一种微电网离并网快速预同步装置及并网方法与流程

1.本发明涉及微电网控制技术领域，具体涉及一种微电网离并网快速预同步装置及并网方法。


背景技术：

2.现有预同步技术依赖单独控制模块，通常将其作为独立的运行环节加入中央控制器中。接收到并网信号后，预同步环节启动，消除微电网母线电压与大电网母线电压指标差异，减小并网开关闭合后由于两母线电压差而造成的冲击；而后公共连接点开关从分位转为合位置，其他并联在母线上的模块按各自要求完成模式切换后，孤岛转并网模式切换结束。常规预同步环节工作原理如下：当检测到并网信号时，通过分别采集电网电压u
gabc
及微电网电压u
oabc
，计算得到幅值差、频率差及相角差，经过pi控制器求出偏移量δu与δf，再通过偏移量进行调节，使其相角、幅值跟踪电网电压，完成预同步控制环节。
3.参照图1，现有的预同步环节依靠独立环节完成，需要在软件系统中引入全新的软件控制，现有方法步骤较多、结构复杂，调节速度较慢。同时，应用现有预同步环节的离并网模式切换也存在由于开关不能瞬时动作、控制模式不能瞬间切换所导致的冲击问题。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中所存在的问题，本发明提供一种微电网离并网快速预同步装置，包括：并离网开关、微网控制器、第一储能装置和第二储能装置；
5.所述并离网开关接入大电网与微电网之间；所述第一储能装置与第二储能装置并联后与所述微电网连接，所述微网控制器一端与并离网开关连接，另一端与第一储能装置和第二储能装置连接；
6.所述微网控制器用于采集微电网与大电网电压、分别控制第一储能装置和第二储能装置的运行状态进行切换，还用于控制并离网开关闭合；
7.其中，所述运行状态包括：pq模式和v/f模式。
8.优选的，所述第一储能装置和第二储能装置均包括：储能单元和储能变流器；所述储能单元与储能变流器串联；
9.所述微网控制器的所述另一端与储能变流器连接。
10.优选的，所述第一储能装置和第二储能装置还分别包括：储能开关；
11.所述储能变流器通过储能开关接入微电网母线。
12.基于同一种发明构思，本发明还提供一种微电网并网方法，包括：
13.微网控制器实时采集微电网电压和大电网电压；
14.当检测到并网指令时，微网控制器分别控制第一储能装置和第二储能装置将v/f模式参考电压指标切换为微电网和大电网实时电压；
15.所述微网控制器基于所述微电网电压和大电网电压分别控制第一储能装置将运行状态切换为pq模式、控制并离网开关闭合控制第二储能装置将运行状态切换为pq模式。
16.优选的，所述微电网电压至少包括下述中的一种或几种：微电网电压幅值、电压相位和电压频率；
17.所述大电网电压至少包括下述中的一种或几种：大电网电压幅值、电压相位和电压频率。
18.优选的，所述微网控制器分别控制第一储能装置和第二储能装置将v/f模式参考电压指标切换为微电网和大电网实时电压，之后还包括：
19.所述第一储能装置以实时微电网电压为目标执行预同步；所述第二储能装置以实时大电网电压指标为目标执行预同步。
20.优选的，所述第一储能装置以实时微电网电压为目标执行预同步，包括：
21.修改第一储能装置的储能变流器v/f模式下的参考电压为实时微电网电压；
22.使用实时微电网电压相位替换原v/f控制环节内部生成的参考相位；
23.基于替换后的参考相位，对所述微电网电压进行clark/park变换和d-q变换后得到参考电压；
24.将所述替换后的参考相位和变换后的参考电压作为v/f控制环节的参考值；
25.基于所述参考值控制对第一储能装置的储能变流器进行控制，进而追踪所述微电网的实时电压。
26.优选的，所述微网控制器基于大电网电压指标控制第二储能装置执行预同步，包括：
27.修改第二储能装置的储能变流器v/f模式下的参考电压为实时微电网电压；
28.使用实时大电网电压相位替换原v/f控制环节内部生成的参考相位；
29.基于替换后的参考相位，对所述大电网电压进行clark/park变换和d-q变换后得到参考电压；
30.将所述替换后的参考相位和变换后的参考电压作为v/f控制环节的参考值；
31.基于所述参考值控制对第二储能装置的储能变流器进行控制，进而追踪所述大电网的实时电压。
32.优选的，所述微网控制器基于所述微电网电压和大电网电压分别控制第一储能装置将运行状态切换为pq模式、控制并离网开关闭合、控制第二储能装置将运行状态切换为pq模式，包括：
33.当达到第一并网目标时，所述微网控制器控制第一储能装置将运行状态切换为pq模式；
34.当达到第二并网目标时，所述微网控制器控制并离网开关闭合，然后控制第二储能装置将运行状态切换为pq模式；
35.其中，所述第一并网目标为：微网控制器实时采集的微电网电压和大电网电压差值在设定范围内。
36.优选的，所述微网控制器实时采集的微电网电压和大电网电压差值在设定范围包括大电网的电压幅值与微电网的电压幅值偏差、大电网的电压频率与微电网的电压频率偏差以及大电网的电压相位与微电网的电压相位偏差均设定范围。
37.优选的，所述第二并网目标包括：当所述微网控制器控制第一储能装置将运行状态切换为pq模式之后的一段时间后；或者，当所述微网控制器控制第一储能装置将运行状
态切换为pq模式之后，并且第一储能装置的输出功率恒定后。
38.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
39.本发明提出的基于v/f的预同步控制方法，通过将大电网母线电压参数作为储能单元逆变器v/f控制模式的运行参考值，通过储能离网运行模式实现微电网母线对大电网母线电压的追踪，简化了常规预同步结构，从而加快了预同步速度，提高了离并网模式切换的可靠性及成功率；
40.本发明提出的基于v/f的预同步控制设计的双储能配合的并网切换策略，在不需要增加额外装置的前提下，对现有储能单元进行分组规划，避免了微电网实际运行模式切换时，由于开关不能瞬时动作、控制模式不能瞬间切换所带来的冲击问题，避免了控制微电网离并网的静态开关的开合闸不能与控制方法同时动作而导致微电网的电压失控和过电流问题，减小了微电网并网时的冲击，简化了改造工作，降低了改造难度及成本。
附图说明
41.图1为传统的预同步控制器结构框图；
42.图2为本发明提供的一种微电网离并网快速预同步结构；
43.图3为本发明提供的一种微电网并网方法流程图；
44.图4为改进的预同步控制器结构框图；
45.图5为实施例3提供的基于改进的预同步控制方法的微电网并网方法流程图。
具体实施方式
46.为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。
47.实施例1：
48.本发明提出的一种微电网离并网快速预同步结构，如图2所示，包括：并离网开关、微网控制器、第一储能装置和第二储能装置；并离网开关接入大电网与微电网之间；第一储能装置与第二储能装置并联后与所述微电网连接，微网控制器一端与并离网开关连接，另一端与第一储能装置和第二储能装置连接；微网控制器用于采集微电网与大电网电压、分别控制第一储能装置和第二储能装置的运行状态进行切换，还用于控制并离网开关闭合；其中，运行状态包括：pq模式和v/f模式。
49.本发明中第一储能装置和第二储能装置均包括：储能单元和储能变流器pcs(power conversion system)；储能单元与储能变流器串联；所述微网控制器的所述另一端与储能变流器连接。
50.为了方便表述，在本实施例中，第一储能装置的储能单元为储能单元a、第二储能装置的储能单元为储能单元b；储能单元的命名仅为了表述方便，可以定义为任意名称。
51.微电网在并离网开关闭合后进入并网状态，在并离网开关断开后进入离网状态；储能装置常在离网模式下以v/f运行，在并网状态下以pq运行。
52.微电网并网状态下储能单元使用pq控制，向大电网恒定输出功率；微电网离网状态下储能单元使用v/f控制，稳定微电网侧母线电压；
53.微网控制器用于检测微电网与大电网电压指标，控制储能单元a、b模式切换与并
离网开关动作；
54.微电网进行离并网操作时，使用微网控制器根据并离网开关控制储能单元a、b分时从v/f控制切换为pq控制；
55.本发明的微电网从离网运行向并网切换时，微网控制器用于采集大电网母线电压幅值、相位和频率信息，将其作为参考值输入储能单元v/f控制模块，使微电网侧的频率和电压调节到与大电网侧一致；微网控制器检测微电网母线达到并网条件后，发出信号控制离并网开关闭合，微电网与大电网并网；微网控制器控制储能单元a、b分别从pq控制模式切换为v/f控制模式。
56.实施例2：
57.基于同一种发明构思，本发明还提供了一种微电网并网方法，本方法基于v/f的预同步控制设计的双储能配合的并网切换策略实现，如图3所示，包括：
58.s1、微网控制器实时采集微电网电压和大电网电压；
59.s2、当检测到并网指令时，微网控制器分别控制第一储能装置和第二储能装置将v/f模式参考电压指标切换为微电网和大电网实时电压；
60.s3、所述微网控制器基于所述微电网电压和大电网电压分别控制第一储能装置将运行状态切换为pq模式、控制并离网开关闭合控制第二储能装置将运行状态切换为pq模式。
61.在步骤s2中，当检测到并网指令时，微网控制器分别控制第一储能装置和第二储能装置将v/f模式参考电压指标切换为微电网和大电网实时电压，以执行预同步过程，其过程包括：接收到并网指令后，储能单元ab同时动作，进行预同步，预同步的过程一致，但二者的v/f模式输入量不同，储能单元a输入为微电网实时数值，储能单元b输入为大电网实时数值，此预同步是使用储能装置的v/f模式运行实现。
62.以第一储能装置控制实现过程为例，对预同步过程进行具体介绍，过程中所提到的电网电压为微电网电压，如图4所示，包括：
63.(1)接收到并网信号后，修改v/f控制器的参考电压为电网电压实时检测值；
64.(2)使用锁相环pll检测电网电压相位ωgt，用其替换原v/f控制环节内部生成的参考相位ωt；
65.(3)基于新的参考相位ωgt，对电网电压检测值进行为clark/park变换，获得电网d-q轴参考电压u
gdref
和u
gqref
；
66.(4)将ωgt、u
gdref
和u
gqref
作为v/f控制环节的参考值输入，产生pwm信号，储能变流器的输出电压便会在v/f控制环节的控制下追踪实时电网电压；
67.(5)大电网与微电网母线电压幅值偏差δu、频率偏差δf、相角偏差δθ均小于各自阈值10％ugv、0.2hz和5
°
时，完成预同步。
68.基于v/f控制的预同步控制策略的关键在于：将电网电压ωgt及d-q轴电压检测值作为v/f控制环节的参考值，可分别锁定电网电压的相角/频率和幅值。
69.对于第二储能装置的预同步过程参考上述过程，但是过程中的电网电压为大电网电压。
70.实施例3
71.下面以一个具体的实例，对本发明的微电网并网方法进行具体介绍，如图5所示，
实现过程为：
72.(1)巡检并网指令；
73.(2)检测到并网指令为1时，启动预同步环节，达到第一并网指标后，预同步环节结束；这里的并网指标为：当微网控制器实时采集的微电网电压指标和大电网电压指标之间差距在允许范围内；例如：大电网与微电网母线电压幅值偏差δu、频率偏差δf、相角偏差δθ均小于各自阈值10％ugv、0.2hz和5
°
，上述数据是最佳范围，但是最佳范围可根据具体的实验环境进行试验具体确定，并且根据具体工作环境，还可采纳在最佳范围附近的数据。
74.(3)储能a切换为pq模式，储能b以预同步参考值为输入量继续运行在v/f模式；
75.(4)当达到第二并网指标后，闭合并网开关，微电网与大电网并网；这里第二并网指标包括：当所述微网控制器控制第一储能装置将运行状态切换为pq模式之后的一段时间后；或者，当所述微网控制器控制第一储能装置将运行状态切换为pq模式之后，并且第一储能装置的输出功率恒定后。
76.(5)储能b切换为pq模式。
77.本发明提出的一种双储能光伏小系统离-并网平滑切换策略，在离并网过程中可确保微电网母线电压低扰动，同时“无缝”切换主要依靠：
78.(1)储能a单元的预同步控制以微电网的电压为参考电压，先行预同步；储能b单元的预同步控制以大电网的电压为参考电压，随后预同步，相比两储能单元同时预同步的模式，可避免储能单元差异造成的微电网母线电压扰动；
79.(2)两储能单元预同步成功后，二者先后转换为pq控制模式，相比同步转换为pq的控制模式，可显著抑制微电网母线电压扰动；
80.(3)两储能单元均采用基于v/f控制的预同步策略，可确保微电网母线电压“无缝”平滑切换。
81.本发明提出的一种新型控制方法切换策略，合理使用实际电站中的多个储能模块，将其分为两组储能模块并联运行，两组储能模块分时段独立切换控制策略，从而降低系统模式切换时产生的暂态冲击。
82.显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
83.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
84.本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
85.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
86.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
87.以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。