在预设数量值范围内，包括：将所述个数减去所述预设数量值，得到数量差值；判断所述数量差值是否大于1，若是，则所述黑启动序列中的待启动微源的个数在所述预设数量值范围内。

步骤S105：若是，则根据所述黑启动序列，依次启动所述黑启动序列中的待启动微源。

具体的，所述根据所述黑启动序列，依次启动所述黑启动序列中的待启动微源，包括：判断每个待启动微源的系统状态是否存在异常；当存在有系统状态异常的待启动微源时，关闭该待启动微源；判断在关闭该待启动微源后微电网的电压和频率是否出现异常；若否，则按照所述黑启动序列中的待启动微源的储能电池剩余容量的高低顺序依次启动各个系统状态正常的待启动微源。

一实施例中，所述当存在有系统状态异常的待启动微源时，关闭该待启动微源，包括：当存在有系统状态异常的待启动微源时，关闭该待启动微源的逆变器并记录该待启动微源的系统状态异常信息。

步骤S106：判断所述黑启动序列中的待启动微源是否启动完成。

具体的，将所述黑启动序列中的待启动微源的个数标记为i，赋值a等于1；启动所述黑启动序列中的第a个待启动微源，判断第a个待启动微源是否启动成功，若是，则判断a是否等于i，当a的值与i的值相异时，赋值a等于a加1，并继续执行启动所述黑启动序列中的第a个待启动微源，直至a等于i时，执行判断所述黑启动序列中的待启动微源的个数是否在预设数量值范围内；若否，则关闭该待启动微源，判断在关闭该待启动微源后的微电网的电压和频率是否在预设阈值范围内；若是，则判断a是否等于i，当a的值与i的值相异时，赋值a等于a加1，并继续执行启动所述黑启动序列中的第a个待启动微源，直至a等于i时，执行判断所述黑启动序列中的待启动微源的个数是否在预设数量值范围内。若在关闭该待启动微源后的微电网的电压和频率不在预设阈值范围内，则从新由步骤S101开始执行，直至在关闭该待启动微源后的微电网的电压和频率在预设阈值范围内时循环结束。

步骤S107：若是，则接入可再生发电单元以及接入负荷。

具体的，离网模式下，微电网重新建立后，应先启动调频调压算法，再接入可再生发电单元和负荷。根据微源控制算法的不同，接入负荷可能会造成微电网频率电压较大跌落。若黑启动微源采用VF控制，则本身具备调频调压能力。若黑启动微源采用下垂控制，则需要启用调频调压算法。

所述接入可再生发电单元，包括：获取所述黑启动序列中的各个待启动微源的控制算法，判断所述控制算法是否具备调频调压功能；若否，则启动调频调压控制算法，根据所述调频调压控制算法接入可再生发电单元。具体的，微电网正常运行后，先接入可再生发电单元，方便对负荷容量进行估算。在微电网已正常运行，电压和频率达到要求后，开始逐一接入可再生发电单元，如光伏和风机。

例如，所述接入负荷，包括：获取微电网内的输出功率及所述负荷的功率；判断所述微电网内的输出功率是否符合所述负荷的功率；若是，则接入所述负荷。具体的，并网启动过程中可以接入全部负荷。离网启动过程中若无法供给全部负荷，则按照负荷重要程度，逐级接入。电力系统按照负荷的重要程度对负荷进行分类，其中一类负荷与二类负荷应在黑启动过程中首先接入系统，稳定运行后再逐步恢复对三类负荷的供电。根据当前微电网内微源能发出的功率值，计算可接入的三类负荷功率，并投入相应负荷。若储能单元的剩余容量较少，为保证重要负荷的供给，只接入部分三类负荷。

本发明的优点：经过上述微电网黑启动方法，黑启动过程完成，可以进行正常的运行调度，通过筛选出待启动微源的储能电池中剩余容量较大的储能电池作为黑启动的微源，各个作为黑启动的微源按照高低顺序生成黑启动序列，当黑启动序列中的待启动微源的个数在预设数量值范围内时，依次启动所述黑启动序列中的待启动微源，待启动微源启动完成后，接入可再生发电单元以及负荷，从而确保了在黑启动的过程中有足够多的能源满足接入负荷的要求，提高了黑启动的效率。

通过判断电网状态，根据不同状态启用不同黑启动算法。如果电网有电，直接启动并网黑启动算法可以大大简化判断步骤，缩短启动时间。如果电网没电，在离网过程中恢复供电，该算法可以避免启动过程中进行同步并网造成的程序冲突与冲击。离网启动过程中，每启动一台微源都进行系统状态的重新检测，可以避免因启动失败造成系统反复黑启动的程序死循环。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。