微电网非计划并网转孤岛运行模式切换时的稳定控制方法

摘要

本发明公开了一种微电网非计划并网转孤岛运行模式切换时的稳定控制方法，采用调整微电网内电源、负荷容量，以及调整储能单元输出功率相结合的手段，实时检测微电网的运行频率和电压水平，用以实现反馈控制，最终实现微电网在非计划并网转孤岛运行模式切换时的稳定运行，保证各种电气设备安全，保障重要用户的不间断供电，具有良好的应用前景。

权利要求

1.微电网非计划并网转孤岛运行模式切换时的稳定控制方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤(1)，调取微电网发生非计划孤岛切换前1s的实测数据，包括微电网并网点有功功率P1、无功功率Q1；微电网内总负荷有功功率P2、无功功率Q2；微网内分布式电源的总有功功率P3、无功功率Q3；微网内储能元件的有功功率P4、无功功率Q4；微电网孤岛运行时主控电源储能元件有功功率P5、无功功率Q5；微电网中柴油发电机有功功率P6、无功功率Q6；

步骤(2)，计算差额有功功率ΔP＝P1+P5，差额无功功率ΔQ＝Q1+Q5；

步骤(3)，若差额有功功率ΔP>0，则切除部分有功负荷，切除量为ΔP；若差额有功功率ΔP<0，则切除部分有功电源，切除量为|ΔP|；

步骤(4)，若差额无功功率ΔQ>0，则切除部分无功负荷，切除量为ΔQ；若差额无功功率ΔQ<0，则切除部分有功电源，切除量为|ΔQ|；

步骤(5)，断开微电网并网点的并网开关PCC；

步骤(6)，将主控电源储能元件的运行模式切换为恒电压恒频率模式；

步骤(7)，主控电源储能元件在恒电压恒频率模式下运行3s后，采集此时微电网的电压U1及频率f1，并判断是否满足如公式(1)的条件，k1UN

fN‐k3

其中，UN为微电网额定运行电压，fN为微电网额定运行频率，k1为安全低压系数，k2为过压安全系数，k3为低频安全系数，k4为过频安全系数，k1的取值在0.8～0.9，k2的取值在1.1～1.2，k3的取值在0.5～1，k4的取值在0.8～1.5；

若满足公式(1)，则执行步骤(8)；若不满足公式(1)，断开微电网内所有负荷、电源、柴油发电机及储能元件开关，并发出切换失败报警；

步骤(8)，设置微电网内柴油发电机为恒电压恒频率模式，投入运行；并将主控电源储能元件的运行模式切换为恒频率模式，设置输出有功功率P＝0，输出无功功率Q＝0；

步骤(9)，当运行3s后，采集此时微电网的电压U2及频率f2，并判断是否满足如公式(2)的条件，k1UN

fN‐k3

2.根据权利要求1所述的微电网非计划并网转孤岛运行模式切换时的稳定控制方法，其特征在于：所述微电网额定运行电压UN取值100V，微电网额定运行频率fN取值为50Hz。

3.根据权利要求1所述的微电网非计划并网转孤岛运行模式切换时的稳定控制方法，其特征在于：所述步骤(3)切除部分有功负荷为ΔP及切除部分有功电源为|ΔP|，是根据预先设定的优先级进行有功负荷或者有功电源选择切除的，按照优先级级别从低到高依次切除。

4.根据权利要求1所述的微电网非计划并网转孤岛运行模式切换时的稳定控制方法，其特征在于：所述步骤(4)切除部分无功负荷为ΔQ及切除部分有功电源为|ΔQ|，是根据预先设定的优先级进行有功负荷或者有功电源选择切除的，按照优先级级别从低到高依次切除。

说明书

微电网非计划并网转孤岛运行模式切换时的稳定控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种微电网非计划并网转孤岛运行模式切换时的稳定控制方法，属于微电网运行控制技术领域。

背景技术

[0002] 传统的煤炭、石油等一次能源是不可再生的，提高能源利用效率、开发新能源、加强可再生能源的利用，就成为了解决经济和社会快速发展过程中日益凸显的能源需求增长与能源紧缺、能源利用与环境保护之间矛盾的必然选择。

[0003] 目前，光伏发电、风力发电、燃料电池、微型燃气轮机、内燃机等分布式电源经过长期的发展，在技术上已取得了长足的进步，我国计划到2020年，发电机总装机容量近10亿千瓦，其中包含小水电在内的分布式能源比重超过20％。

[0004] 将分布式发电以微电网的形式接入大电网并网运行，是发挥分布式发电供能系统效能的最有效方式，微电网是指由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与大电网并网运行(微电网与大电网的连接开关闭合)，也可以孤岛运行(微电网与大电网的连接开关断开)。

[0005] 采用微电网技术，有助于充分利用各地丰富的清洁和可再生能源，向用户提供“绿色电力”，是实现我国“节能减排”目标的重要举措，有助于提高分布式发电的供能质量，在一定程度上防止大面积停电，提高电力系统的安全性和可靠性，增强电网抵御自然灾害的能力，有助于培育自主创新能力，提升我国在能源技术领域的国际竞争力，在我国《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006－2020年)》中也明确提出要大力开展“可再生能源低成本规模化开发利用”以及“间歇式电源并网及输配技术”。

[0006] 微电网灵活的运行方式与高质量的供电服务，离不开完善的稳定与控制系统，控制问题也正是微电网研究中的一个难点和热点问题。由于微电网有并网和孤岛运行两种运行模式，所以微电网通常运行在三种状态：并网运行状态、孤岛运行状态和在两种运行状态之间切换的暂态，尤其是在非计划情况下，当微电网在两种模式之间切换的暂态时，如何维持微电网的稳定性，是当前分布式发电并网需要解决最主要的问题。

发明内容

[0007] 本发明的目的是为了克服微电网并网和孤岛运行两种运行模式切换暂态时，如何维持微电网的稳定性的问题。本发明的微电网非计划并网转孤岛运行模式切换时的稳定控制方法，保证微电网在非计划并网转孤岛运行模式切换时电压和频率运行稳定，便于实现，具有良好的应用前景。

[0008] 为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

[0009] 一种微电网非计划并网转孤岛运行模式切换时的稳定控制方法，其特征在于：包括以下步骤，

[0010] 步骤(1)，调取微电网发生非计划孤岛切换前1s的实测数据，包括微电网并网点有功功率P1、无功功率Q1；微电网内总负荷有功功率P2、无功功率Q2；微网内分布式电源的总有功功率P3、无功功率Q3；微网内储能元件的有功功率P4、无功功率Q4；微网孤岛运行时主控电源储能元件有功功率P5、无功功率Q5；微电网中柴油发电机有功功率P6、无功功率Q6；

[0011] 步骤(2)，计算差额有功功率ΔP＝P1+P5，差额无功功率ΔQ＝Q1+Q5；

[0012] 步骤(3)，若差额有功功率ΔP>0，则切除部分有功负荷，切除量为ΔP；若差额有功功率ΔP<0，则切除部分有功电源，切除量为|ΔP|；

[0013] 步骤(4)，若差额无功功率ΔQ>0，则切除部分有功负荷，切除量为ΔQ；若差额无功功率ΔQ<0，则切除部分有功电源，切除量为|ΔQ|；

[0014] 步骤(5)，断开微电网并网点的并网开关PCC；

[0015] 步骤(6)，将主控电源储能元件的运行模式切换为恒电压恒频率模式；

[0016] 步骤(7)，主控电源储能元件在恒电压恒频率模式下运行3s后，采集此时微电网的电压U1及频率f1，并判断是否满足如公式(1)的条件，

[0017] k1UN

[0018] fN-k3

[0019] 其中，UN为微电网额定运行电压，f N为微电网额定运行频率，k1为安全低压系数，k2为过压安全系数，k3为低频安全系数，k4为过频安全系数，k1的取值在0.8～0.9，k2的取值在1.1～1.2，k3的取值在0.5～1，k4的取值在0.8～1.5；

[0020] 若满足公式(1)，则执行步骤(8)；若不满足公式(1)，断开微电网内所有负荷、电源、柴油发电机及储能元件开关，并发出切换失败报警；

[0021] 步骤(8)，设置微电网内柴油发电机为恒电压恒频率模式，投入运行；并将主控电源储能元件的运行模式切换为恒频率模式，设置输出有功功率P＝0，输出无功功率Q＝0；

[0022] 步骤(9)，当运行3s后，采集此时微电网的电压U2及频率f2，并判断是否满足如公式(2)的条件，

[0023] k1UN

[0024] fN-k3

[0025] 步骤(10)，若满足公式(2)，则非计划并网转孤岛运行模式切换成功；若不满足公式(2)，断开微电网内所有负荷、电源、柴油发电机及储能元件开关，并发出切换失败报警。

[0026] 前述的微电网非计划并网转孤岛运行模式切换时的稳定控制方法，其特征在于：所述微电网额定运行电压UN取值100V，微电网额定运行频率f N取值为50Hz。

[0027] 前述的微电网非计划并网转孤岛运行模式切换时的稳定控制方法，其特征在于：所述步骤(3)切除部分有功负荷为ΔP及切除部分有功电源为|ΔP|，是根据预先设定的优先级进行有功负荷或者有功电源选择切除的，按照优先级级别从低到高依次切除。

[0028] 前述的微电网非计划并网转孤岛运行模式切换时的稳定控制方法，其特征在于：所述步骤(4)切除部分有功负荷为ΔQ及切除部分有功电源为|ΔQ|，是根据预先设定的优先级进行有功负荷或者有功电源选择切除的，按照优先级级别从低到高依次切除。

[0029] 本发明的有益效果是：本发明的微电网非计划并网转孤岛运行模式切换时的稳定控制方法，采用调整微电网内电源、负荷容量，以及调整储能单元输出功率相结合的手段，实时检测微电网的运行频率和电压水平，用以实现反馈控制，最终实现微电网在非计划并网转孤岛运行模式切换时的稳定运行，保证各种电气设备安全，保障重要用户的不间断供电，具有良好的应用前景。

附图说明

[0030] 图1是本发明的微电网非计划并网转孤岛运行模式切换时的稳定控制方法的流程图。

[0031] 图2是本发明一实施例的典型微电网结构示意图。

具体实施方式

[0032] 下面将结合说明书附图，对本发明作进一步说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

[0033] 本发明的微电网非计划并网转孤岛运行模式切换时的稳定控制方法，采用调整微电网内电源、负荷容量，以及调整储能单元输出功率相结合的手段，实时检测微电网的运行频率和电压水平，用以实现反馈控制，最终实现微电网在非计划并网转孤岛运行模式切换时的稳定运行，保证各种电气设备安全，保障重要用户的不间断供电，如图1所示，具体包括以下步骤，

[0034] 步骤(1)，调取微电网发生非计划孤岛切换前1s的实测数据，包括微电网并网点(PCC)有功功率P1、无功功率Q1；微电网内总负荷有功功率P2、无功功率Q2；微网内分布式电源的总有功功率P3、无功功率Q3；微网内储能元件的有功功率P4、无功功率Q4；微网孤岛运行时主控电源储能元件有功功率P5、无功功率Q5；微电网中柴油发电机有功功率P6、无功功率Q6；

[0035] 步骤(2)，计算差额有功功率ΔP＝P1+P5，差额无功功率ΔQ＝Q1+Q5；

[0036] 步骤(3)，若差额有功功率ΔP>0，则切除部分有功负荷，切除量为ΔP；若差额有功功率ΔP<0，则切除部分有功电源，切除量为|ΔP|，这里的切除部分有功负荷为ΔP(当ΔP>0时)，切除部分有功电源为|ΔP|(当ΔP<0时)，是根据预先设定的优先级(现场使用人员根据负荷和电源的重要程度进行确定)，按照级别从低到高依次切除；

[0037] 步骤(4)，若差额无功功率ΔQ>0，则切除部分有功负荷，切除量为ΔQ；若差额无功功率ΔQ<0，则切除部分有功电源，切除量为|ΔQ|，这里的切除部分有功负荷为ΔQ(当ΔQ>0时)，切除部分有功电源为|ΔQ|(当ΔQ<0时)，是根据预先设定的优先级(现场使用人员根据负荷和电源的重要程度进行确定)，按照级别从低到高依次切除；

[0038] 步骤(5)，断开微电网并网点的并网开关PCC；

[0039] 步骤(6)，将主控电源储能元件的运行模式切换为恒电压恒频率模式(U/f模式)；

[0040] 步骤(7)，主控电源储能元件在恒电压恒频率模式下运行3s后，采集此时微电网的电压U1及频率f1，并判断是否满足如公式(1)的条件，

[0041] k1UN

[0042] fN-k3

[0043] 其中，UN为微电网额定运行电压，fN为微电网额定运行频率，k1为安全低压系数，k2为过压安全系数，k3为低频安全系数，k4为过频安全系数，根据仿真分析和工程实际运行测试，k1可取值为0.8～0.9，k2可取值为1.1～1.2，k3可取值为0.5～1，k4可取值为0.8～1.5；

[0044] 若满足公式(1)，则执行步骤(8)；若不满足公式(1)，断开微电网内所有负荷、电源、柴油发电机及储能元件开关，并发出切换失败报警；

[0045] 步骤(8)，设置微电网内柴油发电机为恒电压恒频率模式(U/f模式)，投入运行；并将主控电源储能元件的运行模式切换为恒频率模式(PQ模式)，设置输出有功功率P＝0，输出无功功率Q＝0；

[0046] 步骤(9)，当运行3s后，采集此时微电网的电压U2及频率f2，并判断是否满足如公式(2)的条件，

[0047] k1UN

[0048] fN-k3

[0049] 各参数的定义与公式(1)一致；

[0050] 步骤(10)，若满足公式(2)，则非计划并网转孤岛运行模式切换成功；若不满足公式(2)，断开微电网内所有负荷、电源、柴油发电机及储能元件开关，并发出切换失败报警。

[0051] 上述微电网额定运行电压UN取值100V，微电网额定运行频率fN取值为50Hz。

[0052] 下面根据发明的微电网非计划并网转孤岛运行模式切换时的稳定控制方法，接收一具体实施例。

[0053] 如图2所示，为典型的微网结构示意图，包含分布式电源、柴油机、作为主控电源的储能元件2、一般储能元件1、等效负荷，微网通过PCC开关与大电网相连，U、f为微网母线上的测量电压及频率，储能元件都通过PCS接入微网运行，P1～P6、Q1～Q6为实时测量各部件的有功功率和无功功率。

[0054] 当微网在非计划情况下需要进行并网转孤岛的运行模式转换时，立即调取保存的1秒钟之前的功率测量数据，包括P1～P6、Q1～Q6，(具体含义见步骤(1))设此时的P1＝
10kW、Q1＝5kVar、P2＝50kW、Q2＝25kVar、P3＝15kW、Q3＝7kVar、P4＝10kW、Q4＝5kVar、P5＝
15kW、Q5＝8kVar、P6＝0kW、Q6＝0kVar，此时柴油发电机退出，KG断开，

[0055] 通过计算ΔP＝25kW，ΔQ＝13kVar，由于ΔP>0、ΔQ>0，需要切除相对应负荷功率，此后，P2＝25kW、Q2＝12kVar，之后，断开PCC开关，将PCS2的控制模式切换为U/f模式；

[0056] 在上述切换操作3秒后，检测微网母线电压U和频率f，设UN＝100V(二次额定值)和fN＝50Hz，k1取值为0.88，k2取值为1.1，k3取值为0.7，k4取值为0.7。若U<88V或U>110V或f<49.3Hz或f>50.7Hz，则断开微网内所有负荷、分布式电源、柴油发电机及储能元件开关，微网模式切换失败，不再进行其他操作，等待后续进行黑启动。

[0057] 若上述检测的电压U及频率f满足条件88V

[0058] 在完成储能元件2的运行模式切换后3秒，检测微网母线电压U和频率f，设UN＝100V(二次额定值)和fN＝50Hz，，k1取值为0.88，k2取值为1.1，k3取值为0.7，k4取值为0.7。

[0059] 若电压U及频率f满足条件88V110V或f<49.3Hz或f>50.7Hz，则断开微网内所有负荷、分布式电源、柴油发电机及储能元件开关，微网模式切换失败，不再进行其他操作，等待后续进行黑启动。

[0060] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。