專利名稱：一種采用儲(chǔ)能變流器實(shí)現(xiàn)被動(dòng)離網(wǎng)無縫切換控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及儲(chǔ)能變流控制技術(shù)，具體涉及一種采用儲(chǔ)能變流器實(shí)現(xiàn)被動(dòng)離網(wǎng)無縫切換控制方法。
背景技術(shù)：
儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)的重要組成部分，可以有效地實(shí)現(xiàn)需求側(cè)管理、消除晝夜峰谷差、平滑負(fù)荷，可以提高電力設(shè)備運(yùn)行效率、降低供電成本，還可以作為促進(jìn)可再生能源應(yīng)用，提高電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性、調(diào)整頻率、補(bǔ)償負(fù)荷波動(dòng)的一種手段。儲(chǔ)能裝置主要實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存、釋放或快速功率交換。電網(wǎng)接入裝置實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能裝置與電網(wǎng)之間的能量雙向傳遞與轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)電力調(diào)峰、能源優(yōu)化、提高供電可靠性和電力系統(tǒng)穩(wěn)定性等功能。儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量范圍比較寬，從幾十千瓦到幾百兆瓦；放電時(shí)間跨度大，從毫秒級(jí)到小時(shí)級(jí)；應(yīng)用范圍廣，貫穿整個(gè)發(fā)電、輸電、配電、用電系統(tǒng)；大規(guī)模電力儲(chǔ)能技術(shù)的研究和應(yīng)用才剛起步，是一個(gè)全新的課題，也是國內(nèi)外研究的一個(gè)熱點(diǎn)領(lǐng)域。儲(chǔ)能技術(shù)主要的應(yīng)用方向有1)風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電互補(bǔ)系統(tǒng)組成的局域網(wǎng)，用于偏遠(yuǎn)地區(qū)供電、工廠及辦公樓供電；2)通信系統(tǒng)中作為不間斷電源和應(yīng)急電能系統(tǒng)；3)風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)電能質(zhì)量調(diào)整；4)作為大規(guī)模電力存儲(chǔ)和負(fù)荷調(diào)峰手段；
5)電動(dòng)汽車儲(chǔ)能裝置；6)作為國家重要部門的大型后備電源等。在微網(wǎng)系統(tǒng)中，儲(chǔ)能變流器運(yùn)行工況分并網(wǎng)和離網(wǎng)兩種。要確保微網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷實(shí)現(xiàn)不間斷可靠供電，儲(chǔ)能變流器就必須具備進(jìn)入離網(wǎng)時(shí)無縫切換功能，離網(wǎng)切換分為主動(dòng)離網(wǎng)(計(jì)劃性離網(wǎng))與被動(dòng)離網(wǎng)(非計(jì)劃性離網(wǎng))，在預(yù)知電網(wǎng)停電的情況下，主動(dòng)離網(wǎng)能滿足無縫切換要求，但實(shí)際運(yùn)行中，電網(wǎng)往往出現(xiàn)突發(fā)的停電與故障，此時(shí)只能采用被動(dòng)離網(wǎng)才能確保微網(wǎng)內(nèi)電壓、頻率連續(xù)穩(wěn)定。目前，主動(dòng)離網(wǎng)功能在國內(nèi)多家儲(chǔ)能變流器廠商已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，但是被動(dòng)離網(wǎng)無縫切換控制技術(shù)還未見公開研究成果。因此，安全可靠的被動(dòng)離網(wǎng)功能是儲(chǔ)能變流器控制技術(shù)一個(gè)難點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種采用儲(chǔ)能變流器實(shí)現(xiàn)被動(dòng)離網(wǎng)無縫切換控制方法，該控制方法解決了如何準(zhǔn)確判斷出主網(wǎng)與微網(wǎng)分開的時(shí)刻，捕捉該時(shí)刻電網(wǎng)電壓、相位，實(shí)現(xiàn)主網(wǎng)與微網(wǎng)之間無縫斷開的問題。本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種采用儲(chǔ)能變流器實(shí)現(xiàn)被動(dòng)離網(wǎng)無縫切換控制方法，所述方法用的系統(tǒng)為微電網(wǎng)系統(tǒng)，包括380V母線、并網(wǎng)開關(guān)QFl、開關(guān)QF2、QF3、QF4和QF5、儲(chǔ)能系統(tǒng)、分布式電源以及負(fù)荷；所述并網(wǎng)開關(guān)QFl接入電網(wǎng)；所述并網(wǎng)開關(guān)QFl通過380V母線分別與開關(guān)QF2、QF3、QF4以及QF5連接；所述開關(guān)QF2與電機(jī)連接；所述開關(guān)QF3與負(fù)荷連接；所述開關(guān)QF4與分布式電源連接；所述開關(guān)QF5與儲(chǔ)能系統(tǒng)連接；
其改進(jìn)之處在于，所述方法包括下述步驟(I)確定儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)PCS處于并網(wǎng)狀態(tài)；(2)記錄第N次電網(wǎng)三相線電壓采樣值；N為自然數(shù)；(3)確定第N次電網(wǎng)三相線電壓采樣值與第N-M次電網(wǎng)三相線電壓采樣值之間差值；(M為一個(gè)周波內(nèi)采樣次數(shù))(4)判斷電網(wǎng)三相中任一相涉及的步驟(3)中差值是否大于額定線電壓最大值的15% ；(5)當(dāng)計(jì)數(shù)器K (記錄連續(xù)滿足步驟(4)的次數(shù))大于或者等于3，被動(dòng)離網(wǎng)標(biāo)志位置位；(6)當(dāng)被動(dòng)離網(wǎng)標(biāo)志位置位時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)PCS進(jìn)入離網(wǎng)狀態(tài)。 其中，所述步驟(4)中，若差值大于額定線電壓最大值的15%，則記錄當(dāng)前電網(wǎng)相位值ΘΝ與電壓有效值Un，同時(shí)被動(dòng)離網(wǎng)標(biāo)志位計(jì)數(shù)器K加I ;若差值小于額定線電壓最大值的15%，則被動(dòng)離網(wǎng)標(biāo)志位計(jì)數(shù)器K清零。其中，所述步驟(5)中，若被動(dòng)離網(wǎng)標(biāo)志位計(jì)數(shù)器K小于3，則返回步驟(2);若被動(dòng)離網(wǎng)標(biāo)志位計(jì)數(shù)器K大于或者等于3,則啟動(dòng)被動(dòng)離網(wǎng)，并以θ Ν_2為初始相位，以UN_2為初始電壓有效值，進(jìn)行定電壓定功率V/F控制，同時(shí)進(jìn)行步驟(6)。其中，所述負(fù)荷采用電阻可調(diào)負(fù)載；所述分布式電源包括光伏并網(wǎng)逆變器和直流源；所述儲(chǔ)能系統(tǒng)包括依次連接的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和電池；所述能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括儲(chǔ)能變流器。其中，所述儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行模式包括并網(wǎng)模式、離網(wǎng)模式、同期并網(wǎng)模式和被動(dòng)離網(wǎng)模式；所述同期并網(wǎng)指的是離網(wǎng)模式轉(zhuǎn)換至并網(wǎng)模式；所述被動(dòng)離網(wǎng)指的是并網(wǎng)模式轉(zhuǎn)換至離網(wǎng)模式。其中，在并網(wǎng)模式下，采用有功功率和無功功率控制，即P-Q控制；該模式下，儲(chǔ)能系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)需求進(jìn)行有功、無功控制。其中，在離網(wǎng)模式下，采取定電壓和定頻率控制略，即V/F控制。與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明達(dá)到的有益效果是本發(fā)明提供的采用儲(chǔ)能變流器實(shí)現(xiàn)被動(dòng)離網(wǎng)無縫切換控制方法，能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)PCS的儲(chǔ)能變流器處于待機(jī)或者充放電狀態(tài)時(shí)，通過快速間斷主網(wǎng)與微網(wǎng)之間斷電時(shí)刻，采用被動(dòng)離網(wǎng)無縫切換控制方法，實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)由并網(wǎng)轉(zhuǎn)向離網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行無縫切換，確保微網(wǎng)內(nèi)電壓、頻率連續(xù)穩(wěn)定不間斷供電，提高了微網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷供電可靠性。


圖1是含分布式電源微網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2是能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)PCS并網(wǎng)控制框圖；圖3是本發(fā)明提供的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)PCS離網(wǎng)控制框圖；圖4是本發(fā)明提供的微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)圖；圖5是本發(fā)明提供的并網(wǎng)SOkW被動(dòng)離網(wǎng)帶負(fù)載實(shí)驗(yàn)波形圖；圖6是本發(fā)明提供的采用儲(chǔ)能變流器實(shí)現(xiàn)被動(dòng)離網(wǎng)無縫切換控制方法流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。含分布式電源的微網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1，微網(wǎng)系統(tǒng)配電網(wǎng)380V母線，經(jīng)過并網(wǎng)開關(guān)QFl與儲(chǔ)能系統(tǒng)、新能源、負(fù)荷構(gòu)成。新能源包括風(fēng)電、光伏系統(tǒng)。當(dāng)電網(wǎng)斷電時(shí)，跳開并網(wǎng)開關(guān)QFl，儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行V/F控制對(duì)負(fù)荷供電，風(fēng)電、光伏按照并網(wǎng)工況對(duì)微電網(wǎng)進(jìn)行功率輸送；當(dāng)電網(wǎng)供電時(shí)，合上并網(wǎng)開關(guān)QF1，儲(chǔ)能系統(tǒng)、風(fēng)電、光伏系統(tǒng)均按照并網(wǎng)控制運(yùn)行。為保證負(fù)荷在微網(wǎng)運(yùn)行工況切換時(shí)不間斷供電，需要進(jìn)行被動(dòng)離網(wǎng)無縫切換控制，確保微網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷不間斷供電。微網(wǎng)系統(tǒng)中，儲(chǔ)能系統(tǒng)工況分為并網(wǎng)模式、離網(wǎng)模式、同期并網(wǎng)(離網(wǎng)模式轉(zhuǎn)換至并網(wǎng)模式)、被動(dòng)離網(wǎng)(并網(wǎng)模式轉(zhuǎn)換至離網(wǎng)模式);并網(wǎng)模式下，采用有功功率和無功功率控制(即P-Q控制)。該模式下，儲(chǔ)能系統(tǒng)主 要根據(jù)電網(wǎng)需求進(jìn)行有功、無功控制，其控制框圖如圖2。Pref和QMf :分別表示有功、無功功率指令；P、Q :分別表示實(shí)測(cè)有功、無功功率；idref、iqref :分別表示有功電流、無功電流給定；id、iq :同步坐標(biāo)系下有功、無功電流；ud和uq :分別表示同步坐標(biāo)系下的電壓直周、交軸分量；Θ :同步坐標(biāo)系直軸與靜止坐標(biāo)系之間夾角；dq/a β :同步坐標(biāo)轉(zhuǎn)換靜止坐標(biāo)系模塊；SVPWM :脈沖生成模塊。離網(wǎng)模式下，儲(chǔ)能系統(tǒng)獨(dú)立給負(fù)荷供電或儲(chǔ)能系統(tǒng)在微網(wǎng)中作主電源運(yùn)行時(shí)，要為負(fù)荷提供電壓和頻率支撐，維持供電點(diǎn)電壓和頻率的穩(wěn)定，采取定電壓和定頻率控制策略(V/F控制)，控制框圖如圖3所示。Uref :電壓有效值指令；Ua、Ub、Uc :分別表示實(shí)測(cè)A、B、C三相電壓有效值；F :頻率指令值；SPWM :脈沖生成模塊。本發(fā)明提供的一種采用儲(chǔ)能變流器實(shí)現(xiàn)被動(dòng)離網(wǎng)無縫切換控制方法，該方法用的系統(tǒng)為微電網(wǎng)系統(tǒng)，如圖4所示，包括380V母線、并網(wǎng)開關(guān)QFl、開關(guān)QF2、QF3、QF4和QF5、儲(chǔ)能系統(tǒng)、分布式電源以及負(fù)荷；并網(wǎng)開關(guān)QFl接入電網(wǎng)；所述并網(wǎng)開關(guān)QFl通過380V母線分別與開關(guān)QF2、QF3、QF4以及QF5連接；所述開關(guān)QF2與電機(jī)連接；所述開關(guān)QF3與負(fù)荷連接；所述開關(guān)QF4與分布式電源連接；所述開關(guān)QF5與儲(chǔ)能系統(tǒng)連接。負(fù)荷采用電阻可調(diào)負(fù)載；分布式電源包括光伏并網(wǎng)逆變器和直流源；所述儲(chǔ)能系統(tǒng)包括依次連接的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和電池；能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括儲(chǔ)能變流器。被動(dòng)離網(wǎng)無縫切換控制策略儲(chǔ)能變流器處于并網(wǎng)狀態(tài)時(shí)，通過檢測(cè)圖1中Vm點(diǎn)電壓，當(dāng)電壓連續(xù)3個(gè)采樣點(diǎn)與上一個(gè)周波電壓對(duì)應(yīng)采樣點(diǎn)發(fā)生電壓跌落或者上升15%時(shí)，即認(rèn)為主網(wǎng)與微網(wǎng)斷開或者主網(wǎng)故障，能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)PCS自動(dòng)切換到離網(wǎng)控制模式，同時(shí)，開出接點(diǎn)跳開主網(wǎng)開關(guān)QFl實(shí)現(xiàn)被動(dòng)離網(wǎng)。本發(fā)明提供的采用儲(chǔ)能變流器實(shí)現(xiàn)被動(dòng)離網(wǎng)無縫切換控制方法流程圖如圖6所示，具體包括如下步驟第一步，確定能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)PCS處于并網(wǎng)狀態(tài)；第二步,記錄第N次三相線電壓采樣值；第三步，求解第N次采樣的網(wǎng)側(cè)三相線電壓與第N-M次(M為一個(gè)周波內(nèi)采樣次數(shù))采樣點(diǎn)之間差值；第四步，如果三相中任一相差值大于額定線電壓最大值的15%，則記錄當(dāng)前電網(wǎng)相位值ΘΝ與電壓有效值Un，同時(shí)計(jì)數(shù)器K加I ;如果任一相差值小于額定線電壓最大值的15%，計(jì)數(shù)器K清零；第五步，如果計(jì)數(shù)器K小于3，循環(huán)至第二步；第六步，如果計(jì)數(shù)器K大于或者等于3，被動(dòng)離網(wǎng)標(biāo)志位置位；啟動(dòng)被動(dòng)離網(wǎng)程序，并以θ N-2為初始相位，以UN_2為初始電壓有效值，進(jìn)行定電壓和定頻率V/F控制，同時(shí)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)PCS進(jìn)入離網(wǎng)狀態(tài)。圖5為能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)PCS處于并網(wǎng)80kW充電轉(zhuǎn)態(tài)時(shí)，主網(wǎng)開關(guān)斷開，能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)PCS自動(dòng)轉(zhuǎn)入離網(wǎng)運(yùn)行，微網(wǎng)負(fù)載包括光伏20kW、5kW電機(jī)、35kW電阻負(fù)載(波形1:A相電流波形，波形2 :A相線電壓波形)。最后應(yīng)當(dāng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡 管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種采用儲(chǔ)能變流器實(shí)現(xiàn)被動(dòng)離網(wǎng)無縫切換控制方法，所述方法用的系統(tǒng)為微電網(wǎng)系統(tǒng)，包括380V母線、并網(wǎng)開關(guān)QFl、開關(guān)QF2、QF3、QF4和QF5、儲(chǔ)能系統(tǒng)、分布式電源以及負(fù)荷； 所述并網(wǎng)開關(guān)QFl接入電網(wǎng)；所述并網(wǎng)開關(guān)QFl通過380V母線分別與開關(guān)QF2、QF3、QF4以及QF5連接；所述開關(guān)QF2與電機(jī)連接；所述開關(guān)QF3與負(fù)荷連接；所述開關(guān)QF4與分布式電源連接；所述開關(guān)QF5與儲(chǔ)能系統(tǒng)連接； 其特征在于，所述方法包括下述步驟 (1)確定儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)PCS處于并網(wǎng)狀態(tài)； (2)記錄第N次電網(wǎng)三相線電壓采樣值；N為自然數(shù)； (3)確定第N次電網(wǎng)三相線電壓采樣值與第N-M次電網(wǎng)三相線電壓采樣值之間差值； (4)判斷電網(wǎng)三相中任一相涉及的步驟(3)中差值是否大于額定線電壓最大值的15%; (5)當(dāng)計(jì)數(shù)器K大于或者等于3，被動(dòng)離網(wǎng)標(biāo)志位置位； (6)當(dāng)被動(dòng)離網(wǎng)標(biāo)志位置位時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)PCS進(jìn)入離網(wǎng)狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的采用儲(chǔ)能變流器實(shí)現(xiàn)被動(dòng)離網(wǎng)無縫切換控制方法，其特征在于，所述步驟(4)中，若差值大于額定線電壓最大值的15%，則記錄當(dāng)前電網(wǎng)相位值0N與電壓有效值UN，同時(shí)被動(dòng)離網(wǎng)標(biāo)志位計(jì)數(shù)器K加I ;若差值小于額定線電壓最大值的15%，則被動(dòng)離網(wǎng)標(biāo)志位計(jì)數(shù)器K清零。
3.如權(quán)利要求1所述的采用儲(chǔ)能變流器實(shí)現(xiàn)被動(dòng)離網(wǎng)無縫切換控制方法，其特征在于，所述步驟(5)中，若被動(dòng)離網(wǎng)標(biāo)志位計(jì)數(shù)器K小于3，則返回步驟(2);若被動(dòng)離網(wǎng)標(biāo)志位計(jì)數(shù)器K大于或者等于3，則啟動(dòng)被動(dòng)離網(wǎng)，并以e N_2為初始相位，以UN_2為初始電壓有效值，進(jìn)行定電壓定功率V/F控制，同時(shí)進(jìn)行步驟(6 )。
4.如權(quán)利要求1所述的采用儲(chǔ)能變流器實(shí)現(xiàn)被動(dòng)離網(wǎng)無縫切換控制方法，其特征在于，所述負(fù)荷采用電阻可調(diào)負(fù)載；所述分布式電源包括光伏并網(wǎng)逆變器和直流源；所述儲(chǔ)能系統(tǒng)包括依次連接的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和電池；所述能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括儲(chǔ)能變流器。
5.如權(quán)利要求1所述的采用儲(chǔ)能變流器實(shí)現(xiàn)被動(dòng)離網(wǎng)無縫切換控制方法，其特征在于，所述儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行模式包括并網(wǎng)模式、離網(wǎng)模式、同期并網(wǎng)模式和被動(dòng)離網(wǎng)模式；所述同期并網(wǎng)指的是離網(wǎng)模式轉(zhuǎn)換至并網(wǎng)模式；所述被動(dòng)離網(wǎng)指的是并網(wǎng)模式轉(zhuǎn)換至離網(wǎng)模式。
6.如權(quán)利要求5所述的采用儲(chǔ)能變流器實(shí)現(xiàn)被動(dòng)離網(wǎng)無縫切換控制方法，其特征在于，在并網(wǎng)模式下，采用有功功率和無功功率控制，即P-Q控制；該模式下，儲(chǔ)能系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)需求進(jìn)行有功、無功控制。
7.如權(quán)利要求5所述的采用儲(chǔ)能變流器實(shí)現(xiàn)被動(dòng)離網(wǎng)無縫切換控制方法，其特征在于，在離網(wǎng)模式下，采取定電壓和定頻率控制略，即V/F控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及儲(chǔ)能變流控制技術(shù)，具體涉及一種采用儲(chǔ)能變流器實(shí)現(xiàn)被動(dòng)離網(wǎng)無縫切換控制方法，包括下述步驟(1)確定儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)PCS處于并網(wǎng)狀態(tài)；(2)記錄第N次電網(wǎng)三相線電壓采樣值；N為自然數(shù)；(3)確定第N次電網(wǎng)三相線電壓采樣值與第N-M次電網(wǎng)三相線電壓采樣值之間差值；(4)判斷電網(wǎng)三相中任一相涉及的步驟(3)中差值是否大于額定線電壓最大值的15%；(5)當(dāng)計(jì)數(shù)器K大于或者等于3，被動(dòng)離網(wǎng)標(biāo)志位置位；(6)當(dāng)被動(dòng)離網(wǎng)標(biāo)志位置位時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)PCS進(jìn)入離網(wǎng)狀態(tài)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)由并網(wǎng)轉(zhuǎn)向離網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行無縫切換，確保微網(wǎng)內(nèi)電壓、頻率連續(xù)穩(wěn)定不間斷供電，提高了微網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷供電可靠性。
文檔編號(hào)H02J9/06GK103023132SQ20121046988
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月19日
發(fā)明者李官軍, 胡金杭, 陶以彬, 楊波, 俞斌, 桑丙玉, 馮鑫振 申請(qǐng)人:中國電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司