CN103683283B - 一种微电网***无缝切换的方法及*** - Google Patents

一种微电网***无缝切换的方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微电网***无缝切换的方法及***，方法包括：第一电压采集模块采集其连接的电网侧的各相电压值；PCS确定每相电压的当前电压值相对于标准值的失电比值，统计各相电压的所述失电比值低于预定值的次数总和；PCS判断所述总和的数值大于阈值，则执行VF切换，同时触发其连接的所述电网和微网之间的PCC开关断开。采用上述并网到离网的切换方式，电流冲击很小，能够实现并网到离网的平滑切换。

Description

一种微电网***无缝切换的方法及***
技术领域
本发明涉及电力切换控制领域，特别是指一种微电网***无缝切换的方法及***。
背景技术
在智能网中，微网***通过切换设备与电网相连接。切换设备包括控制器和PCS装置。
在运行过程中，当电网出现问题后，微网***需要及时将负载设备的电力供应从电网切换到微网上，通过微网的电源为负载设备提供电力。
参见图1所示的现有的网络结构示意图，目前的切换过程包括：
通过微网***控制器检测电网的电信号；
当电网故障，检测的电信号小于阈值，则控制器向PCS发送通知，PCS向微网发送电网故障前的电信号，同时关闭PCC开关；
微网按照该电信号同步电压、幅值等，并提供电力。
切换过程中，并网到离网VF切换控制算法一般为两种，第一种为幅值斜坡启动和PI调节控制实现，第二种为直接给定额定幅值和PI调节控制实现，控制框图如图2所示。第一种方法控制速度较慢，会导致分布式发电电源报电网侧欠压和欠频故障而停止工作；第二种方法电压幅值给定法会导致切换过程中电流冲击，导致PCS储能变流器报过流故障，PCS停止工作。
发明内容
有鉴于此，本发明在于提供一种微电网***无缝切换的方法及***，以解决上述切换过程中速度慢或冲击大的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种微电网***无缝切换的方法，包括：
第一电压采集模块采集其连接的电网侧的各相电压值；
PCS确定每相电压的当前电压值相对于标准值的失电比值，统计各相电压的所述失电比值低于预定值的次数总和；
PCS判断所述次数总和的数值大于阈值，则执行VF切换，同时触发其连接的所述电网和微网之间的PCC开关断开。
所述失电比值为：
当前电压值与所述标准值求差值，该差值与所述标准值的比值作为所述失电比值；
所述预定值为12%～18%之间，所述次数为4～8之间。
所述预定值为15%，所述次数为5。
还包括：与微网侧连接的第二电压采集模块；
所述PCS根据所述第一电压采集模块和第二电压采集模块的电信号采集值，触发其连接的所述PCC开关断开。
本发明还提供一种微电网***无缝切换的***，包括：
第一采集单元，用于通过第一电压采集模块采集其连接的电网侧的各相电压值；
比较单元，用于通过PCS确定每相电压的当前电压值相对于标准值的失电比值，统计各相电压的所述失电比值低于预定值的次数总和；
第一控制单元，用于通过PCS判断所述总和的数值大于阈值，则执行VF切换，同时触发其连接的所述电网和微网之间的PCC开关断开。
优选地，还包括：
第二采集单元，用于通过与微网侧连接的第二电压采集模块采集电压；
第二控制单元，用于控制所述PCS根据所述第一电压采集模块和第二电压采集模块的电信号采集值，触发其连接的所述PCC开关闭合。
本发明的方法和***，通过比较电网侧的电压，实现电网和微网之间的PCC开关断开或闭合，具有速度快、冲击小的特点。
附图说明
图1为现有技术的网络结构示意图；
图2为现有技术的的控制算法框图；
图3为本实施例中网络结构示意图；
图4为本实施例中电压采集模块的结构示意图；
图5为本实施例中智能PCS储能变流器的结构示意图；
图6为本实施例中离网过程的流程图；
图7为本实施例中并网到离网的控制算法流程图；
图8为本实施例并网到离网的控制算法框图；
图9为本实施例并网到离网切换的仿真图；
图10为本实施例离网到并网的切换过程；
图11为本实施例离网到并网的控制算法流程图；
具体实施方式
为清楚说明本发明中的方案，下面给出优选的实施例并结合附图详细说明。
本发明实施例中的微网***的结构，参见图3，包括：智能PCS储能变流器，PCC开关在市电大电网和微电网之间，电压采集模块V1和电压采集模块V2分别连接在市电大电网、微电网与智能PCS储能变流器之间。
微网智能PCS储能变流器通过电压采集模块V1实时检测大电网线电压，实时计算大电网电压幅值Ugrid相位和频率fgrid。通过电压采集模块V2实时检测微网线电压，实时计算出微网电压幅值Uminigrid、相位和频率fminigrid。
智能PCS储能变流器根据采集的数据控制PCC开关。
其中，电压采集模块采用如图4所示的硬件结构实现，参见图4，电压采集模块V1和电压采集模块V2内部结构一样，电压采集模块V1由一个电阻R1和一个电压传感器1组成，电压采集模块V2由一个电阻R2和一个电压传感器2组成。
参见图5，智能PCS储能变流器采用如图5所示的结构实现，包括智能PCS储能变流器中央处理器（例如：DSP）和三相整流/逆变电路模块，其中智能PCS储能变流器中央处理器包括数据采集模块、电网电压检测控制器、相位差检测控制器、PCC开关控制器、电池管理***。
本发明的方法通过上述图3、4、5的微网***实现微网与电网之间的并网和离网过程。
下面首先说明离网过程，参见图6，包括：
S61：第一电压采集模块采集其连接的电网侧的各相电压值；第一电压采集模块即图3中的电压采集模块V1；
S62：PCS确定每相电压的当前电压值相对于标准值的失电比值，统计各相电压的所述失电比值低于预定值的次数总和；
S63：PCS判断所述次数总和的数值大于阈值，则执行VF切换，同时触发其连接的所述电网和微网之间的PCC开关断开。
本发明的实施例的方法，通过直接给定调制波的方式计算PWM输出占空比。能够在并网到离网切换过程中，保证智能PCS储能变流器在VF控制时快速建立微网参考电压幅值和频率，保证微网***分布式电源正常工作。
参见图7所示的流程图，并网到离网的流程图，包括以下步骤：
第一电压采集模块采集其连接的电网侧的各相电压值；
PCS确定每相电压的当前电压值相对于标准值的失电比值，统计各相电压的所述失电比值低于预定值的次数总和；
PCS判断所述总和的数值大于阈值，则执行VF切换，同时触发其连接的所述电网和微网之间的PCC开关断开。
所述失电比值为当前电压值与所述标准值求差值，该差值与所述标准值的比值作为所述失电比值；
优选地：所述预定值为12%～18%之间，所述次数为4～8之间。
优选地：所述预定值为15%，所述次数为5。
具体操作过程为：
S11：第一电压采集模块V1实时采集大电网的线电压，此时计数值N=0；
S12：实时计算大电网的有效电压值UA，UB，UC；
S13：比较UA，UB或UC三相任意一相电压幅值是否低落幅度超过15%，如果UA，UB或UC任意一相电压幅值跌落15%，此时计数值N进行N++计算。
S14：如果N>5，则智能PCS储能变流器进行并网到离网切换控制，启动VF控制，同时输出PCC开关分闸控制信号，实现并网到离网的无缝切换控制。如果N<5，则智能PCS储能变流器不进行并网到离网切换，保持并网运行。如果UA，UB，UC三相的电压幅值都没有跌落15%，则重新开始检测。
在并网至离网切换中，预定值阈值设置过低会提高***的敏感度，但是会降低***的稳定性；预定值阈值设置过高会提到***的稳定性，但是会降低***的动态响应。
在实验过程中，当设置阈值低于为12%时，微网***对检测电网三相电压UA，UB或UC参数变化非常敏感，在电网电压因负载增加、电容设备启动等其他原因导致电网电压短暂性下降后恢复，此时会导致微网***并离网开关频繁切换，导致的负载用电出现异常，降低***的容错技术，降低微网***稳定性。
在实验室过程中，当设置阈值高于为18%时，微网***虽然稳定性增加，但是会导致对***参数变化不够敏感，导致***不能及时检测出电网电压的变化，导致微网***各设备逆变器出现故障，微网***出现故障异常。
因此，经过实验数据和综合分析，将预定值设置为15%，能够满足微网***对参数变化的敏感度，同时能够对参数变化做出动态反应，同时，也能保证微网***能够稳定性要求。
参见图8，为本实施例中并网到离网的控制算法框图，通过上述实施例，并网到离网切换控制通过直接给定调制波的方式计算PWM输出占空比，能够在并网到离网切换过程中，保证智能PCS储能变流器在VF控制时快速建立微网参考电压幅值和频率，保证微网***分布式电源正常工作。参见图9，本实施例并网到离网切换的仿真图，通过仿真实验，可以看到在过零点的切换，电流冲击很小，能够实现并网到离网的平滑切换。
上面的实施例详细说明了并网到离网的切换过程，下面通过实施例说明离网到并网的切换过程，参见图10，微网***离网到并网的切换过程，包括：
S101：第一电压采集模块采集连接的电网侧的电压值、频率值和相位值；第二电压采集模块采集连接的微网侧的相位值；
S102：PCS按照所述电网侧电压值调控所述微网侧的电压、按照所述电网侧频率值调控所述微网侧的频率；
S103：PCS比较电网侧与微网侧的相位差的绝对值；
S104：如果判断到绝对值大于阈值，则控制所述微网侧的相位按照第一调节范围值超前或滞后相应角度；
S105：如果判断到绝对值不大于阈值，则控制所述微网侧的相位按照第二调节范围值超前或滞后相应角度；
S106：直到判断到所述绝对值符合要求，将微网***切换到并网。
通过上述的调节步骤之后，实现离网到并网的平滑切换。下面通过具体的实例详细说明上述过程。参加图11，包括：
在离网状态切换到并网状态时，必须保证微网交流母线和大电网交流母线幅值、相位和频率一致。本发明实现快速调节微网电网相位、幅值、频率调节，实现微网***从离网状态到并网状态的切换。
所述离网到并网的切换之前还包括：所述第二电压采集模块V2采集所述微网侧的电压值和频率值；所述PCS比较所述电网侧和所述微网侧的电压值的差值、频率值的差值是否小于阈值，如果小于，则执行离网到并网的操作。具体为：在微网***处于离网运行状态，微网智能PCS储能变流器处于V/F电压源控制模式。微网智能PCS储能变流器可通过电压采集模块V2实时检测微网电压幅值Uminigrid、相位和频率fminigrid；如果大电网从失电到恢复供电，智能PCS储能变流器通过电压采集模块V1检测大电网的幅值Ugrid相位和频率fgrid。
由于智能PCS储能变流器控制输出微网电网电压幅值和频率与大电网的幅值误差和频率误差较小，可直接进行微网***电压和频率控制，首先将微网智能PCS储能变流器V/F控制的电压参考值Uref=Ugrid，控制微网***电压幅值Uminigrid=Ugrid；然后将微网智能PCS储能变流器V/F控制的电压参考值fref=fgrid，控制微网***电压频率fminigrid=fgrid；由于智能PCS储能变流器控制输出微网电网电压相位与大电网的相位误差较大，需要对微网***的相位进行调节。
优选地，所述阈值为0.5235，所述第一调节范围值为，0.1～0.2之间；所述第二调范围值为0.01～0.02之间。
离网到并网的切换过程还包括，判断所述绝对值符合要求，将微网***切换到并网的过程包括：判断所述绝对值小于0.087，则向PCC开关发出控制信号，PCC开关闭合所述电网和所述微网。
具体为：首先计算出微网***与大电网相位差如果大于0，则表示微网***滞后大电网，智能PCS储能变流器将减小值；如果小于0，则表示微网***超前大电网，智能PCS储能变流器将增加值。由于误差值可能较大，直接改变值可能造成电流的冲击。如果大于0.5235（角度为30度），对应微网***如果小于0.5235（角度为30度），对应微网***[（γ1＞γ2），一般γ1取值范围（0.1～0.2），一般γ2取值范围（0.01～0.02）]，此时如果小于0.087（角度为5度），则不进行相位调节，然后智能PCS储能变流器输出PCC开关合闸控制信号，实现微网***从离网到并网控制。
优选地，所述阈值为0.5235，所述第一调节范围值为，0.1～0.2之间；所述第二调范围值为0.01～0.02之间。
在离网至并网切换中，在低于阈值范围内，搜索步长设置过高会降低***的精确度，但是会提高***的响应速度；搜索步长设置过低会降低***的响应速度，但是会提高***的精确度。
在实验过程中，当相位差大于阈值0.5235（对应角度30度）时，采用搜索步长γ1取值范围（0.1～0.2）（对应角度5.7°～11.4°）。在相位差大于30度时，保证***的快速响应速度。如果γ1取值小于0.1时，相位差减小速度降低，相应微网跟踪大电网相位速度降低，从而降低微网***的相应速度；如果γ1取值大于0.2时，相位差减小速度提高，相应微网跟踪大电网相位速度提高，从而降低微网***的响应速度，但是跟踪精度降低，容易超出阈值范围，引起***的震荡。在相位差小于30度时，目的是保证***跟踪精度，如果γ2取值大于0.02时，相位差减小速度提高，相应微网跟踪大电网相位速度提高，从而提高微网***的相应速度但是降低了跟踪精度；如果γ2取值小于0.01时，相位差减小速度降低，相应微网跟踪大电网相位速度降低，但是提高***跟踪的精度，保证***的稳定运行。
因此，经过实验数据和综合分析，将预定值阈值设置为0.5235，在大于0.5235时，γ1取值范围（0.1～0.2），γ2取值范围（0.01～0.02），能够满足微网***对参数变化的敏感度，同时能够对参数变化做出动态反应，同时，也能保证微网***能够稳定性要求。
所述PCS根据所述第一电压采集模块采集的电网侧的各相电压失值比的次数，触发所述PCC开关断开。
本发明还提供一种微电网***无缝切换的***，包括：
第一采集单元，用于通过第一电压采集模块采集其连接的电网侧的各相电压值；
比较单元，用于通过PCS确定每相电压的当前电压值相对于标准值的失电比值，统计各相电压的所述失电比值低于预定值的次数总和；
第一控制单元，用于通过PCS判断所述总和的数值大于阈值，则执行VF切换，同时触发其连接的所述电网和微网之间的PCC开关断开。
优选地，还包括：
第二采集单元，用于通过与微网侧连接的第二电压采集模块采集电压；
第二控制单元，用于控制所述PCS根据所述第一电压采集模块和第二电压采集模块的电信号采集值，触发其连接的所述PCC开关闭合。
本发明的方法和***，通过比较电网侧的电压，实现电网和微网之间的PCC开关断开或闭合，具有速度快、冲击小的特点。
对于本发明各个实施例中所阐述的方法和***，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种微电网***无缝切换的方法，其特征在于，包括：
第一电压采集模块采集其连接的电网侧的各相电压值；
智能PCS储能变流器确定每相电压的当前电压值相对于标准值的失电比值，统计各相电压的所述失电比值低于预定值的次数总和；
智能PCS储能变流器判断所述次数总和的数值大于阈值，则执行电压频率VF切换，同时触发其连接的所述电网和微网之间的公共联络点PCC开关断开；
当前电压值与所述标准值求差值，该差值与所述标准值的比值作为所述失电比值；
所述预定值为12％～18％之间，所述次数为4～8之间。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定值为15％，所述次数为5。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：与微网侧连接的第二电压采集模块；
所述智能PCS储能变流器根据所述第一电压采集模块和第二电压采集模块的电信号采集值，触发其连接的所述公共联络点PCC开关断开。
4.一种微电网***无缝切换的***，其特征在于，包括：
第一采集单元，用于通过第一电压采集模块采集其连接的电网侧的各相电压值；
比较单元，用于通过智能PCS储能变流器确定每相电压的当前电压值相对于标准值的失电比值，统计各相电压的所述失电比值低于预定值的次数总和；当前电压值与所述标准值求差值，该差值与所述标准值的比值作为所述失电比值；
所述预定值为12％～18％之间，所述次数为4～8之间；
第一控制单元，用于通过智能PCS储能变流器判断所述总和的数值大于阈值，则执行电压频率VF切换，同时触发其连接的电网和微网之间的公共联络点PCC开关断开；
第二采集单元，用于通过与微网侧连接的第二电压采集模块采集电压；
第二控制单元，用于控制所述智能PCS储能变流器根据所述第一电压采集模块和第二电压采集模块的电信号采集值，触发其连接的所述公共联络点PCC开关闭合。
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