一种微电网群同期合闸并网的控制方法
【专利摘要】本发明提供了一种微电网群同期合闸并网的控制方法，其包括：用电压互感器分别测量配电网侧和微电网群侧的电压幅值、电压频率和电压相位差；B基于电压频率设定微电网群侧AC/DC转换单元的输出电压频率目标值；通讯总线向AC/DC转换单元发送广播消息；在预定时间后，经锁相环跟随配电网侧的频率和相位输出电压频率；通讯总线向所述AC/DC转换单元发送广播消息；和.微电网群同期合闸控制器发送合闸命令。本发明提供的基于电力电子接口控制的逆变器控制并网频率，实现了微电网侧和配电网侧的电压幅值、频率和相位完全相同，调节精度高，减少合闸冲击电流的冲击。
【专利说明】
一种微电网群同期合闸并网的控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及新能源发电领域，具体讲涉及一种微电网群同期合闸并网的控制方 法。
【背景技术】
[0002] 随着微电网技术发展的成熟，使区域配网负荷就地平衡、改善供电可靠性、提高可 再生能源的利用率有了可靠的利用手段，但由于受到单个微电网容量的限制，其接纳间歇 性电源的数量存在局限性。随着区域配网间歇性电源渗透率的提高，其连接的外电网将承 受配网内的功率波动，从而可能导致弃风、弃光的现象，因此需要更多不同种类的间歇性电 源加入微电网，组成微电网群，以在一定程度上减少配网内的功率波动，运行中各微电网存 在不同的运行工况，微电网之间又可通过合理的能量互济进一步减少配网PCC点的功率波 动性及交换功率，使更多负荷就地平衡。
[0003] 微电网群中，由于存在更多不同种类的间歇性电源加入微电网，微电网群容量不 断增加，无论是交流汇流还是直流汇流形式的微电网群，必然存在多个AC/DC转换单元，这 些AC/DC转换单元通过公共节点PCC与电网相联。在微电网群与配电网并网时，为了减少并 网电流的冲击，要求并网断路器两侧的电压幅值、频率、相位均严格相同，在实际运行中，由 于相位差异造成的并网冲击电流对电力设备寿命的影响最大，因此严格要求并网时相位必 须相同，电压幅值和频率可以在规定的范围内略有差异。
[0004] 传统的电力系统中，多采用微机同期合闸控制装置实现两个不同电源之间的同步 合闸功能，其大多应用于变电站并网和发电厂的同步发电机并网，均采用的同期点预报算 法，其具有如下缺点：
[0005] 1)在数字变电站同期合闸装置中，频率基本不可调，但由于电源之间存在频率差， 须等待相位差为零时方可实现并网，其耗时长，通常为几分钟;此外，还要考虑信号通信时 间、断路器合闸时间、信号采样时间、数据处理时间等对同期合闸的影响，其计算复杂且不 精确，从而导致合闸冲击电流较大。
[0006] 2)在发电厂的同步发电机同期并网装置中，虽然同步发电机可以通过调节励磁电 流调节输出电压幅值，调节调速器调节输出频率，但是调节精度差，导致电网侧与发电机侧 的频率、相位不能严格相等的情况下并网，因此需要用同期点预报算法，该法依然存在耗时 长、计算复杂、冲击电流大的缺点。
[0007] 因此，需要提供一种技术方案来满足现有技术的需要。
【发明内容】
[0008] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种微电网群同期合闸并网的控制方 法，包括如下步骤:A.用电压互感器分别测量配电网侧和微电网群侧的电压幅值、电压频率 和电压相位差;B.基于电压频率设定微电网群侧AC/DC转换单元的输出电压频率目标值;C. 通讯总线向AC/DC转换单元发送广播消息;D.经过预定时间后，锁相环跟随配电网侧的频率 和相位输出电压频率;E.通讯总线向AC/DC转换单元发送广播消息;F.微电网群同期合闸控 制器发送合闸命令。
[0009] 步骤B包括:如果配电网的电压频率fD超出基准频率frrf，将微电网群侧AC/DC转换 单元的输出电压频率目标值设定为fM= fD_ A f ;
[0010] 如果配电网的电压频率&未超出电网基准频率frrf，将微电网群侧AC/DC转换单元 的输出电压频率目标值设定为f m= f D+ △ f;
[0011] 其中，0〈 Δ f〈〇.5Hz，Δ f为所述微电网群的电压频率调整值。
[0012] 步骤C中，在预定时间内，AC/DC转换单元的输出电压频率维持在目标值;预定时间 由配电网侧的电压和微电网群侧的电压相位差确定。
[0013] 如果配电网侧和微电网群侧的电压相位差则配电网的相位超前于微电网 群侧的相位。
[0014] 配电网的电压频率f D超出基准频率fref时，预定时间设定为」Γ=〈2;τ-.卸yd」/);
[0015] 所述配电网的电压频率fD未超出电网基准频率f ref时，所述预定时间设定为 ΔΤ=Δ(ρ/(2πΔ/)^
[0016] 如果配电网侧和微电网群侧的电压相位差则配电网相位滞后于微电网群 侧相位。
[0017] 配电网的电压频率f D超出基准频率fref时，预定时间设定为zi 7W2TT-zJ#Y27rz!/.):
[0018] 配电网的电压频率f D未超出基准频率fref时，预定时间设定力」Γ===部/(2τγ4/)。
[0019] 步骤Ε中，AC/DC转换单元的交流侧输出电压幅值等于配电网侧的电压幅值。
[0020] 步骤F中，在电压过零点时，切换开关闭合，微电网群的同期合闸控制器发送合闸 命令，微电网群与配电网并网运行。
[0021] 与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：
[0022] 1)本发明提供的基于电力电子接口控制的逆变器控制并网频率的方法，实现了微 电网侧和配电网侧的电压幅值、频率和相位的完全相同，调节精度高，减少合闸冲击电流的 冲击。
[0023] 2)本发明提供的通过调节逆变器侧电压幅值、频率和相位的方法实现同期合闸， 不必考虑信号通信时间、断路器合闸时间、信号采样时间、数据处理时间等对同期合闸的影 响，大大缩短了时间，调节速度快，通常仅需要几秒钟，精度高。
[0024] 3)本发明在同期合闸过程中，虽然调节了微电网内部电力供电频率，但其严格遵 循相关国标(例如国标GB Τ15945-2008)对电网频率的规定，最大频率偏差不超过±0.5ΗΖ， 实现微电网群内部用户负荷的高质量供电。
【附图说明】
[0025]图1是本发明的微电网群同期合闸控制装置；
[0026]图2是本发明的微网群分层结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步详细说明。
[0028] 传统同步发电机的频率/相位调节精度差，在电网侧与发电机侧的频率、相位不能 严格相等的情况下并网，不得不采用同期点预报算法，依然存在耗时长、计算复杂、冲击电 流大的缺点。本发明提供的一种微电网群同期合闸并网控制方法，充分利用了电力电子接 口的微电网发电单元输出电压频率/相位容易调节的优点，实现快速同步并网，通常仅需几 秒钟，电流冲击小。
[0029] 如图1所示，本发明的微电网群中包括多个间歇性发电单元、储能装置和多个AC/ DC转换单元，该多个AC/DC转换单元并联连接，并通过一个或多个切换开关与配电网相连， 具体包括如下步骤：
[0030] 1)通过电压互感器分别量测配电网侧和微电网群侧的电压幅值、电压频率和电压 相位差；
[0031] 2)根据配电网电压频率是否超出电网基准频率，设定微电网群侧AC/DC转换单元 的输出电压频率目标值；
[0032] 3)通过通讯总线发送广播消息给多个AC/DC转换单元，使微电网群侧AC/DC转换单 元的输出电压频率在预定时间内维持在输出电压频率目标值，预定时间根据配电网侧电压 和微电网群侧电压的相位差确定；
[0033] 4)经过预定时间后，该并联的多个AC/DC转换单元的输出电压频率通过锁相环跟 随配电网侧的频率和相位；
[0034] 5)通过通讯总线向多个AC/DC转换单元发送广播消息，使多个AC/DC转换单元交流 侧输出电压幅值等于配电网侧电压幅值，最后，微电网群同期合闸控制器发送合闸命令，在 电压过零点切换开关闭合，实现微电网群与配电网并网运行。
[0035] 步骤2)中，如果配电网电压频率fD超出电网基准频率fref，，例如fD>50Hz，为了微电 网群内部用户负荷的高质量供电必须严格遵循相关国标(GB T15945-2008)对电网频率的 规定，最大频率偏差不超过± 0.5Hz，因此设定微电网群侧AC/DC转换单元的输出电压频率 目标值为
[0036] 同理，如果配电网电压频率fD未超出电网基准频率fref，设定微电网群侧AC/DC转 换单元的输出电压频率目标值为f M=fD+Af，其中Af为微电网群电压频率调整值，取〇〈Af 〈0.5Hz，这样微电网侧和配电网侧用户负荷的供电电压频率均符合国标(GB Τ15945-2008) 对电网频率的规定。
[0037] 步骤3)中，经过预定时间调节，该微电网侧与配电网侧的相位必须相同，因此，如 果配电网侧和微电网群侧电压相位差^^>〇,则配电网相位超前于微电网群侧电压相位，配 电网电压频率fd超出电网基准频率frrf时，预定时间设定为却批知姻，配电网电压 频率f D未超出电网基准频率f 时，预定时间设定为
[0038] 如果配电网侧和微电网群侧电压相位差/^<〇,则配电网相位滞后于微电网群侧电 压相位，配电网电压频率f D超出电网基准频率f rrf时，预定时间设定为j 配 电网电压频率f D未超出电网基准频率frrf时，预定时间设定为」Γ=ζν〈2；ΓΖ丨/λ
[0039] 设定该预定时间的目的是调节相位差为零，经过该预定时间，该微电网侧与配电 网侧的相位调整为相同，此时微电网侧电压频率通过锁相环跟随配电网侧的频率和相位， 这样就具备了同期合闸的相位条件，因相位不同步引起的合闸电流冲击将非常小。
[0040] 在不考虑信号采样和传输时间的情况下，该同期合闸的调整时间即预定时间ΔΤ， 非常短，例如：在Δ f取值为Ο . 5Hz时，同期合闸的调整时间最长不超过2秒；在Δ f取值为 0.2Hz时，同期合闸的调整时间最长不超过5秒。
[0041] 以下技术特征对本申请的技术方案做进一步的限定：
[0042] 步骤2)中，如果配电网电压频率fD超出输电网的基准频率fref，设定微电网群侧 AC/DC转换单元的输出电压频率目标值为fM=fD_ Δ f;如果配电网电压频率fD未超出电网基 准频率fref，设定微电网群侧AC/DC转换单元的输出电压频率目标值为fM=f D+ Δ f，其中Δ f 为微电网群电压频率调整值，取〇〈 Δ f〈0.5Hz。
[0043] 步骤3)中，如果配电网侧和微电网群侧电压相位差却>0,则配电网相位超前于微 电网群侧相位。
[0044] 配电网电压频率fD超出电网基准频率frrf时，预定时间设定为如式(1)所示，
[0046] 配电网电压频率fD未超出电网基准频率frrf时，预定时间设定为如式(2)所示，
[0048] 如果配电网侧和微电网群侧电压相位差Jp<a，则配电网相位滞后于微电网群侧相 位，配电网电压频率fD超出电网基准频率fref时，所述预定时间设定为式（1)，配电网电压频 率f D未超出电网基准频率frrf时，所述预定时间设定为式(2 )。
[0049] 电网基准频率f ref为50Hz或者60Hz。该微电网群中的多个间歇性发电单元和储能 装置通过直流母线汇流，然后连接多个AC/DC转换单元，该直流母线上连接微电网群内电力 用户的直流负荷。
[0050] 图1所示，多个AC/DC转换单元的交流输出侧通过交流母线汇流，交流母线侧连接 微电网群内电力用户的交流负荷和配电网切换开关。
[0051] 在应用中采用了图2所示的控制结构，更进一步的，通讯总线为CAN总线、RS485串 行总线或以太网，该微电网群同期合闸控制器和测控装置接入GPS对时信号和秒脉冲信号， 进行时间同步，避免采样传输时间的延时误差。
[0052]更进一步的，该微电网群同期合闸控制器与后台服务器连接，接受紧急状态下后 台服务器的人工合闸/分闸指令，上传离网/并网运行数据。
[0053]更进一步的，该储能装置为蓄电池储能装置，该间歇性发电单元包括风力发电机 单元以及与其连接的风力发电单元控制器、光伏发电单元以及与其连接的光伏发电单元控 制器。
[0054]最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所 属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的【具体实施方式】进行修改或者 等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发 明的权利要求保护范围之内。
【主权项】
1. 一种微电网群同期合闸并网的控制方法，其特征在于，包括如下步骤： A. 用电压互感器分别测量配电网侧和微电网群侧的电压幅值、电压频率和电压相位 差； B. 基于所述电压频率设定微电网群侧AC/DC转换单元的输出电压频率目标值； C. 通讯总线向所述AC/DC转换单元发送广播消息； D. 经过预定时间后，锁相环跟随所述配电网侧的频率和相位输出所述电压频率； E. 所述通讯总线向所述AC/DC转换单元发送广播消息； F. 微电网群同期合闸控制器发送合闸命令。2. 根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤B包括： 如果所述配电网的电压频率fD超出基准频率fref，将所述微电网群侧AC/DC转换单元的 输出电压频率目标值设定为fM= fD- Λ f; 如果所述配电网的电压频率fD未超出电网基准频率f ，将所述微电网群侧AC/DC转换 单元的输出电压频率目标值设定为fM= fD+ A f ; 其中，0〈 △ f〈0.5Hz，△ f为所述微电网群的电压频率调整值。3. 根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤C中， 在预定时间内，所述AC/DC转换单元的输出电压频率维持在目标值； 所述预定时间由所述配电网侧的电压和所述微电网群侧的电压相位差确定。4. 根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于， 如果所述配电网侧和所述微电网群侧的电压相位差Ap >?>，则所述配电网的相位超前 于所述微电网群侧的相位。5. 根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于， 所述配电网的电压频率f D超出基准频率f r e f时，所述预定时间设定为 ΔΤ^(2π-Δφ)/(2πΔΙ)； 所述配电网的电压频率f D未超出电网基准频率f r (63 f时，所述预定时间设定为 Δ Τ=Αφ/(2πΑβ 〇6. 根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于， 如果所述配电网侧和所述微电网群侧的电压相位差△(?<〇,则所述配电网相位滞后于 微电网群侧相位。7. 根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于， 所述配电网的电压频率f D超出基准频率f r e f时，所述预定时间设定为 Δ Τ=(2π-Δ(ρ)/(2πΔ))； 所述配电网的电压频率ft未超出基准频率frrf时，所述预定时间设定为8. 根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤E中， 所述AC/DC转换单元的交流侧输出电压幅值等于所述配电网侧的电压幅值。9. 根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述步骤F中， 在电压过零点时，切换开关闭合，所述微电网群的同期合闸控制器发送合闸命令，所述 微电网群与所述配电网并网运行。
【文档编号】H02J3/46GK106026195SQ201610580848
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月21日
【发明人】盛万兴, 刘科研, 孟晓丽, 贾东梨, 何开元, 胡丽娟, 叶学顺, 刁赢龙, 唐建岗, 董伟杰, 李雅洁
【申请人】中国电力科学研究院, 国家电网公司, 国网北京市电力公司