基于dg自组网策略的微电网运行模式平滑切换的控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种基于DG自组网策略的微电网运行模式平滑切换的控制系统，包括微电网、公共配电网和微电网EMS系统，微电网包含多种分布式电源DG，微电网中的所有节点设有节点开关，在微电网EMS系统中设有监控单元，该监控单元对微电网中的公共连接点PCC、各分布式电源DG、节点开关和负荷进行监控，通过监控单元检测公共连接点PCC的开/合状态来判定微电网处于孤岛运行状态或并网运行状态，当PCC点开断时，EMS系统将微电网解列成若干可独立运行的DG本地自组网，通过DG本地自组网向微电网中重要负荷供电。本实用新型通过将微电网解列成若干个可独立运行的DG本地自组网确保重要负荷的持续、可靠供电，实现了微电网并网向非计划孤岛运行的平滑切换。
【专利说明】基于DG自组网策略的微电网运行模式平滑切换的控制系 统
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及微电网平滑切换系统，具体涉及一种基于DG自组网策略的微电 网运行模式平滑切换的控制系统。属于电力系统输电配电【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 微电网既可与公共配电网并网运行也可孤岛运行，其并网运行时有公共配电网支 撑，具有较好的稳定性，但当配电网或微电网内部出现故障时，微电网将立即断开与公共配 电网的连接而进入非计划孤岛运行，此时若微电网中利用新能源发电的分布式电源DG出 力无法满足微电网负荷要求时，则微电网电压和频率将出现跌落，严重时导致分布式电源 退出和负荷断电。因此研究微电网由并网向非计划孤岛运行的切换方法，实现切换过程中 的平滑过渡和切换前后重要负荷的持续可靠供电，这对微电网推广和应用具有重要意义。
[0003] 目前对微电网运行模式切换控制的研究主要集中在微电网中分布式电源控制模 式转换方面，主要有两种方式：第一种是主电源采用V/F控制的切换方式，
[0004] 微电网并网运行时，利用新能源发电的分布式电源均采用PQ控制模式，当微电网 由并网向孤岛运行切换时，选取其中一个分布式电源作为微电网孤岛运行时主电源，并将 该分布式电源由并网的PQ控制转为V/F控制，同时改变逆变器控制参数以实现微电网运行 模式平滑切换。该方式存在以下问题：
[0005] 1、微电网在孤岛运行时，主电源一般要求具备良好地稳定性和较大的容量，往往 只会选择柴油发电机或储能装置，而不选分布式电源，但并网时柴油发电机处于停机状态， 储能装置也往往处于浮充状态，因此实际微电网由并网向非计划孤岛切换过程中能够将主 电源由PQ控制转为V/F控制的情形较为少见。
[0006] 2、该方法没有考虑并网转非计划孤岛时功率缺额的情况，只考虑切换后孤岛运行 能达到功率平衡或缺额不大的情形，尚若非计划切换后孤岛功率缺额较大，作为主电源的 分布式电源容量有限，无法填补微电网功率缺额，则平滑切换将无法实现。
[0007] 第二种是分布式电源均采用下垂控制的切换方式，微电网中的分布式电源在并网 时均采用PQ控制，而孤岛运行时均转为下垂控制，切换时在基本下垂控制器中增加下垂额 定点调节环，通过该环路的投切实现并网与孤岛控制模式的平滑转换。该方式同样没有充 分考虑非计划切换过程中功率缺额的影响，如果非计划切换后孤岛功率缺额较大，则采用 下垂控制方式对分布式电源可调容量要求较高，在渗透率较低的微电网中平滑切换将难以 实现。 实用新型内容
[0008] 本实用新型的目的，是为了克服现有技术不能确保微电网运行模式切换前后重要 负荷的持续可靠供电，提供一种基于DG自组网策略的微电网运行模式平滑切换的控制系 统，该方法能满足切换过程中重要负荷的持续和可靠供电，实现微电网运行模式的平滑切 换。
[0009] 本实用新型的目的可以通过以下技术方案实现：
[0010] 基于DG自组网策略的微电网运行模式平滑切换的控制系统，包括微电网、公共配 电网和微电网EMS系统，其特征在于：所述微电网包含多种分布式电源DG，在该微电网中的 所有节点设有节点开关，在所述微电网EMS系统中设有监控单元，该监控单元的输入端连 接微电网中的公共连接点PCC、各分布式电源DG反馈输出端、节点开关和负荷的反馈输出 端，以对微电网中的公共连接点PCC、各分布式电源DG、节点开关和负荷进行监控，通过监 控单元检测公共连接点PCC的开/合状态来判定微电网处于孤岛运行状态或并网运行状 态；微电网EMS系统检测到微电网公共连接PCC处于断开状态时，微电网EMS系统将各分布 式电源DG划分成若干DG本地自组网，并断开除DG本地自组网外的节点开关；对可孤岛运 行的分布式电源按设定的范围进入DG本地自组网运行，确保重要负荷和本地负荷持续可 靠供电，此时DG由PQ控制切换至V/F控制，对于不可孤岛运行的分布式电源DG，则退出运 行。
[0011] 进一步地：各DG本地自组网运行稳定后，根据分布式电源容量对外搜索和扩大供 电范围，即形成DG动态自组网逐步对外恢复供电，微电网EMS系统通过采用基于爬山策略 的启发式优化算法实现各DG动态自组网对外供电恢复的最大化，最终形成若干个可独立 运行且供电恢复获得最大化的DG动态自组网。
[0012] 进一步地：各DG动态自组网运行平稳后，通过微电网EMS系统控制DG主自组网与 DG次自组网逐步互联，最终形成一个含多分布式电源和稳定性较强的DG主自组网和若干 不具备互联条件的DG次自组网。
[0013] 进一步地：当检测到微电网公共连接PCC处于闭合状态时，微电网EMS系统控制 DG动态自组网，按照拓扑连接顺序依次将各DG动态自组网与公共配电网并网运行，然后将 未恢复供电的区域恢复供电，并将仍处于停运状态DG重新投入运行。
[0014] 进一步地：所述可孤岛运行的分布式电源DG由微型燃气轮机、柴油发电机、大容 量的储能装置和复合储能装置中至少一种与燃料电池、带有储能装置的风力发电系统和光 伏发电系统中至少一种组合构成；其中微型燃气轮机、柴油发电机、大容量的储能装置或复 合储能装置作为微电网孤岛运行时的主电源，燃料电池或带有储能装置的风力发电系统和 光伏发电系统作为微电网孤岛运行时的后备电源。
[0015] 进一步地：不可孤岛运行的分布式电源DG由不带储能的风力发电系统或光伏发 电系统构成。
[0016] 本实用新型具有如下突出的有益效果：
[0017] 1、本实用新型涉及的基于DG自组网策略平滑切换的控制系统，充分考虑了微电 网并网运行向非计划孤岛切换过程中功率出现不平衡和可控分布式电源无法及时启动的 实际情况，通过微电网EMS系统按分布式电源按DG自组网的能力，将微电网按顺序解列成 若干个可独立运行的DG本地自组网，通过DG本地自组网来确保微电网中重要负荷持续供 电，实现微电网并网向非计划孤岛运行的平滑切换。
[0018] 2、本实用新型涉及的DG本地自组网运行稳定后，根据各分布式电源容量水平扩 大对外供电范围，即形成DG动态自组网逐步对外恢复供电，并通过采用基于爬山策略的启 发式优化算法实现切换后微电网供电恢复的最大化。
[0019] 3、使用本实用新型，在各DG动态自组网完成对外供电恢复最大化的基础上，将具 备互联条件的DG动态自组网依次联网运行，形成具备较好稳定性的微电网孤岛系统。当公 共配电网恢复供电后，按照拓扑连接顺序依次将各DG自组网和供电未恢复区域与公共配 电网并网运行，实现微电网孤岛向并网运行的切换。本实用新型保证了微电网运行模式平 滑切换的成功。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1是本实用新型控制系统的结构方框示意图。
[0021] 图2是本实用新型DG本地自组网的结构方框示意图。
[0022] 图3是本实用新型两种模式切换的工作流程图。
[0023] 图4是本实用新型爬山算法的工作流程图。
[0024] 图5是DG自组网过程中的节点分类的方框示意图。
[0025] 图6是A类拓扑连接中单供电先导节点的方框示意图。
[0026] 图7是A类拓扑连接中双供电先导节点的方框示意图。
[0027] 图8是B类拓扑连接的方框示意图。
[0028] 图9是C类拓扑连接中的方框示意图。
[0029] 图10是某供电待恢复状态方框示意图。
[0030] 图11是图10先对C类拓扑连接进行供电恢复处理的方框示意图。
[0031] 图12是图10先对A类拓扑连接进行供电恢复处理的方框示意图。
[0032] 图13是DG主自组网与DG次自组网互联的方框示意图。
[0033] 图14是采用本实用新型的某微电网的结构方框示意图。
[0034] 图15是图14中微电网的DG本地自组网运行状态示意图。
[0035] 图16是图14中微电网的DG动态自组网状态示意图。
[0036] 图17是图14中微电网通过DG动态自组网后形成的新的DG主自组网示意图。
[0037] 图18是图14中微电网的DG自组网互联控制的示意图。
【具体实施方式】
[0038] 下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
[0039] 参照图1 一图13所示，本实施例涉及的基于DG自组网策略的微电网运行模式平滑 切换的控制方法，前提条件如下：
[0040] 1、可孤岛运行的DG在微电网由并网向孤岛运行切换过程中，其控制模式由PQ模 式平滑切换到V/F模式，以实现由并网状态向孤岛运行状态平稳过渡；
[0041] 2、微电网中的全部节点都设置开关，在微电网由并网运行进入孤岛运行后，除了 DG本地自组网内的开关接通外，其他所有开关都断开；
[0042] 3、微电网系统具有自动化监控结构，能实现对微电网的PCC点、线路开关分布式 电源和负荷进行自动监控，当微电网由并网运行向孤岛运行切换后，通过监测PCC点开关 的开合快速判断微电网孤岛状态，并按预设方案建立各DG本地自组网，并将其他开关断 开。
[0043] 基于DG自组网策略的微电网运行模式平滑切换的控制方法：
[0044] 1)当微电网由并网转非计划孤岛运行时，根据分布式电源DG是否可孤岛运行，将 微电网解列成若干个可独立运行的DG本地自组网，通过DG本地自组网来确保重要负荷或 本地负荷的持续供电；
[0045] 根据分布式电源DG利用能源的类别和组合构成，将DG的自组网能力分为三类：
[0046] 1)分布式电源具有较强调频和调压能力，作为微电网孤岛运行时的主电源，如微 型燃气轮机、柴油发电机、大容量的储能或复合储能等。当微电网并网运行时，利用化石能 源发电的微型燃气轮机和柴油发电机处于停机状态，而大容量储能或复合储能装置也处于 浮充状态；当微电网孤岛运行时，若微电网解列成若干个可独立运行的分布式电源自组网， 则此类分布式电源可组成稳定性和可调性较强的自组网，并可成为自组网相互联网运行后 的主电源。
[0047] 2)燃料电池或带有储能装置的风力发电系统和光伏发电系统，此类分布式电源可 以作为系统的后备电源，既可以并网运行，也可与微电网解列后孤岛运行。当在与微电网并 网运行时，此类分布式电源可采用最大功率跟踪出力，当与微电网解列后孤岛运行时，此类 分布式电源可依靠所配置储能平抑出力波动，并可根据实时风光资源状况提供一定的可调 容量，从而形成自组网为本地负荷在内的用户持续供电。
[0048] 3)不带储能的风力发电系统或光伏发电系统，此类分布式电源不具备调节能力， 只可以与微电网并网运行，在与微电网解列后将失去电压和频率的支撑，不可孤岛运行，从 而不具备自组网运行能力，当微电网失电时将退出运行。
[0049] 当微电网由并网运行向孤岛运行切换且微网功率不平衡时，根据DG自组网的能 力将微电网解列成若干个可独立运行的DG本地自组网，以确保重要负荷或本地负荷的持 续供电；
[0050] 由于微电网由并网运行向非计划孤岛切换的时间点是不可预测或随机的，则切换 时各分布式电源的具体出力也无法精确预测，若在切换时临时确定各DG本地自组网区域 和负荷大小则无法确保DG本地自组网内部功率平衡，这将导致DG本地自组网无法安全稳 定运行，因此在微电网由并网运行向孤岛运行切换之前，预先对各DG本地自组网区域和负 荷大小进行规划或设定：
[0051] 针对微电网由并网运行向孤岛运行切换的不可预测性，要使得各DG本地自组网 在任一时刻建立都能确保内部功率平衡，即要求预先设定的DG本地自组网内部负荷在任 意时刻均小于或等于分布式电源的出力，即本地自组网内的负荷之和si=小于或等于其最 小出力S:，表达式如下：
[0052]
【权利要求】
1. 基于DG自组网策略的微电网运行模式平滑切换的控制系统，包括微电网、公共配电 网和微电网EMS系统，其特征在于：所述微电网由多种分布式电源DG构成，在该微电网中 的所有节点设有节点开关，在所述微电网EMS系统中设有监控单元，该监控单元的输入端 连接微电网中的公共连接点PCC、各分布式电源DG反馈输出端、节点开关和负荷的反馈输 出端，以对微电网中的公共连接点PCC、各分布式电源DG、节点开关和负荷进行监控，通过 监控单元检测公共连接点PCC的开\合状态来判定微电网处于孤岛运行状态或并网运行状 态。
2. 根据权利要求1所述的基于DG自组网策略的微电网运行模式平滑切换的控制系统， 其特征在于：当检测到微电网公共连接PCC处于断开状态时，微电网EMS系统根据分布式 电源DG是否可孤岛运行，划分成若干DG本地自组网，并断开除DG本地自组网外的节点开 关；对可孤岛运行的分布式电源按设定的范围进入DG本地自组网运行，确保重要负荷和本 地负荷持续可靠供电，此时DG由PQ控制切换至V/F控制，对于不可孤岛运行的分布式电源 DG，则退出运行。
3. 根据权利要求2所述的基于DG自组网策略的微电网运行模式平滑切换的控制系统， 其特征在于：所述可孤岛运行的分布式电源DG由微型燃气轮机、柴油发电机、大容量的储 能装置和复合储能装置中至少一种与燃料电池、带有储能装置的风力发电系统和光伏发电 系统中至少一种组合构成；其中微型燃气轮机、柴油发电机、大容量的储能装置或复合储能 装置作为微电网孤岛运行时的主电源，燃料电池或带有储能装置的风力发电系统和光伏发 电系统作为微电网孤岛运行时的后备电源。
4. 根据权利要求2所述的基于DG自组网策略的微电网运行模式平滑切换的控制系统， 其特征在于：不可孤岛运行的分布式电源DG由不带储能的风力发电系统或光伏发电系统 构成。
【文档编号】H02J3/38GK203839944SQ201320500832
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2013年8月15日 优先权日:2013年8月15日
【发明者】刘志文, 夏文波, 刘明波, 陈志刚, 孙浩, 张磊 申请人:中国能源建设集团广东省电力设计研究院