一种建筑智能运维下微电网切换系统的制作方法

本发明涉及微电网，具体是一种建筑智能运维下微电网切换系统。

背景技术：

1、传统的建筑用能一般包含了水电气热等形式，如图1所示，其中电力在其中具备相当大的使用占比，而我国电力来源以煤炭火电为主，电力品质不高，在使用这些能源时，会导致整个建筑用能碳排放处于较高水平，无法支持3060计划。因此有必要重新规划建筑用能架构，传统方案一般是引入类似于光伏或者风电等清洁能源供给园区等建筑，但这样一来势必会对原来的电力拓扑造成较大的影响，特别随着可调负荷和储能元素的引入，更带来调度上的困难。众所周知，光伏受到太阳辐射量和气象条件等客观因素影响较大，这就导致基于可再生能源的分布式电源发电功率会随着客观因素的变化而变化，进而改变电力系统潮流分布、电能质量，产生谐波污染、电压闪变波动、孤岛效应等问题，这些问题的解决有赖于微电网技术的引入，通过微电网来协调建筑源网荷储。

2、微电网是由分布式电源、储能、负荷、mgcc控制器和ems管理系统组成的小型发配电系统，可为区域内负荷供冷、热和电，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，是智能电网的重要组成部分，是输电网、配电网之后的第三级电网。基于以上结构的联网型微电网，微网有四种运行状态，分别是并网、离网、并网转离网、离网转并网：

3、(1)在并网运行状态下，电压与频率由配网提供，通过控制内部电源、储能以及可控负荷，保证联络线功率按计划运行。

4、(2)在离网运行状态下，微电网通过黑启动运行主电源，构建网内电压与频率参考，随后逐步恢复重要负荷，从电源运行在pq模式。

5、(3)并网转至离网的过程，分为计划离网与非计划离网，非计划离网是因为电网突发故障，微电网来不及做出反应被迫地离网，微电网内部各部分会出现瞬时功率失衡的情况，严重会导致整个微电网瘫痪。

6、因此如何通过mgcc控制器和ems来对微电网运行状态进行管理和调度直接关系到建筑用能安全，更会决定了建筑的碳排放水平。

7、为了减少并网转离网过程中的功率和频率的突变,有必要设计合适的微网源网荷储协调策略，确保建筑用能安全可靠，经济高效。微电网在并网状态下，各个分布式电源都工作在pq模式，如图2所示，有功和无功功率解耦后分别进行控制，使微电源输出的有功和无功功率分别等于其参考功率。

8、在并网模式下，微电源的电压频率由电网支撑，一旦电网出现故障导致，很容易造成微网失控，传统上解决方案有三种：

9、第一种是主从工作模式，设置一台主电源,mgcc控制器一旦监测到电网故障，立刻将主机切换为v/f模式，从机工作于pq模式。

10、并产生电流内环指令iref,并以can方式分配至从机pcs。mgcc计算出电流内环修正值δiref，以实现各电池子系统均衡管理。

11、

12、主从控制模式下只有一台电源工作在电压源模式，所以负载变化不能过大，一旦超过主机容量，将导致主模块过流；同时在黑启动时，负荷也不能大于主机的额定容量，否则导致过流，启动失败。另外主电源在从pq模式切换到vf模式下，需要记住脱网瞬间的电压相位，然后mgcc控制器分配给主机进行vf修正，控制比较复杂，如图3所示。

13、第二控制方式是下垂控制，下垂控制下mgcc控制器提供微电网电压频率参考，各电源且有相同的优先级，下垂控制一般用p-f与q-u下垂控制，按照自身并网点功率信息自我电压频率调控，无需通信线即可自动参与功率分配。

14、但是下垂控制电压和频率是随着负荷功率变化的，对系统电压和频率的控制属于有差调节，无法使微网电压和频率恢复到原来的水平。另外下垂控制适用的前提是线路阻抗呈感性，而低压微网中的阻感性使有功与无功功率容易耦合在一起，如图4和5所示。

15、目前基于vsg同步并网也是业界重点研究控制方案，vsg模式是变流器模拟虚拟同步机发电技术，分为电流源vsg模式(不可离网)，电压源vsg模式(可并网运行，也可离网多机并联运行)。但是vsg无缝切换大多基于pll，但是pll性能有制约，在谐波和存在不平衡情况下，pll效果差。

16、微电网在切换过程中流过pcc的电流一般不为零，导致切换瞬间引起冲击，产生电压和频率振荡，被动情况时产生振荡的原因有三：

17、1)电流内环的给定值不同。孤岛检测结束后离网运行，v/f控制器的输出立刻接到逆变器中，pq控制器直接硬切换到v/f控制器，导致切换瞬间逆变器接口的电流输入给定值发生突变，对输出电压造成很大的瞬时振荡。

18、2)逆变器的输出功率不同。在非计划孤岛的情况下，电网断开，并网的功率瞬间减小到零，但在孤岛检测完成前，逆变器仍为电流控制，保持给定功率参考值不变，导致逆变器的输出功率与负载功率无法匹配，导致负载的电压和频率发生突变，

19、3)频率相角获得的方式不同。并网运行时，通过电网侧锁相环得到电网电压的相角信息；而离网运行时，因无法获得电网侧电压信息，相角由系统内部给定，因此切换时可能造成相角突变。

20、因此需要针对并离网切换过程中的电网冲击问题对现有技术mgcc控制器作出相应的改变。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出了一种基于北斗授时锁相基础之上的控制环平滑切换方案，gps为分布式电源提供统一的时间信号，从而使微网的输出在同一时间参考系内进行调节控制。同时利用分布式电源输出电压相位、幅值、频率灵活可控的特点，可控制微电网区域内所有可调度型电源输出频率固定，进而将微电网控制转化为单一的电压控制问题，减少脱网瞬间的巨大冲击，保持微电网并离网切换的稳定。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种建筑智能运维下微电网切换系统，包括ems管理系统和mgcc控制器，所述ems管理系统与mgcc控制器连接，所述mgcc管理系统中设有用于全局时间同步的pmu电路。

4、作为本发明的进一步技术方案：所述pmu电路通过gps为mgcc和微电源提供时间同步信号。

5、作为本发明的进一步技术方案：所述pmu电路包括晶振、数字计数器、计时误差检测模块和故障判别模块，晶振与数字计数器连接，数字计数器还分别连接计时误差检测模块和开关，开关还连接北斗授时信号和故障判别模块。

6、作为本发明的进一步技术方案：所述数字计数器输出的信号频率为50hz。

7、作为本发明的进一步技术方案：所述pmu电路能够获得时间精度为1毫秒的时间脉冲信号。

8、作为本发明的进一步技术方案：所述pmu电路为每一条状态参量贴上统一的时标，使得微网内所有的设备保持同步，微电各逆变器不会产生相位跳变，从并网向孤岛转换过程中，各逆变器始终保持延续并网状态时的电压相位。

9、作为本发明的进一步技术方案：在发生非计划孤岛时，并网电流自动减为零，使电感电流的参考值相应减少；同时将电压控制器作为保持器，与附加电流环和限幅器互相配合，共同调节并网电流。

10、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

11、本发明采用基于卫星授时和控制环平滑切换技术，并且能够在并网模式与孤岛模式之间实现无缝切换。提高了系统的阻尼，缩短了冲击的过渡时间，大大减少传统微网脱网瞬间冲击大故障，增加微量成本减少电网波动。提高了建筑用能网络的安全性。