CN106463964B - 用于平衡微网中的相的能量存储 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种具有多个电气相(A)、(B)和(C)的微网(1)。微网包括连接到多个相中的至少第一相(A)和第二相(B)的能量存储部(5)。微网还包括连接到第一相并配置用于将功率注入所述第一相的第一单相分布式发电机。微网还包括连接至第二相并配置用于将功率注入所述第二相的第二单相分布式发电机。微网还包括连接到第一相的第一单相负载。微网还包括连接至第二相的第二单相负载。微网还包括配置用于控制微网使得功率经由能量存储部从第二相再分布到第一相的控制***。

Description

用于平衡微网中的相的能量存储
技术领域
本公开涉及用于控制具有至少两个电气相并且包括连接到该至少两个相中的一个的至少一个单相分布式发电机(DG)的交流(AC)微网的方法和装置。
背景技术
微网是发电、能量存储和负载的局部群组，所述微网通常操作成经由公共耦合点(PCC)连接到传统的中心式网络(宏观网络)。这个单个公共耦合点可以与宏观网络分离，孤岛微网。微网是旨在从许多小能源、DG局部地产生功率的结构的一部分。在微网中，DG经由控制DG的输出、即注入到微网中的电流的换流器被连接。
微网(在网络连接模式中，即，连接到宏观网络)从连接的DG位置供应最优的或最大功率输出，并且剩余功率通过宏观网络供应。微网在PCC处通过可控制开关连接到宏观网络。这种网络连接在网络故障和微网被孤岛期间丢失。
在孤岛期间，存在由于从网络输入的功率的损失和通过网络控制的电压的损失而导致的微网中的不平衡的风险。对于电压控制，需要改变DG的控制模式。功率平衡通过快速存储动作和立即脱落负载(load shedding)方案被解决。
在微网中，***稳定性通过针对操作作为用于微网的稳定器的连续的有效和无功功率注入的能量存储的应用而被改善。对于这种稳定器的主要控制哲学是分别基于局部频率和电压偏差的有效和无功功率注入。在大部分情形中，较大存储器/稳定器是经济的。然而，在微网中，根据增长、膨胀和DG的较高渗透，可能需要在存在的微网中添加新的存储器/稳定器并且产生在相同微网中具有多个稳定器的情形。
在交流(AC)***中，在稳定状态的任何地方频率是相同的，同时电压可能根据功率流动而不同。然而，在具有DG输出的连续变化、负载开关和低惯性的微网中，存在小规模的连续的频率和电压波动。并且偏差在大的瞬变(像DG故障等)期间较大。频率和电压稳定性涉及具有在干扰之后返回至初始值(或在可接受偏差内的任意其它稳定状态值)的能力的最小振荡和过冲。
微网的单相操作在许多应用像校园、设施或远程微网中相关。在存在单相DG和不平等负载时，***不平衡是一个问题，然而在规则限制内，不平衡不是主要问题。对于连接微网的网络，网络(宏观网络)的平衡确保来自PCC侧的功率供应和严格调节。然而在孤岛操作中，发电的不一致、负载的需要和优先性可能在相中极大不同。
能量存储可以扮演重要角色，但是在相在地理上分开的单相操作中，在需要最大可能需要的任何地方都安装存储器是昂贵的。
发明内容
本发明的目的是提供一种控制具有多个相和单相DG和单相负载的微网的改进的方法。由于微网中的连接的单相负载可能具有不同的优先次序，如果需要的话可能脱落一个或两个相中的负载以供应连接到这些相和/或其它相的高优先次序负载。根据本发明，包括能量存储的多相装置可以被用于相之间的功率交换。
根据本发明的方面，提供一种具有多个电气相的微网。微网包括连接到多个相中的至少第一相和第二相的能量存储部。微网还包括连接到第一相并被配置用于将功率注入所述第一相的第一单相分布式发电机(DG)。微网还包括连接到第二相并被配置用于将功率注入所述第二相的第二单相DG。微网还包括连接到第一相的第一单相负载。微网还包括连接到第二相的第二单相负载。微网还包括配置用于控制微网使得功率从第二相经由能量存储部再分布到第一相的控制***。
根据本发明的另一方面，提供一种在具有多个电气相的微网中执行的方法。方法包括将功率经由连接到至少第一相和第二相的能量存储部从多个相的第二相再分布到多个相的第一相，以便以充足功率量供应连接到第一相的第一单相负载。
通过连接到微网的第一相和第二相两者的能量存储部，功率可以在第一相和第二相之间交换，例如，存储部可以被来自第二相的过量的功率充电并且如果需要的话功率可以从存储部放电以注入第一相，例如将功率供应到连接到第一相的关键单相负载。这可能在孤岛操作中或在从电网络(宏观网络)输入的功率不足以(除了通过微网中的DG产生的功率外)支持微网中的所有负载的其它情况下尤其有用。如果在第二相存在过量的功率，则过量的功率可以经由存储部再分布到第一相。此外，如果第一相的关键负载具有比第二相的负载更高的优先次序，则第二相负载可以被断开或供应有减少的功率(这里叫做负载脱落)，以便获得过量的功率。
通常，权利要求中使用的所有术语将被解释为根据其技术领域的普通意义，除非这里明确地另外限定。“一种元件、设备、组件、装置、步骤等”所有引用将被公开地解释为指元件、设备、组件、装置、步骤等中的至少一个示例，除非明确地另外陈述。这里公开的任意方法的步骤不必须以严格的公开的顺序执行，除非明确地陈述。使用针对本公开的不同特征/组件的“第一”、“第二”等仅旨在将特征/组将与其它相似特征/组件进行区分并且不对特征/组件给与任何顺序或层次。
附图说明
将参照附图通过示例描述实施例，其中：
图1是根据本发明的微网的实施例的示意性电路图。
图2是示出根据本发明的用于DG的功率平衡计算的示例实施例的示意性框图。
图3是示出根据本发明的用于相的功率平衡计算的示例实施例的示意性框图。
图4是示出根据本发明的三相存储部的功率控制的示例实施例的示意性框图。
图5是本发明的方法的实施例的示意性流程图。
具体实施方式
现在，在下文中将参照附图更完全地描述实施例，其中示出特定实施例。然而，在本公开的范围内呈许多不同形式的其它实施例是可能的。更确切地说，下面的实施例通过示例提供使得本公开将是彻底和完整的，并且将为本领域技术人员完全传达公开的范围。在整个描述中，相似的标号指示相似的元件。
图1示意性地示出本发明的微网1的实施例。微网1经由断路器或其它开关3连接到电网(宏观网络)2。当断路器3断路时，微网1被孤岛。微网包括多个相，这里是三个相A、B和C，每个具有连接到其的至少一个单相分布式发电机(DG)4和连接到其的至少一个单相负载6。因此，微网1可以被视为三个单相(也可以被叫做单相)微网的组合，针对微网1的每个相一个单相。然而，全部的三个单相微网在断路器3的相同的公共耦合点(PCC)处连接到宏观网络2。在PCC处，能量存储部5(例如，包括电池或飞轮)连接到相中的每个，并且因此不是作为DG 4和负载6的单相装置。如上所提及的，单相网络可以在地理上彼此远离，可能较方便的原因是多相存储部5紧密连接到PCC，但是存储部5的其它位置可以被考虑，例如，在全部相在微网1的一些其它点处靠近彼此。根据本发明的多相存储部5的使用允许相之间的功率交换。还可能有利的是，在能量存储部5连接到微网的全部相或至少一些相，以便减少针对每个相的分开的能量存储部的需要，减少微网的花费。存储部5、DG 4和负载6中的每一个通常与换流器关联，例如电压源换流器(VSC)，其通过微网1的控制***7(见图4)的局部控制单元(存储部控制器、DG控制器和负载控制器)部分控制，用于调节存储部/DG/负载和微网相之间的功率交换。
在本发明的一些实施例中，微网1是三相微网，其中，能量存储部5连接到全部三个相A、B和C并且控制***7被配置用于经由能量存储部在全部三个相之间分布功率。
图2示意性地示出由用于DG 4的DG控制器进行的功率平衡计算。DG控制器接收关于由来自负载控制器的负载6所需要的功率的量的信息以及关于与DG 4连接的相A、B或C中的(如果有的话)其它DG的功率输出的信息。DG控制器还将关于其本身DG 4的功率输出PDG的信息发送到相的其它DG的DG控制器。基于此接收的和发送的信息，DG控制器计算相的功率平衡，例如呈现为有功功率ΔP和无功功率ΔQ的供应和需要之间的差(正或负)。
图3扩展图2的功率平衡计算到整个相A。每个负载具有将其功率需要Pload发送/散播到相的其它控制器(尤其DG控制器)的负载控制器。类似地，并且如关于图2讨论的，每个DG控制器将其功率输出能力PDG发送/散播到相的其它控制器(尤其DG控制器)。相A的每个DG控制器从其它控制器接收所发送的信息并且计算出的相的功率平衡ΔP和ΔQ。关于功率平衡的信息例如被发送到三相存储部5的存储部控制器。
图4示出图2和3的功率平衡计算如何用于通过存储部5的控制器计算相之间的再分布。控制***7包括用于计算相之间的配电的存储部控制器以及用于控制换流器接口例如VSC、用于执行计算的配电的存储部接口控制器。存储部控制器和接口控制器均被包括在存储部5、以及诸如电池或飞轮的能量存储装置和换流器接口中。三个相A、B和C被示意性地示出，每个具有多个DG 4和负载6。如关于图3所述的，每个DG的控制器将其相A、B或C的功率平衡ΔP和ΔQ发送到存储部控制器。存储部控制器计算多少功率从每个相到另一个相再分布，例如从相B和C再分布到相A，并且将关于功率的量的指令发送到存储部接口控制器以注入相A(PA)并从相B(PB)和相C(PC)提取。存储部接口控制器然后控制存储部5的换流器接口(例如VSC，未示出)以及电池，用于执行注入和提取。提取的功率被存储为存储部5中的电能，例如，电池中的电能，该电池提供直流(DC)电压Vdc用于功率注入到相A。
图5是本发明的方法的实施例的示意性流程图。方法在具有多个电气相A、B和C的微网1中执行。方法包括将功率经由连接到至少第一相和第二相的能量存储部5从多个相的第二相B再分布S5到多个相的第一相A，以便供应连接到具有充足功率量的第一相的第一单相负载6(通常是关键负载)。
可选地，方法可以包括：在再分布S5功率的步骤之前，检测S1事件，其中，响应于所检测S1的事件开始再分布S5。在一些实施例中，检测S1的事件是获得微网1已经失去其与电网2的连接的指示、获得从电网2到微网1输入的功率低于预定阈值的指示和/或获得在微网1中存在电压降的指示中的任意一个。
在本发明的一些实施例中，方法包括：在再分布S5功率的步骤之前，降低S2供应到连接到第二相B的第二单相负载6的功率的量。
在本发明的一些实施例中，方法包括：在再分布S5功率的步骤之前，获得S3关于在第一相A和第二相B中的每个中通过DG 4产生的可用功率的信息，以及关于在第一相和第二相中的每个中负载6所需要的功率的信息，并基于获得S3的信息计算S4将被分布S5的功率的量。在一些实施例中，负载6需要的功率仅包括已经被预先确定为具有高优先次序的负载所需要的功率。通常，具有低优先次序的负载然后已经从电源切断(脱落)。
示例
假设微网1被用于具有例如图1中所示的连接的多相DG 4和负载6的单相操作。三个相存储部5在PCC处被连接。
在孤岛模式中，断路器3断路以将微网1从网络2断开。低优先次序负载6在孤岛期间在全部相A、B和C中被脱落。
每个相的发电和负载需求通过控制***7的局部控制单元散播到彼此和/或到控制***7的中央控制单元(例如，存储部控制器)，以便计算每个相的功率平衡(通过DG 4产生的功率减去通过负载6消耗的功率)。
例如相B和C(这可以通过负载脱落被确保)的正功率平衡通过存储部5的相式控制被用于在具有关键负载的相A中注入功率。
DG 4中的功率平衡计算的示例已经被示出在具有负载功率和其它DG功率输出的图3中。在整个相上的功率平衡计算已经在图4中示出。
通过三相存储部5的功率控制计划的示例被示出在图4中，其中每个DG控制器计算功率平衡并且来自每个相的功率平衡被发送到存储部5的存储部控制器。
由于每个DG 4(即，每个DG的控制器)分开地计算针对相的功率平衡，它们被比较，并且如果它们不同，则旧的数据可能被废弃并且功率平衡计算的新的一轮可能开始。
用于配电的控制***7的存储部控制器计算针对各个相的功率输入和输出并为此将命令发送到存储部接口控制器。
相A的功率注入可以是从其它两个相B和C提取的功率，而在存储部5的自身存储的功率补偿损失。根据存储在存储部中的功率的量，注入的功率的一部分可以可选地从存储部5被供应。相反地，如果相B和C的正功率平衡给出相A所需要的过量的功率，则过量的功率可以被存储在存储部5中。当然，代替两个相供应功率为一个相，一个相可以以相似的方式将功率供应到两个相。
以上参照一些实施例已经主要描述了本公开。然而，如本领域技术人员将明显理解的，在如所附权利要求限定的本公开的范围内，与上面公开的实施例不同的其它实施例同样可能。

Claims (7)

1.一种具有多个电气相(A、B、C)的微网(1)，所述微网被配置成在公共耦合点处经由开关(3)连接至电网(2)，所述微网包括：
能量存储部(5)，连接到多个相中的至少第一相(A)和第二相(B)；
多个第一单相分布式发电机，连接到所述第一相(A)并配置用于将功率注入所述第一相；
多个第二单相分布式发电机，连接到所述第二相(B)并配置用于将功率注入到所述第二相；
至少一个第一单相负载，连接到所述第一相(A)；
至少一个第二单相负载，连接到所述第二相(B)；以及
控制***(7)，配置用于基于所述第一相和所述第二相中每相所计算出的功率平衡(ΔP、ΔQ)来控制所述微网(1)：使得所述存储部(5)被来自所述第二相(B)的过量功率充电以及通过将功率注入所述第一相(A)而放电；
其中所述控制***(7)的存储部控制器被配置成接收关于来自所述多个第一单相分布式发电机中的每个第一单相分布式发电机所计算出的所述第一相(A)的功率平衡(ΔP、ΔQ)的信息和关于来自所述多个第二单相分布式发电机中的每个第二单相分布式发电机所计算出的所述第二相(B)的功率平衡(ΔP、ΔQ)的信息；以及
其中所述存储部控制器被配置成基于所接收的信息计算出来自所述第二相的对所述存储部充电的过量功率量以及将要注入所述第一相的功率量。
2.根据权利要求1所述的微网，其中，所述微网(1)是三相微网，其中，所述能量存储部(5)连接到全部三个相(A、B、C)并且所述控制***(7)被配置用于经由所述能量存储部在全部三个相之间分布功率。
3.一种在具有多个电气相(A、B、C)的微网(1)中执行的方法，所述微网被配置成在公共耦合点处经由开关(3)连接至电网(2)，所述方法包括：
获得关于在第一相(A)和第二相(B)中的每相通过分布式发电机产生的可用的功率的信息，以及关于在所述第一相和所述第二相中的每相中的负载所需要的功率的信息，所述信息包括关于来自连接至所述第一相的多个第一单相分布式发电机中的每个第一单相分布式发电机所计算出的所述第一相(A)的功率平衡(ΔP、ΔQ)的信息和关于来自连接至所述第二相的多个第二单相分布式发电机中的每个第二单相分布式发电机所计算出的所述第二相(B)的功率平衡(ΔP、ΔQ)的信息；
基于所获得的信息计算将被再分布的功率量；以及
将所述功率的量从多个相的所述第二相(B)经由连接到至少第一相和第二相的能量存储部(5)而再分布到所述多个相的所述第一相(A)，其中所述再分布是通过将来自所述第二相的过量功率对所述存储部充电以及通过将功率注入所述第一相来对所述存储部放电来实现的，其中所述能量存储部(5)包括电池。
4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括：
检测事件；
其中，所述再分布响应于所检测的事件而开始。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所检测的事件是获得所述微网(1)已经失去其与所述电网(2)的连接的指示、获得从所述电网(2)输入到所述微网(1)的所述功率低于预定阈值的指示或获得所述微网(1)中存在压降的指示中的任意一个。
6.根据权利要求3-5中任一项所述的方法，进一步包括：
在再分布功率的步骤之前，使供应到连接至所述第二相(B)的第二单相负载的功率量降低。
7.根据权利要求3-5中任一项所述的方法，其中，负载所需要的功率仅包括已经被预先确定为具有高优先次序的负载所需要的功率。
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