一種微電網(wǎng)并網(wǎng)與離網(wǎng)控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種分布式電源發(fā)電的技術(shù)領(lǐng)域，具體的來說，是一種微電網(wǎng)并網(wǎng)與離網(wǎng)控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著世界性的化石燃料的日益減少和世界性能源危機問題的出現(xiàn)，開發(fā)和應用新的替代性和可持續(xù)性的新能源成為世界性的熱門話題。
[0003]已經(jīng)在大規(guī)模開發(fā)和利用的新能源有太陽能、地熱能、風能、海洋能、生物質(zhì)能和核聚變能等。未來有望開發(fā)的新能源包括海洋波能、可燃冰、煤層氣和微生物能等。新能源以其蓬勃的發(fā)展趨勢，即將取代傳統(tǒng)能源占據(jù)人類利用能源的主導地位。目前可再生能源在能源利用中的比例總體上偏低，一個原因是對新能源的開發(fā)重視程度不夠，另一個原因是與可再生能源技術(shù)的開發(fā)利用成本偏高有關(guān)，尤其是技術(shù)含量較高的太陽能、生物質(zhì)能、風能等成本還很高。目前用于實現(xiàn)把新能源轉(zhuǎn)化為電能的設備包括太陽能光伏電池、燃料電池、風力機、微汽輪、微內(nèi)燃機等。隨著新能源的大規(guī)模開發(fā)和應用，新能源大量接入電網(wǎng)，給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提出了一系列的挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]基于現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種微電網(wǎng)并網(wǎng)與離網(wǎng)控制系統(tǒng)，微電網(wǎng)是一種由微型電源和負荷共同組成的系統(tǒng)，它可同時提供電能和熱量；微電網(wǎng)內(nèi)部的電源主要由電力電子器件負責能量的轉(zhuǎn)換，并提供必要的控制；微電網(wǎng)相對于外部大電網(wǎng)表現(xiàn)為單一的受控單元，并可同時滿足用戶對電能質(zhì)量和供電安全等的要求。微電網(wǎng)在公共連接點PCC通過一個靜態(tài)開關(guān)來與外部電網(wǎng)Grid隔離開來。當靜態(tài)開關(guān)閉合的時候，微電網(wǎng)進入并網(wǎng)運行狀態(tài)，當靜態(tài)開關(guān)打開的時候，微電網(wǎng)進入孤立運行狀態(tài)。在PCC處一般還裝有功率控制器，控制整個微電網(wǎng)與外部電網(wǎng)之間的功率交換。
[0005]在微網(wǎng)中配置一定容量的儲能，通過合適的控制可以靈活調(diào)整系統(tǒng)的有功/無功量的不斷增加，微網(wǎng)中分布式電源的供電會給系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性及供電可靠性帶來一定的負面影響。儲能通過其功率控制器可以功率分布，抑制風力發(fā)電或光伏對微網(wǎng)穩(wěn)定性的不利影響。常見的儲能形式包括電化學儲能、飛輪儲能、超級電容器儲能以及超導儲能等。
[0006]微網(wǎng)在啟動和尚網(wǎng)運彳丁時，一般由輸出功率穩(wěn)走且谷星$父大的電源擔負組網(wǎng)電源，建立并維持系統(tǒng)的電壓與頻率。微型燃氣輪機、柴油發(fā)電機組、儲能等均可作為組網(wǎng)電源。與前兩者相比，儲能在擔任組網(wǎng)電源時，控制上更為靈活、便捷，并可以在組網(wǎng)電源和并網(wǎng)電源間靈活轉(zhuǎn)換，能夠?qū)崿F(xiàn)微網(wǎng)的離網(wǎng)運行和并網(wǎng)運行，以及離網(wǎng)/并網(wǎng)兩種模式間轉(zhuǎn)換的無縫過渡，以確保微網(wǎng)中負荷的供電連續(xù)性和電能質(zhì)量。
[0007]微網(wǎng)與大電網(wǎng)之間的無縫切換，微網(wǎng)的運行方式包括離網(wǎng)模式、并網(wǎng)模式以及離網(wǎng)并網(wǎng)模式之間的切換過程。由于采用了儲能單元作為微網(wǎng)的組網(wǎng)電源，因而，儲能控制的控制策略對于微網(wǎng)運行方式的控制非常重要。
[0008]離網(wǎng)模式儲能采用V/f控制建立并維持系統(tǒng)的電壓與頻率，儲能的輸出電壓取自系統(tǒng)預設值，經(jīng)濾波電容電壓環(huán)、濾波電感電流環(huán)雙環(huán)控制后產(chǎn)生儲能控制器的PWM信號。
[0009]在并網(wǎng)運行模式下，配電網(wǎng)提供微網(wǎng)的電壓及頻率支撐，儲能控制器采用PQ控制，根據(jù)系統(tǒng)的需要向配電網(wǎng)吸收或輸出一定的有功/無功功率，以維持特定條件下微網(wǎng)與配電網(wǎng)連接處PCC的功率潮流穩(wěn)定。濾波電容電壓環(huán)、濾波電感電流環(huán)雙環(huán)控制的基礎上，增加功率外環(huán)，由給定的Pc、Qc指令依次控制兩個內(nèi)環(huán)。
[0010]連接哪一段離網(wǎng)/并網(wǎng)模式無縫切換微網(wǎng)離網(wǎng)運行時，當接收到并網(wǎng)調(diào)度指令，微網(wǎng)將切換至并網(wǎng)運行模式，快速準確的電網(wǎng)狀態(tài)檢測以及電壓同步控制可以減少并網(wǎng)沖擊，實現(xiàn)模式的平穩(wěn)切換。
[0011]微網(wǎng)并網(wǎng)運行時，當計劃檢修或配電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，微網(wǎng)將切換至離網(wǎng)運行模式，儲能的快速控制可以縮短系統(tǒng)電壓及頻率的過渡時間，實現(xiàn)模式的靈活切換。
[0012]微網(wǎng)運行模式切換時，儲能控制策略相應改變。當采用PQ控制時，儲能控制器采用三環(huán)控制方式，利用功率控制環(huán)(并網(wǎng)電感電流)產(chǎn)生濾波電容電壓環(huán)的d_q軸分量參考值vdref、vqref，并引入電壓前饋提高控制系統(tǒng)的抗擾動能力。當采用V/f控制時，vdref、vqref值由系統(tǒng)預設。vdref、vqref經(jīng)濾波電容電壓環(huán)、濾波電感電流環(huán)產(chǎn)生儲能控制器的PWM信號。
[0013]在微網(wǎng)從并網(wǎng)運行切換至離網(wǎng)運行模式過程中，儲能控制器及時從三環(huán)控制方式切換至雙環(huán)工作方式。由于濾波電容電壓環(huán)和濾波電感電流環(huán)在兩種工作模式中保持不變，因而能夠確保系統(tǒng)在模式轉(zhuǎn)換過程中的平滑和快速。
[0014]微網(wǎng)中含多個分布式電源時，互聯(lián)接口的電力電子開關(guān)與信息接口共同實現(xiàn)即插即用特性，使得各分布式電源并入與切離微網(wǎng)系統(tǒng)變得非常便利。同時，各個互聯(lián)接口的信息接口部分通過微網(wǎng)系統(tǒng)中央管理單元進行通信，實現(xiàn)對各分布式電源并網(wǎng)、切除、發(fā)電調(diào)度、故障檢測等的統(tǒng)一管理，協(xié)調(diào)整個微網(wǎng)的運行，并能夠在完全斷供情況下輔助微網(wǎng)進行黑啟動。各重要負荷通過互聯(lián)接口的功率接口接入系統(tǒng)，微網(wǎng)和分布式電源運行正常時兩者同時對重要負荷供電，任一方發(fā)生故障情況下，都能確保重要負荷的供電不受影響，實現(xiàn)其供電模式的無縫切換。
[0015]功率接口是用來連接/斷開分布式發(fā)電單元與微網(wǎng)，并為線路電量測量提供接口的硬件接口，一般由線路開關(guān)和電量傳感器(用于為系統(tǒng)監(jiān)控提供電壓/電流信號)組成。功率接口是互聯(lián)接口的基礎部分，功率接口可以是單相二/三線或者三相三/四線，接線方式?jīng)Q定著電纜/電線和傳感器的數(shù)目，也決定著斷路器和感應器的等級。該接口包括手動開關(guān)、斷路器、控制接觸器、電壓/電流測量等部分。
[0016]除了功率部分外，接口還包括2類信息:一類是傳感器測量的電壓/電流信號以及斷路器狀態(tài)，上送至信息接口 ；另一類是信息接口發(fā)出的控制信號，控制并網(wǎng)接觸器。
[0017]為了對負載提供高質(zhì)量的供電電源，并提高微網(wǎng)故障時保護的反應速度，采用快速靜態(tài)開關(guān)晶閘管，如可控硅整流器(SCR)代替普通的機械開關(guān)，其關(guān)斷時間短、通過電流大、價格低。串聯(lián)機械開關(guān)主要用于電力電子開關(guān)故障時將其徹底與線路隔離，并聯(lián)旁路開關(guān)供電力電子開關(guān)檢修時備用，電流傳感器和電壓傳感器供測量線路實時電量使用。
[0018]信息接口比功率接口復雜，是互聯(lián)單元的核心，主要包括3種信息:采集電壓、電流和其他參數(shù)的測量信息；發(fā)送/接收輸入/輸出信號的控制信號；分布式電源和微網(wǎng)的信息。
[0019]為了提高接口使用的靈活性和功能可擴展性，并結(jié)合實際應用要求，采用微處理器對功率接口傳送來的信息進行處理，并為系統(tǒng)提供控制功能。微處理器的數(shù)據(jù)處理能力能滿足系統(tǒng)要求，同時，控制性能強，通信接口豐富，具有以太網(wǎng)、CAN、RS2485多種通信接口，外圍硬件方面還配置有USB接口、液晶顯示器(IXD)、鍵盤接口、網(wǎng)口，便于系統(tǒng)性能的擴展。
[0020]信息接口包括輸入信息和輸出信息兩大類信息。
[0021]輸入信息包括:來自功率接口的傳感器信號與開關(guān)狀態(tài)信號；來自本地分布式電源和其他設備(如電力系統(tǒng)操作設備、企業(yè)能量管理系統(tǒng)、其他分布式電源)的通信信號；從鍵盤上輸入的手動控制命令。
[0022]輸出信息包括:發(fā)送到開關(guān)連接/斷開設備的控制信號；發(fā)送到分布式電源(開關(guān)開/合信號、功率命令等)和微網(wǎng)的通信信號(功率輸入/輸出數(shù)據(jù)等)；顯示面板上的監(jiān)視信號，如功率、能量、諧波等。
[0023]接口互聯(lián)單元的功能模塊通過微處理器實現(xiàn)。這些功能模塊主要有
1)頻率、電量等的數(shù)據(jù)計算、顯示、傳輸；
2)繼電保護:如欠壓保護、過壓保護、過頻率保護、低頻率保護等；
3)同步:將測得的微網(wǎng)電壓和頻率與分布式電源輸出電壓和頻率進行比較，當微網(wǎng)與分布式電源的電壓和頻率分別足夠接近時，模塊將對互聯(lián)單元載流設備發(fā)出合閘命令。如果電壓和頻率相差大、無法并網(wǎng)時，互聯(lián)單元便將微網(wǎng)的電壓和頻率信號發(fā)送給分布式電源，分布式電源據(jù)此對本身電壓和頻率進行調(diào)節(jié)，以使電壓和頻率達到并網(wǎng)要求；