一种离网系统子方阵EMS系统及其控制方法与流程

一种离网系统子方阵ems系统及其控制方法
技术领域
1.本发明涉及一种子方阵ems系统及其控制方法，特别涉及一种离网系统子方阵ems系统及其控制方法。


背景技术：

2.传统施工阶段供电采用外来电源，采用离网(微网)系统供电在当下十分鲜见，具有一定的创新性，还可为更大规模的离网(微网)系统奠定坚实的实践基础。
3.因此，特别需要一种离网系统子方阵ems系统及其控制方法，以解决上述现有存在的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种离网系统子方阵ems系统及其控制方法，针对现有技术的不足，子方阵ems系统根据负载的变化自动调节子阵光伏出力及储能系统充放电，具备黑启动功能，可实现多台pcs协调控制运行及各套电池soc均衡功能，在离网状态下支持多套储能系统联合运行功能。
5.本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
6.第一方面，本发明提供一种离网系统子方阵ems系统及其控制方法，其特征在于，它由三层架构组成，第一层为子方阵ems单元，根据负载的变化自动调节子方阵光伏出力及储能系统充放电；第二层为变流器emu单元，接收子方阵ems单元下发的指令，完成对储能变流器pcs的指令分配和下发；第三层为储能变流器pcs，接收变流器emu单元下发的指令，完成对储能电池系统的充放电控制；组串式逆变器直接接收子方阵ems单元下发的指令，完成对光伏的功率控制。
7.在本发明的一个实施例中，组串式逆变器与子方阵ems单元的数据采集装置中的plc电力载波模块互相通讯连接。
8.在本发明的一个实施例中，离网启动之前，需断开0.8kv、0.4kv、35kv母线所有负载，储能变流器pcs只带变压器启动，启动完成之后再投入负载。
9.第二方面，本发明提供一种离网系统子方阵ems系统的控制方法，其特征在于，它包括如下步骤：
10.(1)子方阵ems单元检查电池、储能变流器pcs等无故障，同时启动多台储能变流器pcs进入离网运行状态，启动光伏进入并网运行状态；
11.(2)子方阵ems单元实时检测储能变流器pcs的充放电状态；
12.(3)在整个离网运行过程中，子方阵ems单元实时检测各储能单元的soc状态，根据soc均衡算法，通过控制储能变流器pcs二次调频值动态调整各储能变流器pcs运行功率，维持电池均衡。
13.在本发明的一个实施例中，如果储能变流器pcs为放电状态，则说明负载功率大于光伏功率，则子方阵ems单元控制光伏不限发。
14.在本发明的一个实施例中，如果储能变流器pcs在放电情况下，电池soc达到放电阀值，子方阵ems单元控制柴油机启动给电池充电，直至电池soc恢复至设定的soc阀值，控制柴油机停机。
15.在本发明的一个实施例中，如果储能变流器pcs为充电状态，则说明负载功率小于光伏功率，储能系统充电，如果电池充满，则子方阵ems单元动态控制光伏限发，满足光伏功率等于负载功率，储能系统不充电。
16.在本发明的一个实施例中，如果储能变流器pcs在充电情况下，且储能变流器pcs充电功率大于设定的充电功率，则子方阵ems单元动态控制光伏限发，满足储能变流器pcs充电功率小于设定的充电功率。
17.在本发明的一个实施例中，如果储能变流器pcs在充电情况下，且储能变流器pcs充电功率小于设定的充电功率，则子方阵ems单元控制光伏不限发。
18.在本发明的一个实施例中，0.8kv、0.4kv母线故障时，储能变流器pcs自动保护，35kv母线配置继电保护装置。
19.本发明的离网系统子方阵ems系统及其控制方法，与现有技术相比，采用离网(微网)系统供电在当下十分鲜见，具有一定的创新性，为更大规模的离网(微网)系统奠定坚实的实践基础，为电网减小负担，施工电源功能结束后，储能系统作为330kv汇集站永久备用电源，提高330kv汇集站站用电源的可靠性，实现本发明的目的。
20.本发明的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。
附图说明
21.图1为本发明的离网系统子方阵ems系统的结构示意图；
22.图2为本发明的离网系统子方阵ems系统的控制方法的流程示意图；
23.图3为本发明的离网(微网)系统黑启动的流程示意图；
24.图4为本发明的离网(微网)系统日常运行的流程示意图；
25.图5为本发明的离网(微网)系统soc均衡控制逻辑的流程示意图。
具体实施方式
26.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
27.实施例
28.如图1所示，本发明的离网系统子方阵ems系统，它由三层架构组成，第一层为子方阵ems单元，根据负载的变化自动调节子方阵光伏出力及储能系统充放电；第二层为变流器emu单元，接收子方阵ems单元下发的指令，完成对储能变流器pcs的指令分配和下发；第三层为储能变流器pcs，接收变流器emu单元下发的指令，完成对储能电池系统的充放电控制；组串式逆变器直接接收子方阵ems单元下发的指令，完成对光伏的功率控制。
29.在本实施例中，组串式逆变器与子方阵ems单元的数据采集装置中的plc电力载波模块互相通讯连接。
30.在本实施例中，离网启动之前，需断开0.8kv、0.4kv、35kv母线所有负载，储能变流
器pcs只带变压器启动，启动完成之后再投入负载。
31.所采用的子方阵通信控制设备中主要包含logger3000数据采集器、ems200型ems控制器、光纤交换机、光纤终端盒、笔记本电脑等设备。子方阵通信控制设备也可由sacu2000b-d-plc-pid智能子阵控制器、交换机、光纤配线盒等设备构成。子方阵通信控制设备还可由sau数据采集器、交换机、光纤终端盒等设备构成。
32.如图2所示，本发明的离网系统子方阵ems系统的控制方法，它包括如下步骤：
33.它包括如下步骤：
34.(1)子方阵ems单元检查电池、储能变流器pcs等无故障，同时启动多台储能变流器pcs进入离网运行状态，启动光伏进入并网运行状态；
35.(2)子方阵ems单元实时检测储能变流器pcs的充放电状态；
36.(3)在整个离网运行过程中，子方阵ems单元实时检测各储能单元的soc状态，根据soc均衡算法，通过控制储能变流器pcs二次调频值动态调整各储能变流器pcs运行功率，维持电池均衡。
37.在本实施例中，如果储能变流器pcs为放电状态，则说明负载功率大于光伏功率，则子方阵ems单元控制光伏不限发。
38.如果储能变流器pcs在放电情况下，电池soc达到放电阀值，子方阵ems单元控制柴油机启动给电池充电，直至电池soc恢复至设定的soc阀值，控制柴油机停机。
39.在本实施例中，如果储能变流器pcs为充电状态，则说明负载功率小于光伏功率，储能系统充电，如果电池充满，则子方阵ems单元动态控制光伏限发，满足光伏功率等于负载功率，储能系统不充电。
40.如果储能变流器pcs在充电情况下，且储能变流器pcs充电功率大于设定的充电功率，则子方阵ems单元动态控制光伏限发，满足储能变流器pcs充电功率小于设定的充电功率。
41.如果储能变流器pcs在充电情况下，且储能变流器pcs充电功率小于设定的充电功率，则子方阵ems单元控制光伏不限发。
42.在本实施例中，0.8kv、0.4kv母线故障时，储能变流器pcs自动保护，35kv母线配置继电保护装置。
43.本发明的离网系统子方阵ems系统的控制方法，还可由以下方式来实现：
44.①
正常情况下的电压频率控制策略：系统的频率电压控制由电源源(vsg)vf储能完成，系统出现扰动，vf储能根据自身的一次下垂特性调频。vf储能可参与二次调频、调压，二次调频投入，则协调控制器调节储能有功功率工作点，是系统频率始终保持在额定频率附近。二次调压的投入，协调控制器调节储能的无功功率工作点，使系统电压始终保持在非那根电压附近。
45.②
紧急情况下的电压、频率控制策略：系统部分区域故障隔离后，电压、频率变化较大，储能容量无法满足调频调压要求，通过快速的切机切负荷，实现微网系统的s级调压、调频，配置主动电压、频率控制及被动式电压、频率控制两种策略。
46.a.主动式电压、频率控制：检测全网的状态，当检测到或计划发生微电网发生为电源投入/退出等大的扰动时，主动调整微电源的出力维持系统功率动态平衡，保持系统电压、频率稳定。
47.b.被动式电压、频率控制：若电压、频率严重偏离额定值需采取紧急控制措施，包括低频低压减载及过频过压切机等。
48.③
光伏发电控制：光伏发电分为mppt控制模式和限功率控制模式，正常情况下使用mppt，用于提高太阳能的利用率；在应急情况下处于限功率控制，避免因光伏出力波动对系统稳定产生影响。离网型微电网根据功率平衡原则，需要实时限制光伏出力，自动将光伏功率限制到储能可充电最大功率允许值。
49.④
soc均衡：配置协调控制装置实现soc均衡，协调控制装置获取个电池组的soc状态，对于每次充、放电功率，根据各电池组的soc按比例分配至各电池组。充电时，soc小的电池组优先充电，充电功率大；放电时，soc大的电池组优先放电，放电功率大。
50.⑤
黑启动：断开微电网中的本地负荷及微电源，保证和启动电源在空载的状态下启动。
51.a.通过柴发黑启动，负载端关断，柴发支持零起升压，可同时合闸隔离变压器。
52.b.合上除负荷外的所有断路器，储能零起升压，电压稳定后投入负荷，光伏自动并网。
53.⑥
柴发自动启停：协调控制庄子根据储能当前soc状态及充放电功率控制超发的自动启停，当光储不能满足负荷需求气人soc低时自动启动柴发补足负荷功率，当储能soc较高时自动停止柴发。
54.针对此种方式的离网(微网)系统黑启动框图及日常运行框图如图3和图4所示。
55.本发明的离网系统子方阵ems系统的控制方法，还可由以下方式来实现：
56.①
微网的建立
57.a.微网黑启动
58.i微网模式投入
59.手动断开pcs、inv、负载的开关。(建议35kv和0.4kv负载总开关配置失压脱扣器)
60.手动启动柴机。
61.合两台pcs并网开关及这两台pcs的空调，bms电源，pcs液晶或后台设置电流源模式启动pcs，并设置每台pcs的充电功率100kw。
62.等两台pcs的电池充到70％或两个小时。
63.操作pcs门板旋钮至off，关掉pcs，pcs液晶设置为电压源模式，pcs面板启动旋钮至on的状态。
64.关掉柴发，断开柴发开关。
65.手动闭合光伏开关。
66.操作“微网模式投入”旋钮至on的状态，ems接管系统，当ems检测到柴发关机，且至少两台以上的pcs的soc大于35％(可设)，且其bms允许放电，pcs无不允许开机的故障，点亮“微网模式就绪”指示灯。
67.ii微网供电启动
68.当“微网模式就绪”指示灯亮后，手动操作“ems操作面板”上的“微网供电”旋钮至on的状态，ems默认启动上述两台pcs。
69.pcs正常工作后，点亮“供电”指示灯。
70.ems按公式计算的功率值调度光伏逆变器总功率，命令启动光伏逆变器。
71.b.微网热启动工况
72.所有pcs面板旋钮至on的状态。
73.操作“微网模式投入”旋钮至on的状态，ems接管系统，当检测至少两台以上的pcs的soc大于35％(可设)，且其bms允许放电，pcs无不允许开机的故障，点亮“微网模式就绪”指示灯。
74.当“微网模式就绪”指示灯亮后，手动操作“ems操作面板”上的“微网供电”旋钮至on的状态，ems启动允许工作的pcs。(电压源)
75.pcs正常工作后，点亮“供电”指示灯，加工总微网开启状态。ems按公式计算的功率值调度光伏逆变器总功率，命令启动光伏逆变器。
76.②
微网的关闭
77.a.手动关闭:手动ems面板“微网供电启停”旋钮至off。ems下发指令先关闭逆变器，再关闭pcs。
78.b.自动关闭
79.iems检测到任意一台ess(pcs+bat)在“放电状态”下的soc，低于30％(可设)，持续5分钟以上，执行该pcs关机。
80.要求：emu上传放电状态，bms上传soc至ems。
81.ii pcs本体在放电状态下，检测到bat的soc低于20％(可设)或电池电压低，持续5分钟以上，pcs执行自关机。emu能够将bms的soc、电池电压低信息传递给pcs。emu也可自己根据bms上送的soc及电池电压低信息，加工逻辑，关闭pcs。
82.③
微网自恢复
83.a.所有pcs自关机的恢复工况(整个微网的自恢复)
84.ems增加掉电保存设置量：是否允许微网自恢复供电。
85.具备的工况条件：(建议华鹏低压侧ups支持供电5个小时以上)
86.ems检测到逆变器通信恢复，持续xxx分钟(默认30分钟)以上，先vf模式启动所有pcs，建立电压。然后再启动逆变器，并控制逆变器功率。
87.b.单台pcs自关机的恢复工况
88.ems判断在线运行的pcs处于充电状态时，将该单台pcs，电压源模式启机。
89.④
微网的运行
90.提供单台pcs加入微网或退出微网，单台逆变器加入微网或退出微网，整个光伏系统加入微网或退出微网，微网系统稳态带载，微网系统动态带载，负载“突加”“突卸”，在微网内各储能系统soc均衡等问题的控制方案。
91.⑤
soc均衡：soc的均衡控制(至少两台pcs以上可以工作)，由ems控制各台变流器电池soc均衡。
92.a.当所有pcs均以vf模式全部投入工作后，经过30s延时判断，若最低soc与最高的soc相差10％以上，且vf模式处于充电状态，则将soc最高的pcs关机，更改为pq模式，再启机，进行放电。当误差在5％以内，则切回vf模式，寻找下一台误差超10％的pcs。
93.b.当所有pcs均以vf模式全部投入工作，经过30s延时判断，若最高soc与最低的soc相差10％以上，若vf模式处于放电状态，则将soc最低的pcs关机，更改为pq模式，再启机，进行充电。当误差在5％以内，则切回vf模式，寻找下一台误差超10％的pcs。
94.c.在a和b中，如果充放电状态发生变化，并持续保持状态30s以上，则退出上一刻工作状态，执行当前条件下的soc均衡策略。
95.针对此种方式的离网(微网)系统soc均衡控制逻辑图如图5所示。
96.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。