CN106099977A - 适于单相微电网模式切换的储能控制方法和*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适于单相微电网模式切换的储能控制方法和***，该方法包括：当单相微电网工作在并网模式时，控制单相微电网的储能***进入PQ控制模式；判断配电网是否出现故障，若是，则单相微电网切换至离网模式，并控制储能***切换至VF控制模式；当单相微电网工作在离网模式时，判断单相微电网是否满足并网条件，若否，则保持单相微电网的工作模式和储能***的控制模式不变。本发明通过储能***PQ控制模式和VF控制模式的灵活切换，有效削减光伏、风电等可再生能源发电输出功率间歇性和随机性的不足，实现内部能量的瞬时平衡，对于保障微电网的并离网平滑切换和确保单相微电网中敏感负荷的供电可靠性具有重要作用。

Description

适于单相微电网模式切换的储能控制方法和***

技术领域

本发明涉及电力***领域，特别是涉及一种适于单相微电网模式切换的储能控制方法和***。

背景技术

微电网作为分布式发电的高级结构形式，可以将多种分布式电源、负荷、储能有效地组织起来，既可以与外部配电网并网运行，也可以离网运行，其供电安全性和可靠性较高。随着风电、太阳能光伏等可再生能源分布式发电的快速发展，包含风电和光伏的可再生能源微电网具有良好的应用前景。随着分布式电源以及微电网的发展，光伏***和储能***在微电网中所占的比例越来越高。

为了解决光储微电网***中的功率平衡、稳定性和电能质量等问题，必须配备输出功率更为稳定的储能***，并按照预定的控制策略，实现微电网***内部能量的瞬时平衡。微电网与配电网之间的无缝切换，可以保证微电网内重要负荷的供电可靠性，对配电网的安全稳定运行也具有重要的作用，已经作为微电网的重要技术特征引起了广泛的重视。

发明内容

基于此，为解决现有技术中的问题，本发明提供一种适于单相微电网模式切换的储能控制方法和***，保障微电网的并离网平滑切换，保证微电网内重要负荷的供电可靠性，实现微电网内部能量的瞬时平衡。

为实现上述目的，本发明实施例采用以下技术方案：

一种适于单相微电网模式切换的储能控制方法，包括如下步骤：

当单相微电网工作在并网模式时，控制所述单相微电网的储能***进入PQ控制模式；

判断配电网是否出现故障，若是，则所述单相微电网切换至离网模式，并控制所述储能***切换至VF控制模式；

当所述单相微电网工作在离网模式时，判断所述单相微电网是否满足并网条件，若否，则保持所述单相微电网的工作模式和所述储能***的控制模式不变。

本发明还提供一种适于单相微电网模式切换的储能控制***，包括：

PQ控制模块，用于在单相微电网工作在并网模式时，控制所述单相微电网的储能***进入PQ控制模式；

故障判断模块，用于判断配电网是否出现故障；

VF控制模块，用于在所述配电网出现故障、所述单相微电网切换至离网模式时，控制所述储能***切换至VF控制模式；

条件判断模块，用于在所述单相微电网工作在离网模式时，判断所述单相微电网是否满足并网条件；若否，则所述VF控制模块保持所述单相微电网的工作模式和所述储能***的控制模式不变。

基于本发明的上述技术方案，在单相微电网模式切换时，通过储能***PQ控制模式和VF控制模式的灵活切换，有效削减光伏、风电等可再生能源发电输出功率间歇性和随机性的不足，实现内部能量的瞬时平衡，对于保障微电网的并离网平滑切换和确保单相微电网中敏感负荷的供电可靠性具有重要作用。

附图说明

图1是本发明的适于单相微电网模式切换的储能控制方法在一个实施例中的流程示意图；

图2是本发明实施例中储能***的原理示意图；

图3是本发明实施例中PQ控制模式的流程示意图；

图4是本发明实施例中VF控制模式的流程示意图；

图5是本发明实施例中单相微电网由并网模式转离网模式的仿真实验结果示意图；

图6是本发明实施例中单相微电网由离网模式转并网模式的仿真实验结果示意图；

图7是本发明的适于单相微电网模式切换的储能控制***在一个实施例中的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合较佳实施例及附图对本发明的内容作进一步详细描述。显然，下文所描述的实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。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他实施例，都属于本发明保护的范围。应当理解的是，尽管在下文中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

图1是本发明的适于单相微电网模式切换的储能控制方法在一个实施例中的流程示意图，如图1所示，本实施例中的适于单相微电网模式切换的储能控制方法包括以下步骤：

步骤S100，当单相微电网工作在并网模式时，控制所述单相微电网的储能***进入PQ控制模式；

单相微电网有两种工作模式，一种是并网模式，即单相微电网与配电网并网运行，另一种是离网模式，单相微电网离网运行。在本实施例中，当单相微电网工作在并网模式时，单相微电网的储能***进入PQ控制模式，此时有配电网提供电压支撑，单相微电网的储能***被处理为一个恒定的功率输出，在PQ控制模式下，要求储能***输出有功与无功是可控的，从而保证发电与用电的平衡。

图2是储能***的原理示意图，在一种可选的实施方式中，参照图2、图3所示，在储能***进入PQ控制模式后，储能***的控制过程包括以下步骤：

获取所述储能***实时输出电压u的相位θ，根据实时输出电压u的相位θ，以及给定的储能***输出有功功率P^*和无功功率Q^*，获得储能***的并网电压参考相位θ'，具体参照下式：

${\mathrm{\θ}}^{\′}=\frac{P^{*}}{\sqrt{{\left(P^{*}\right)}^2+{\left(Q^{*}\right)}^2}}+\mathrm{\θ}$

然后根据并网电压参考相位θ'、有功功率P^*、无功功率Q^*以及单相微电网的母线电压V_g获得储能***的并网参考电流i_ref，具体参照以下公式：

$i_{ref}=\frac{2\sqrt{{\left(P^{*}\right)}^2+{\left(Q^{*}\right)}^2}}{V_g}{\mathrm{sin\θ}}^{\′}$

最后根据并网参考电流i_ref进行储能控制，使得并网电压相位与并网电压参考相位θ'之差最小，并网电流与并网参考电流i_ref之差最小，实现单相微电网由离网模式切换至并网模式后的稳定运行。

可选的，储能***输出有功功率P^*和无功功率Q^*可以由单相微电网的中央控制器给定。单相微电网的中央控制器在接收配电网的调度指令后，就可以生成所述给定的储能***输出有功功率P^*和无功功率Q^*。

可选的，根据并网参考电流i_ref进行储能控制的具体过程可参照图3所示，将并网参考电流i_ref与储能***中滤波电感的电流i作差，并对差值i_ref-i进行PR控制。PR控制即比例谐振控制，由比例环节和谐振环节组成，可以实现对交流输入的无静差控制，PR控制的具体过程可参照现有技术，此处不予赘述。在本实施例中将PR控制的结果与储能***实时输出电压u相加，生成用于对储能***中的储能控制器进行控制的PWM信号，根据PWM信号对储能控制器进行控制(即对图3中示出的S1、S2、S3和S4进行控制)，实现并网电压相位与并网电压参考相位θ'之差最小、并网电流与并网参考电流i_ref之差最小，使得单相微电网由离网模式切换至并网模式后保持稳定地运行。

步骤S200，判断配电网是否出现故障，若是，则进入步骤S300；若否，则返回步骤S100；

在单相微电网工作在并网模式后，对配电网的运行状态进行监测，判断配电网是否出现故障，若是，则单相微电网切换至离网模式，单相微电网离网运行；若否，则单相微电网保持并网模式，与配电网并网运行。其中，配电网的故障包括停电或设备故障。

步骤S300，所述单相微电网切换至离网模式，并控制所述储能***切换至VF控制模式；

单相微电网切换至离网模式后，由于没有配电网的支撑，储能***切换至VF控制模式，通过控制电压和频率以满足敏感负荷的需求。

储能***在VF控制模式下充当***主电源，建立并维持***的电压和频率。在一种可选的实施方式中，参照图2和图4所示，在储能***切换至VF控制模式后，储能***的控制过程包括以下步骤：

对预设电压u_ref与储能***实时输出电压u的差值u_ref-u进行PI控制，获得储能***的离网参考电流i_ref'，对储能***实时输出电压频率f与预设频率f_ref的差值f-f_ref进行PI控制，获得储能***的离网电压参考相位θ^*；

然后根据离网电压参考相位θ^*和离网参考电流i_ref'进行储能控制，实现实时输出电压的幅值和频率的恒定。

上述的PI控制即比例积分控制，包括比例环节和积分环节，其中比例环节按比例反应***的偏差，***一旦出现了偏差，比例环节立即产生调节作用以减少偏差，积分环节使***消除稳态误差，提高无误差度。通过PI控制，根据给定值与实际输出值构成控制偏差，将偏差的比例和积分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。

可选的，参照图4所示，根据离网电压参考相位θ^*和离网参考电流i_ref'进行储能控制的过程包括：

通过正弦计算器计算离网电压参考相位θ^*的正弦值sinθ^*，并计算sinθ^*和离网参考电流i_ref'的乘积sinθ^**i_ref'，对sinθ^**i_ref'和储能***中的滤波电感的电流i作差，并对得到的差值进行PR控制。然后将PR控制的结果与储能***实时输出电压u相加生成PWM信号，并根据PWM信号对储能***中的储能控制器进行控制(即对图3中示出的S1、S2、S3和S4进行控制)。

步骤S400，当所述单相微电网工作在离网模式时，判断所述单相微电网是否满足并网条件，若是，则进入步骤S100；若否，则返回步骤S300，即保持单相微电网的工作模式和所述储能***的控制模式不变。

在单相微电网工作在离网模式下，判断单相微电网是否满足并网条件，例如判断配电网停电、设备故障是否得到解决，如果是，则单相微电网并入配电网运行，储能***由VF控制模式切换至PQ模式，保障单相微电网模式切换后母线电压和频率的稳定。

为了验证本实施例中的适于单相微电网模式切换的储能控制方法所具有的有益效果，下面结合一个仿真实验来进行说明。

首先是单相微电网由并网模式转离网模式的仿真实验，仿真开始后，单相微电网运行在并网模式，并达到稳定工作状态，参照图5所示，给定的储能***输出有功功率为1000W，无功功率为0Var，设定1000W纯阻性负荷接入单相微电网。在0.4s时，网侧并/离网控制开关断开，单相微电网进入孤岛运行状态，即切换至离网模式，储能***由PQ控制模式切换至VF控制模式，仿真结果如图5所示。从图5中可以看出，0.4s时储能***的控制模式切换时，储能***输出有功功率、母线电压及母线频率均发生微小波动。其中，母线电压最大波动为0.17V，满足规定的母线电压偏差的要求(ΔU≤±7％U_N＝15.4V)；母线频率最大波动为0.01Hz，满足规定的频率偏差的要求(Δf≤0.1Hz)，单相微电网模式切换后母线电压和频率保持稳定。

然后是单相微电网离网模式转并网模式的仿真实验，参照图6所示，在0.7s时，处于离网模式的单相微电网满足并网条件，闭合网侧并/离网控制开关，单相微电网并入配电网运行，储能***由VF控制模式切换至PQ控制模式，仿真结果如图6所示。从图6中可以看出，在0.7s储能***切换控制模式时，储能***输出有功功率、母线电压及母线频率均发生微小波动。其中，母线电压最大波动为0.15V，满足规定的母线电压偏差的要求；母线频率最大波动为0.02Hz，满足规定的频率偏差的要求，单相微电网模式切换后母线电压和频率保持稳定。

综上所述，本实施例中的适于单相微电网模式切换的储能控制方法，在单相微电网模式切换时，通过储能***PQ控制模式和VF控制模式的灵活切换，有效削减光伏、风电等可再生能源发电输出功率间歇性和随机性的不足，对于保障微电网的并离网平滑切换和确保单相微电网中敏感负荷的供电可靠性具有重要作用。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。

根据上述本发明的单相微电网模式切换的储能控制方法，本发明还提供一种单相微电网模式切换的储能控制***，下面结合附图及较佳实施例对本发明的适于单相微电网模式切换的储能控制***进行详细说明。

图7为本发明的适于单相微电网模式切换的储能控制***在一个实施例中的结构示意图。如图7所示，该实施例中的适于单相微电网模式切换的储能控制***包括：

PQ控制模块100，用于在单相微电网工作在并网模式时，控制所述单相微电网的储能***进入PQ控制模式；

故障判断模块200，用于判断配电网是否出现故障；

VF控制模块300，用于在所述配电网出现故障、所述单相微电网切换至离网模式时，控制所述储能***切换至VF控制模式；

条件判断模块400，用于在所述单相微电网工作在离网模式时，判断所述单相微电网是否满足并网条件；若否，则VF控制模块300保持所述单相微电网的工作模式和所述储能***的控制模式不变。

在一种可选的实施方式中，PQ控制模块100包括：

相位获取模块，用于获取所述储能***实时输出电压的相位；

并网电压参考相位计算模块，用于根据所述实时输出电压的相位，以及给定的储能***输出有功功率和无功功率，获得所述储能***的并网电压参考相位；

并网参考电流计算模块，用于根据所述并网电压参考相位、所述有功功率、所述无功功率以及所述单相微电网的母线电压获得所述储能***的并网参考电流；

第一控制模块，用于根据所述并网参考电流进行储能控制。

可选的，本实施例中的适于单相微电网模式切换的储能控制***，还包括设置在所述单相微电网的中央控制器中的生成模块500，用于接收所述配电网的调度指令，生成所述给定的储能***输出有功功率和无功功率。

在一种可选的实施方式中，VF控制模块300包括：

离网参考电流计算模块，用于对预设电压与所述储能***实时输出电压的差值进行PI控制，获得所述储能***的离网参考电流；

离网电压参考相位计算模块，用于对所述储能***实时输出电压频率与预设频率的差值进行PI控制，获得所述储能***的离网电压参考相位；

第二控制模块，用于根据所述离网电压参考相位和所述离网参考电流进行储能控制。

可选的，第二控制模块包括：

正弦计算模块，用于计算所述离网电压参考相位的正弦值；

乘法器模块，用于计算所述正弦值和所述离网参考电流的乘积；

PR控制器模块，用于对所述乘积和所述储能***中的滤波电感的电流作差，并对得到的差值进行PR控制；

PWM控制模块，用于将PR控制的结果与所述储能***实时输出电压相加生成PWM信号，并根据所述PWM信号对所述储能***中的储能控制器进行控制。

上述适于单相微电网模式切换的储能控制***可执行本发明实施例所提供的适于单相微电网模式切换的储能控制方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果，以上各个功能模块其具体功能的实现方法可参照上述方法实施例中的描述，此处不再予以赘述。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种适于单相微电网模式切换的储能控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

当单相微电网工作在并网模式时，控制所述单相微电网的储能***进入PQ控制模式；

判断配电网是否出现故障，若是，则所述单相微电网切换至离网模式，并控制所述储能***切换至VF控制模式；

当所述单相微电网工作在离网模式时，判断所述单相微电网是否满足并网条件，若否，则保持所述单相微电网的工作模式和所述储能***的控制模式不变。

2.根据权利要求1所述的适于单相微电网模式切换的储能控制方法，其特征在于，在所述储能***进入PQ控制模式后，所述储能***的控制过程包括以下步骤：

获取所述储能***实时输出电压的相位；

根据所述实时输出电压的相位，以及给定的储能***输出有功功率和无功功率，获得所述储能***的并网电压参考相位；

根据所述并网电压参考相位、所述有功功率、所述无功功率以及所述单相微电网的母线电压获得所述储能***的并网参考电流；

根据所述并网参考电流进行储能控制。

3.根据权利要求2所述的适于单相微电网模式切换的储能控制方法，其特征在于，还包括：

所述单相微电网的中央控制器在接收所述配电网的调度指令后，生成所述给定的储能***输出有功功率和无功功率。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的适于单相微电网模式切换的储能控制方法，其特征在于，在所述储能***切换至VF控制模式后，所述储能***的控制过程包括以下步骤：

对预设电压与所述储能***实时输出电压的差值进行PI控制，获得所述储能***的离网参考电流；

对所述储能***实时输出电压频率与预设频率的差值进行PI控制，获得所述储能***的离网电压参考相位；

根据所述离网电压参考相位和所述离网参考电流进行储能控制。

5.根据权利要求4所述的适于单相微电网模式切换的储能控制方法，其特征在于，所述根据所述离网电压参考相位和所述离网参考电流进行储能控制的过程包括：

计算所述离网电压参考相位的正弦值；

计算所述正弦值和所述离网参考电流的乘积；

对所述乘积和所述储能***中的滤波电感的电流作差，并对得到的差值进行PR控制；

将PR控制的结果与所述储能***实时输出电压相加生成PWM信号，并根据所述PWM信号对所述储能***中的储能控制器进行控制。

6.一种适于单相微电网模式切换的储能控制***，其特征在于，包括：

PQ控制模块，用于在单相微电网工作在并网模式时，控制所述单相微电网的储能***进入PQ控制模式；

故障判断模块，用于判断配电网是否出现故障；

VF控制模块，用于在所述配电网出现故障、所述单相微电网切换至离网模式时，控制所述储能***切换至VF控制模式；

条件判断模块，用于在所述单相微电网工作在离网模式时，判断所述单相微电网是否满足并网条件；若否，则所述VF控制模块保持所述单相微电网的工作模式和所述储能***的控制模式不变。

7.根据权利要求6所述的适于单相微电网模式切换的储能控制***，其特征在于，所述PQ控制模块包括：

相位获取模块，用于获取所述储能***实时输出电压的相位；

并网电压参考相位计算模块，用于根据所述实时输出电压的相位，以及给定的储能***输出有功功率和无功功率，获得所述储能***的并网电压参考相位；

并网参考电流计算模块，用于根据所述并网电压参考相位、所述有功功率、所述无功功率以及所述单相微电网的母线电压获得所述储能***的并网参考电流；

第一控制模块，用于根据所述并网参考电流进行储能控制。

8.根据权利要求7所述的适于单相微电网模式切换的储能控制***，其特征在于，还包括设置在所述单相微电网的中央控制器中的生成模块，用于接收所述配电网的调度指令，生成所述给定的储能***输出有功功率和无功功率。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的适于单相微电网模式切换的储能控制***，其特征在于，所述VF控制模块包括：

离网参考电流计算模块，用于对预设电压与所述储能***实时输出电压的差值进行PI控制，获得所述储能***的离网参考电流；

离网电压参考相位计算模块，用于对所述储能***实时输出电压频率与预设频率的差值进行PI控制，获得所述储能***的离网电压参考相位；

第二控制模块，用于根据所述离网电压参考相位和所述离网参考电流进行储能控制。

10.根据权利要求9所述的适于单相微电网模式切换的储能控制***，其特征在于，所述第二控制模块包括：

正弦计算模块，用于计算所述离网电压参考相位的正弦值；

乘法器模块，用于计算所述正弦值和所述离网参考电流的乘积；

PR控制器模块，用于对所述乘积和所述储能***中的滤波电感的电流作差，并对得到的差值进行PR控制；

PWM控制模块，用于将PR控制的结果与所述储能***实时输出电压相加生成PWM信号，并根据所述PWM信号对所述储能***中的储能控制器进行控制。