CN108879766A - 一种微电网快速协调控制保护***及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微电网快速协调控制保护***，该***包含微电网协调控制保护装置、通信网络、主控分布式电源、从控分布式电源、保护测量装置；所述的微电网协调控制保护装置具备孤岛监测、联络线功率控制、调频调压、功率平滑控制、频率电压紧急控制、运行模式切换、过流保护功能；本发明还相应公开了一种微电网快速协调控制保护***的控制方法，所述的保护测量装置收到微电网协调控制保护装置并离网状态指令后，实施定值自适应切换，解决微电网不同运行状态下故障电流不一致的问题。本发明通过微电网协调控制保护装置对分布式电源和负荷的协调控制，实现微电网在并网和离网两种状态下安全稳定运行，适合实际工程应用。

Description

一种微电网快速协调控制保护***及其方法

技术领域

本发明涉及分布式发电及微电网技术领域，更具体地说，涉及一种微电网快速协调控制保护***及其方法。

背景技术

微电网是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电***,是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治***,既可以与外部电网并网运行,也可以孤立运行。根据微电网是否与外部大电网联接，微电网可分为联网型微电网和独立型微电网。联网型微电网一般应用于工业园区、企业、社区、医院、学校等区域，具有并网和独立两种运行模式，在并网工作模式下，与配电网并网运行，实现能量的双向交换。在外部电网供电中断的情况下，可转为孤岛运行模式，提高了供电可靠性。微电网为偏远地区的供电及清洁能源的消纳提供了有效的途径。

微电网在经受并/离网状态切换或遭遇负荷波动、电源故障等扰动时，对各分布式电源的控制模式、控制参数的快速设置，同时结合对负荷的快速控制，确保微电网***的安全稳定运行至关重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种微电网快速协调控制保护***及其方法，通过微电网协调控制保护装置对分布式电源和负荷的协调控制，实现微电网在并网和离网两种状态下安全稳定运行。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：一种微电网快速协调控制保护***，其特征在于，该***包含微电网协调控制保护装置、通信网络、主控分布式电源、从控分布式电源、保护测量装置；

所述的微电网协调控制保护装置连接公共连接点PCC电流互感器及两侧电压互感器，采集电流和电压，并控制PCC点开关的跳合闸；

所述的微电网协调控制保护装置、主控分布式电源、从控分布式电源、保护测量装置通过通信网络相互连接；

所述的微电网协调控制保护装置支持面向通用对象的变电站事件GOOSE和TCPModbus协议，与所述的主控分布式电源采用GOOSE协议通信；

所述的微电网协调控制保护装置与所述的从控分布式电源和所述的保护测量装置采用GOOSE或TCP Modbus协议通信；

所述的主控分布式电源和从控分布式电源包含发电单元和相应的控制器；

所述的保护测量装置安装在馈线出口开关处，作为馈线的保护并采集馈线的电压、电流、频率、功率信息。

上述方案中，所述的主控分布式电源包括柴油机、微型燃气机、储能，所述的从控分布式电源包括光伏发电、风力发电。

上述方案中，所述的通信网络包含光纤以太网、以太网无源光网络EPON或以上类型的网络的组合。

上述方案中，所述的微电网协调控制保护装置具备孤岛监测、联络线功率控制、调频调压、功率平滑控制、频率电压紧急控制、运行模式切换、过流保护功能。

本发明还相应提出了一种微电网快速协调控制保护***的控制方法，微电网协调控制保护装置通过通信接收主控分布式电源、从控分布式电源、保护测量装置上送的信息，经过软件逻辑运算后，把控制指令通过通信发送给主控分布式电源、从控分布式电源、保护测量装置；

所述的主控分布式电源或从控分布式电源收到所述的控制指令，实施对分布式电源功率调节、开关分合或运行模式切换；

所述的保护测量装置收到所述的控制指令，实施对开关分合或定值自适应切换；

所述的保护测量装置至少包含并网定值区和离网定值区，且能够进行定值自适应切换，所述的并网定值区是指保护定值按照微电网并网运行整定，所述的离网定值区是指保护定值按照微电网离网运行整定；所述定值自适应切换是指保护测量装置根据接收到并网/离网状态信息，将当前定值区切换为并网/离网定值区。

所述的联络线功率控制是指微电网协调控制保护装置根据当前PCC功率P_cur与目标值P_aim，控制分布式电源出力和负荷投切，直到实现PCC点功率值达到目标值P_aim。

上述方法中，所述的联络线功率控制是指根据△P＝P_aim-P_cur，按顺序对可调节的分布式电源进行发电功率重新设定或柔性负荷投切，直到满足|△P|<δ_set；

其中δ_set是预设定的功率死区，防止频繁调节引起的振荡；

△P为当前PCC功率P_cur与目标值P_aim的偏差。

上述方法中，所述的运行模式切换包含计划性并网转离网模式切换，步骤如下：

1)微电网协调控制保护装置收到调度端计划性并网转离网模式切换指令后，判别PCC点当前功率是否大于P1，如果大于P1，控制联络线功率小于等于P1；所述的P1是预设定的值；

2)微电网协调控制保护装置发送指令给主控分布式电源，主控分布式电源收到指令后从PQ控制模式切换至VSG控制模式；

3)微电网协调控制保护装置监测主控分布式电源控制器运行在VSG控制模式，经过预设延时T后，跳开PCC开关，模式切换结束。预设延时T的取值范围可以为(1s，60s)。

上述方法中，所述的定值自适应切换包括如下步骤：

1)微电网协调控制保护装置根据公共连接点开关位置判断当前微电网运行状态，当开关在合位时判别为并网运行，当开关在分位时判别为离网运行状态，并根据判别结果将并网状态位置位；

2)微电网协调控制保护装置将并网状态信息通过通信发送给保护测量装置；

3)保护测量装置接收到并网状态信息后，判断为并网运行时切换至并网运行定值区，判断为离网运行时切换至离网运行定值区。

采用上述方案后，本发明的有益效果是：

提出了一种包含微电网协调控制保护装置、通信网络、主控分布式电源分布式电源、从控分布式电源分布式电源、保护测量装置的控制***，并采用面向通用对象的变电站事件GOOSE和TCP Modbus协议，实现对各分布式电源的控制模式、控制参数的快速设置，同时结合对负荷的快速控制，能够快速抑制并/离网状态切换或者负荷、电源投切对微电网***产生的冲击，确保微电网***的安全稳定运行。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种微电网快速协调控制保护***的示意图；

图2为本发明实施例提供的计划型并网转离网模式切换方法的逻辑图；

图3为本发明实施例提供的定值自适应切换方法的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

本发明提供的一种微电网快速协调控制保护***及其方法实施例

图1为本发明实施例提供的一种微电网快速协调控制保护***的示意图；其中，图中DG为分布式电源，主控DG为主控分布式电源，从控DG为从控分布式电源，保测装置为保护测量装置。一种微电网快速协调控制保护***，该***包含微电网协调控制保护装置、通信网络、主控分布式电源、从控分布式电源、保护测量装置；所述的微电网协调控制保护装置连接公共连接点PCC电流互感器及两侧电压互感器，采集电流和电压，并控制PCC点开关的跳合闸；所述的微电网协调控制保护装置、主控分布式电源、从控分布式电源、保护测量装置通过通信网络相互连接；所述的微电网协调控制保护装置支持面向通用对象的变电站事件GOOSE和TCP Modbus协议，与所述的主控分布式电源采用GOOSE协议通信；所述的微电网协调控制保护装置与所述的从控分布式电源和所述的保护测量装置采用GOOSE或TCPModbus协议通信；所述的主控分布式电源和从控分布式电源包含发电单元和相应的控制器；所述的保护测量装置安装在馈线出口开关处，作为馈线的保护并采集馈线的电压、电流、频率、功率信息。主控分布式电源包括柴油机、微型燃气机、储能，所述的从控分布式电源包括光伏发电、风力发电。通信网络包含光纤以太网、以太网无源光网络EPON或以上类型的网络的组合。微电网协调控制保护装置具备孤岛监测、联络线功率控制、调频调压、功率平滑控制、频率电压紧急控制、运行模式切换、过流保护功能。

本发明提供的一种微电网快速协调控制保护方法实施例

微电网协调控制保护装置具备孤岛监测、联络线功率控制、调频调压、功率平滑控制、频率电压紧急控制、运行模式切换、过流保护功能；保护测量装置至少包含并网定值区和离网定值区，且能够进行定值自适应切换，并网定值区定值按照微电网并网运行整定，离网定值区定值按照微电网离网运行整定；主控分布式电源包括但不局限于柴油机、微型燃气机、储能，从控分布式电源包括但不局限于光伏发电、风力发电。

联络线功率控制是指微电网协调控制保护装置控制分布式电源和负荷使得联络线功率按照调度下发的联络线功率指令目标值P_aim往电网送电，假设P_aim为正时为微电网往公共电网输送电量，P_aim为负时为微电网从公共电网吸收电量。步骤如下：

1)计算△P＝P_aim-P_cur

如果|△P|>δ_set，进入步骤3)；

反之，结束流程。

2)若△P>0，优先控制储能增加放电功率或者是减少充电功率，若Pbess.cur+△P小于储能最大放电功率，则通过通信设定储能功率为P_bess.cur+△P，进入步骤2)；若储能已达到最大放电功率，则按预先设定的优先级控制具备增发能力的分布式电源增发活切除非重要负荷，进入步骤1)。

3)若△P<0，优先控制储能增加充电功率或者是减少放电功率，若|P_bess.cur-△P|小于储能最大充电功率，则通过通信设定储能功率为P_bess.cur-△P，进入步骤2)；若储能已达到最大充电功率，则按预先设定的优先级控制分布式电源减发或恢复中断的负荷，进入步骤1)。

上述δ_set为预设定的功率死区，取值3％～5％P_aim，防止频繁调节引起的振荡；P_bess.cur是指储能当前输出功率。

运行模式切换包含计划性并网转离网模式切换，图2为本发明实施例提供的计划型并网转离网模式切换方法的逻辑图，步骤如下：

1)微电网协调控制保护装置收到调度端计划性并网转离网模式切换指令后，判别PCC点当前功率是否大于P1，如果大于P1，控制联络线功率小于等于P1。P1是预设定的值，取值5％P_pcc.norm，P_pcc.norm为联络线输送功率额定值。

2)微电网协调控制保护装置发送指令给主控分布式电源，主控分布式电源收到指令后从PQ控制模式切换至VSG控制模式；

3)微电网协调控制保护装置监测主控分布式电源控制器运行在VSG控制模式，延时5s后，跳开PCC开关，模式切换结束。

图3为本发明实施例提供的定值自适应切换方法的示意图。定值自适应切换包括如下步骤：

1)微电网协调控制保护装置根据公共连接点开关位置判断当前微电网运行状态，当开关在合位时判别为并网运行，并网状态置数为0，当开关在分位时判别为离网运行状态，并网状态置数为1；

2)微电网协调控制保护装置将并网状态信息通过GOOSE通信发送给保护测量装置；

3)保护测量装置接收到并网状态信息后，判断为0时切换至并网运行定值区，判断为1时切换至并网离行定值区。

Claims (8)

1.一种微电网快速协调控制保护***，其特征在于，该***包含微电网协调控制保护装置、通信网络、主控分布式电源、从控分布式电源、保护测量装置；

所述的微电网协调控制保护装置连接公共连接点PCC电流互感器及两侧电压互感器，采集电流和电压，并控制PCC点开关的跳合闸；

所述的微电网协调控制保护装置、主控分布式电源、从控分布式电源、保护测量装置通过通信网络相互连接；

所述的微电网协调控制保护装置支持面向通用对象的变电站事件GOOSE和TCP Modbus协议，与所述的主控分布式电源采用GOOSE协议通信；

所述的微电网协调控制保护装置与所述的从控分布式电源和所述的保护测量装置采用GOOSE或TCP Modbus协议通信；

所述的主控分布式电源和从控分布式电源包含发电单元和相应的控制器；

所述的保护测量装置安装在馈线出口开关处，作为馈线的保护并采集馈线的电压、电流、频率、功率信息。

2.根据权利要求1所述的一种微电网快速协调控制保护***，其特征在于，所述的主控分布式电源包括柴油机、微型燃气机、储能，所述的从控分布式电源包括光伏发电、风力发电。

3.根据权利要求1所述的一种微电网快速协调控制保护***，其特征在于，所述的通信网络包含光纤以太网、以太网无源光网络EPON或以上类型的网络的组合。

4.根据权利要求1所述的一种微电网快速协调控制保护***，其特征在于，所述的微电网协调控制保护装置具备孤岛监测、联络线功率控制、调频调压、功率平滑控制、频率电压紧急控制、运行模式切换、过流保护功能。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种微电网快速协调控制保护***的控制方法，其特征在于，微电网协调控制保护装置通过通信接收主控分布式电源、从控分布式电源、保护测量装置上送的信息，经过软件逻辑运算后，把控制指令通过通信发送给主控分布式电源、从控分布式电源、保护测量装置；

所述的主控分布式电源或从控分布式电源收到所述的控制指令，实施对分布式电源功率调节、开关分合或运行模式切换；

所述的保护测量装置收到所述的控制指令，实施对开关分合或定值自适应切换；

所述的保护测量装置至少包含并网定值区和离网定值区，且能够进行定值自适应切换，所述的并网定值区是指保护定值按照微电网并网运行整定，所述的离网定值区是指保护定值按照微电网离网运行整定；所述定值自适应切换是指保护测量装置根据接收到并网/离网状态信息，将当前定值区切换为并网/离网定值区。

所述的联络线功率控制是指微电网协调控制保护装置根据当前PCC功率P_cur与目标值P_aim，控制分布式电源出力和负荷投切，直到实现PCC点功率值达到目标值P_aim。

6.如权利要求5所述的一种微电网快速协调控制保护***的控制方法，其特征在于，所述的联络线功率控制是指根据△P＝P_aim-P_cur，按顺序对可调节的分布式电源进行发电功率重新设定或柔性负荷投切，直到满足|△P|<δ_set；

其中δ_set是预设定的功率死区，防止频繁调节引起的振荡；

△P为当前PCC功率P_cur与目标值P_aim的偏差。

7.如权利要求5所述的一种微电网快速协调控制保护***的控制方法，其特征在于，所述的运行模式切换包含计划性并网转离网模式切换，步骤如下：

1)微电网协调控制保护装置收到调度端计划性并网转离网模式切换指令后，判别PCC点当前功率是否大于P1，如果大于P1，控制联络线功率小于等于P1；所述的P1是预设定的值；

2)微电网协调控制保护装置发送指令给主控分布式电源，主控分布式电源收到指令后从PQ控制模式切换至VSG控制模式；

3)微电网协调控制保护装置监测主控分布式电源控制器运行在VSG控制模式，经过预设延时T后，跳开PCC开关，模式切换结束。

8.如权利要求5所述的一种微电网快速协调控制保护***的控制方法，其特征在于，所述的定值自适应切换包括如下步骤：

1)微电网协调控制保护装置根据公共连接点开关位置判断当前微电网运行状态，当开关在合位时判别为并网运行，当开关在分位时判别为离网运行状态，并根据判别结果将并网状态位置位；

2)微电网协调控制保护装置将并网状态信息通过通信发送给保护测量装置；

3)保护测量装置接收到并网状态信息后，判断为并网运行时切换至并网运行定值区，判断为离网运行时切换至离网运行定值区。