[发明专利]一种微电网并网与孤网自动无缝切换的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电网的运行与控制，具体涉及一种微电网并网与孤网自动无缝切换的控制方法。

背景技术

微电网是由分布式电源、储能单元、负荷以及控制保护装置组成的集合，是一个能够自我控制、保护和管理的自治系统。微电网有并网和孤网两种运行模式，并网模式是指在正常情况下，微电网与大电网并网运行，向电网提供多余的电能或由电网补充自身发电量的不足。孤网模式是指当检测到大电网故障或电能质量不满足要求时，微电网可以与大电网断开形成孤网模式，由分布式电源向微电网内的负荷提供高可靠性和高质量电能。当检测到大电网状态恢复正常后，微电网将同期并网运行。因此，微电网的并网与孤网双模式自动切换是实现微电网灵活可靠运行的关键技术。

运行于并网模式时，微电网内部的分布式电源以大电网作为参考电源并网运行；运行于孤网模式时，要求系统内部有一个电源为系统提供参考电压和频率信号，充当微电网的参考电源，此电源即为微电网的主网单元。微电网的双模式切换主要依靠主网单元的控制实现。目前，国内外能够实现微电网并网与孤网双模式切换的技术分以下几种：

(1)以柴油发电机或燃气轮机等常规电源作为主网单元。以常规电源作为主网单元，对化石燃料资源的依赖程度大，容易造成环境污染，而且独立运行时为保持微电网的稳定运行，风电和光伏等间歇性新能源所占的比例不能太大或必须停运，影响了微电网节能环保的作用。

(2)以储能单元作为主网单元。目前小容量的单相储能双模式换流器技术较成熟，某些微电网采用三个单相储能换流器组成三相系统的主网单元，通过三个单相换流器模式切换的协调配合实现微电网的双模式切换。虽然储能换流器运行灵活、响应快，但三个换流器的并网/孤网双模式切换过程中的同步配合成为系统切换的一个制约因素，目前采用该技术的微电网规模只能做到数十千瓦。

(3)依靠运行模式控制器和储能主网单元实现。运行模式控制器根据实时的电网状态确定微电网的运行模式，向储能主网单元下达模式切换指令，储能主网单元根据模式切换指令完成P-Q和V-F的双模式切换。由于通信技术存在一定的时间延时，且模式切换过程中需要微电网启停，因此采用该技术实现微电网并网/孤网双模式切换过程中需要短暂的停电，完成的是一种有缝切换。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，根据大电网不同的实时运行状态，提供一种实现微电网并网与孤网自动无缝切换的控制方法，该控制方法在实现微电网与主电网进行能量互补的同时，进一步提高微电网供电的可靠性，可以实现以储能单元作为微电网主网单元的微电网并网与孤网双模式的自动无缝切换运行。

为实现微电网并网与孤网双模式自动无缝切换，需要解决大电网实时运行状态快速准确识别、储能双模式换流器P-Q模式与V-F模式的平滑切换、以及微电网平稳同期并网三大技术问题。

(1)电网状态快速准确识别方法

微电网在实现并网/孤网双模式切换过程中，快速准确识别大电网的运行状态是实现自动无缝切换的关键技术之一。

本发明利用主网单元储能双模式换流器完成大电网运行状态识别，由储能双模式换流器直接采集大电网信息进行状态识别，储能双模式换流器根据识别结果，实现自身运行模式的灵活可靠切换，同时通过就地控制信号实现微电网与大电网联络开关的通断，完成微电网运行模式的自动无缝切换，避免了控制过程中的通信环节，能够有效提高微电网的双模式切换速度。

本发明分析微电网内电源与负载匹配程度与电压和频率等特征状态的对应关系，开展被动式的识别方法研究工作；分析锁相环输出偏差与主动式识别方法的相互关系，开展基于锁相技术的主动式识别方法研究工作。为了克服被动式识别技术存在较大盲区和主动式识别技术影响储能双模式换流器输出电能质量的缺点，研究“主动被动混合式”电网状态快速准确识别方法，从而提高电网状态识别速度、降低识别过程对系统电能质量和稳定性的影响。

(2)双模式储能换流器模式平滑切换技术

在微电网并网运行时，微电网的电压和频率参考信号由大电网提供，微电网内的所有分布式电源和储能单元全部运行于P-Q模式；在微电网孤网运行时，双模式储能单元是微电网的主网单元，运行于V-F模式，为微电网提供电压和频率参考信号，微电网内的其他分布式电源运行于P-Q模式。