基于固態開關、下垂控制、源荷平衡和直流匯流的微電網結構及控制方法技術

本發明專利技術涉及一種基于固態開關、下垂控制、源荷平衡和直流匯流的微電網結構及控制方法，通過固態開關快速隔離配電網故障、采用下垂控制策略實現不斷電進行并離網運行模式的切換、采用源荷平衡實現微電網在并離網運行源荷功率的平衡等，在失去配電網供電的情形下，微電網可不斷電平滑切換至離網運行，?有效保障針對微電網內負荷的供電可靠性。

【技術實現步驟摘要】
基于固態開關、下垂控制、源荷平衡和直流匯流的微電網結構及控制方法
本專利技術涉及分布式發電領域，特別是一種基于固態開關、下垂控制、源荷平衡和直流匯流的提高供電可靠性微電網結構及控制方法。
技術介紹
典型的微電網由多種分布式發電單元、儲能系統以及負荷組成，微電網是一種新型供配電技術，是一個能夠實現自我控制、保護和管理的自治系統，既可以與外部電網并網運行，也可以孤立運行。在2001年，美國R.H.Lasseter等學者提出了微電網的概念，目前微電網技術正朝著實用化階段發展。微電網可綜合管理出力具有波動性、間歇性的分布式發電單元，諸如風電、太陽能光伏發電等類型的分布式發電，提供一種友好接入方式，抑制分布式發電對電網的沖擊和負面影響，充分發揮分布式發電的效益和價值。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術的目的是提出一種基于固態開關、下垂控制、源荷平衡和直流匯流的微電網結構及控制方法，可快速隔離微電網外部的異常事件、實現微電網并離網運行時源荷的功率平衡以及微電網并離網運行模式的不斷電平滑切換。本專利技術的結構采用以下方案實現：一種基于固態開關、下垂控制、源荷平衡和直流匯流的微電網結構，包括微電網管理終端、配電網管理系統以及與其相連的配電網一次系統，所述的配電網一次系統連接至并網交流母線，還包括一光伏陣列、一風力機組、一儲能系統以及一備用電源，所述的光伏陣列、風力機組、儲能系統以及備用電源分別經第一直流變換器、第一整流變換器、第二直流變換器以及第二整流變換器連接至微電網直流匯流母線，所述的微電網直流匯流母線經一下垂控制逆變器連接至微電網交流母線，所述的微電網交流母線經一固態開關連接至所述的并網交流母線；所述的微電網交流母線還連接有微電網負荷；所述的微電網管理終端連接有一并網點保護終端、一源荷平衡控制終端以及所述的配電網管理系統，所述的并網點保護終端與所述的固態開關、所述的下垂控制逆變器、所述的并網交流母線以及所述的微電網交流母線相連，所述的源荷平衡控制終端與所述的下垂控制逆變器、所述的第一直流變換器、第一整流變換器、第二直流變換器、第二整流變換器、所述的儲能系統以及所述的備用電源相連接。進一步地，所述的并網點保護終端包括一DSP以及與其相連的MCU、并離網控制單元、電壓異常保護單元、電流異常保護單元、頻率異常保護單元、電壓幅值計算單元、頻率與相位計算單元、電氣量檢測單元、開關狀態檢測單元以及開關動作控制單元；所述的并離網控制單元、電壓幅值計算單元以及所述的頻率與相位計算單元均連接至所述的下垂控制逆變器，所述的MCU與所述的微電網管理終端相連，所述的電氣量測量單元分別連接至所述的并網交流母線以及微電網交流母線，所述的開關狀態檢測單元以及開關動作控制單元均與所述的固態開關相連。進一步地，所述的源荷平衡控制終端包括DSP以及與其相連的MCU、發電出力預測單元、微電網負荷預測單元、并離網狀態檢測單元、運行模式控制單元、啟停及功率給定單元、荷電狀態檢測單元以及電氣量檢測單元；所述的MCU連接至所述的微電網管理終端，所述的并離網狀態檢測單元與所述的下垂控制逆變器相連，所述的啟停及功率給定單元連接至所述的備用電源，所述的荷電狀態檢測單元連接至所述的儲能系統，所述的電氣量檢測單元分別與所述的下垂控制逆變器、第一直流變換器、第一整流變換器、第二直流變換器以及第二整流變換器相連，所述的運行模式控制單元分別與所述的第一直流變換器、第一整流變換器以及第二直流變換器相連。較佳地，本專利技術采用三層控制結構，下垂控制逆變器、光伏陣列的直流變換器、風力機組的整流變換器、儲能系統的直流變換器以及備用電源的整流變換器構成就地控制層，并網點保護終端和源荷平衡控制終端構成中間控制層，微電網管理終端為站控層。微電網管理終端具備運行監控、相關電氣量的實時和歷史信息展示以及存儲等功能。本專利技術的控制方法采用以下方案實現：一種如上文所述的基于固態開關、下垂控制、源荷平衡和直流匯流的微電網結構的控制方法，包括以下三種情況：（a）當非計劃性并網切換至離網時，具體步驟如下：步驟S11：所述并網點保護終端檢測所述并網交流母線的電壓、電流和頻率并判斷是否有異常現象，如果異常，所述并網點保護終端發出指令斷開所述的固態開關，所述固態開關返回分位信息，所述并網點保護終端控制所述下垂控制逆變器將運行模式切換至離網運行模式，并進入步驟S2；步驟S12：所述的下垂控制逆變器切換至離網運行模式，所述的下垂控制逆變器通知所述的源荷平衡控制終端進入離網運行模式，所述的源荷平衡控制終端將所述的第一直流變換器、第一整流變換器、第二直流變換器以及第二整流變換器調整至離網運行模式；（b）當計劃性并網切換至離網時，具體步驟如下：步驟S21：當所述的微電網管理終端接收到計劃性并網切換至離網的指令，所述的微電網管理終端將所述計劃性并網切換至離網的指令發送至所述的并網點保護終端；步驟S22：所述的并網點保護終端控制所述的固態開關斷開，所述固態開關返回分位信息，所述并網點保護終端控制所述的下垂控制逆變器切換至離網運行模式；步驟S23：所述的下垂控制逆變器切換至離網運行模式，所述的下垂控制逆變器通知所述的源荷平衡控制終端進入離網運行模式，所述的源荷平衡控制終端將所述的第一直流變換器、第一整流變換器、第二直流變換器以及第二整流變換器調整至離網運行模式；（c）當離網切換至并網時，具體步驟如下：步驟S31：當所述的微電網管理終端接收到離網切換至并網的指令，所述的微電網管理終端將所述離網切換至并網的指令發送至所述的并網點保護終端；步驟S32：所述的并網點保護終端轉發所述配電網一次系統的電壓、頻率和相角信號至所述的下垂控制逆變器，并控制所述的下垂控制逆變器跟蹤配電網的電壓、頻率和相角信號；步驟S33：當所述的下垂控制逆變器與所述配電網一次系統的電壓幅值差值在±5V以內并且相角差值在±3°以內時，所述的并網點保護終端控制所述的固態開關閉合，所述的固態開關返回合位信息，所述的并網點保護終端控制所述的下垂控制逆變器切換至并網運行模式；步驟S34：所述的下垂控制逆變器切換至并網運行模式，所述的下垂控制逆變器通知所述的源荷平衡控制終端進入并網運行模式，所述的源荷平衡控制終端將所述的第一直流變換器、第一整流變換器、第二直流變換器以及第二整流變換器調整至并網運行模式。進一步地，所述的源荷平衡控制終端進入并網運行模式的具體包括以下步驟：步驟S41：在微電網并網運行時，所述源荷平衡控制終端將第一直流變換器與第一整流變換器的運行模式設置為最大功率點跟蹤模式；步驟S42：若在微電網并網運行且下一時段所述儲能系統為非充電狀態時，所述源荷平衡控制終端根據下一時段所述光伏陣列的出力預測值、所述風力機組的出力預測值和所述備用電源的出力設置值，設置下一時段所述下垂控制逆變器的頻率參考值，使所述下垂控制逆變器在下一時段的出力等于下一時段的所述光伏陣列的出力預測值、所述風力機組的出力預測值和所述備用電源的出力設置值的總和；步驟S43：若在微電網并網運行且下一時段所述儲能系統充電時，所述源荷控制終端根據下一時段所述光伏陣列的出力預測值、所述風力機組的出力預測值、所述備用電源的出力和儲能系統的充電功率的設置值（相對于光伏陣列和風力機組的出力，儲能系統的充電功率的設本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于固態開關、下垂控制、源荷平衡和直流匯流的微電網結構，包括微電網管理終端、配電網管理系統以及與其相連的配電網一次系統，所述的配電網一次系統連接至并網交流母線，其特征在于：還包括一光伏陣列、一風力機組、一儲能系統以及一備用電源，所述的光伏陣列、風力機組、儲能系統以及備用電源分別經第一直流變換器、第一整流變換器、第二直流變換器以及第二整流變換器連接至微電網直流匯流母線，所述的微電網直流匯流母線經一下垂控制逆變器連接至微電網交流母線，所述的微電網交流母線經一固態開關連接至所述的并網交流母線；所述的微電網交流母線還連接有微電網負荷；所述的微電網管理終端連接有一并網點保護終端、一源荷平衡控制終端以及所述的配電網管理系統，所述的并網點保護終端與所述的固態開關、所述的下垂控制逆變器、所述的并網交流母線以及所述的微電網交流母線相連，所述的源荷平衡控制終端與所述的下垂控制逆變器、所述的第一直流變換器、第一整流變換器、第二直流變換器、第二整流變換器、所述的儲能系統以及所述的備用電源相連接。

【技術特征摘要】
1.一種基于固態開關、下垂控制、源荷平衡和直流匯流的微電網結構，包括微電網管理終端、配電網管理系統以及與其相連的配電網一次系統，所述的配電網一次系統連接至并網交流母線，其特征在于：還包括一光伏陣列、一風力機組、一儲能系統以及一備用電源，所述的光伏陣列、風力機組、儲能系統以及備用電源分別經第一直流變換器、第一整流變換器、第二直流變換器以及第二整流變換器連接至微電網直流匯流母線，所述的微電網直流匯流母線經一下垂控制逆變器連接至微電網交流母線，所述的微電網交流母線經一固態開關連接至所述的并網交流母線；所述的微電網交流母線還連接有微電網負荷；所述的微電網管理終端連接有一并網點保護終端、一源荷平衡控制終端以及所述的配電網管理系統，所述的并網點保護終端與所述的固態開關、所述的下垂控制逆變器、所述的并網交流母線以及所述的微電網交流母線相連，所述的源荷平衡控制終端與所述的下垂控制逆變器、所述的第一直流變換器、第一整流變換器、第二直流變換器、第二整流變換器、所述的儲能系統以及所述的備用電源相連接；其中，所述的并網點保護終端包括第一DSP以及與其相連的第一MCU、并離網控制單元、電壓異常保護單元、電流異常保護單元、頻率異常保護單元、電壓幅值計算單元、頻率與相位計算單元、電氣量檢測單元、開關狀態檢測單元以及開關動作控制單元；所述的并離網控制單元、電壓幅值計算單元以及所述的頻率與相位計算單元均連接至所述的下垂控制逆變器，所述的第一MCU與所述的微電網管理終端相連，所述的電氣量測量單元分別連接至所述的并網交流母線以及微電網交流母線，所述的開關狀態檢測單元以及開關動作控制單元均與所述的固態開關相連。2.根據權利要求1所述的一種基于固態開關、下垂控制、源荷平衡和直流匯流的微電網結構，其特征在于：所述的源荷平衡控制終端包括第二DSP以及與其相連的第二MCU、發電出力預測單元、微電網負荷預測單元、并離網狀態檢測單元、運行模式控制單元、啟停及功率給定單元、荷電狀態檢測單元以及電氣量檢測單元；所述的第二MCU連接至所述的微電網管理終端，所述的并離網狀態檢測單元與所述的下垂控制逆變器相連，所述的啟停及功率給定單元連接至所述的備用電源，所述的荷電狀態檢測單元連接至所述的儲能系統，所述的電氣量檢測單元分別與所述的下垂控制逆變器、第一直流變換器、第一整流變換器、第二直流變換器以及第二整流變換器相連，所述的運行模式控制單元分別與所述的第一直流變換器、第一整流變換器以及第二直流變換器相連。3.一種如權利要求1所述的基于固態開關、下垂控制、源荷平衡和直流匯流的微電網結構的控制方法，其特征在于包括以下三種情況：當非計劃性并網切換至離網時，具體步驟如下：步驟S11：所述并網點保護終端檢測所述并網交流母線的電壓、電流和頻率并判斷是否有異常現象，如果異常，所述并網點保護終端發出指令斷開所述的固態開關，所述固態開關返回分位信息，所述并網點保護終端控制所述下垂控制逆變器將運行模式切換至離網運行模式；步驟S12：所述的下垂控制逆變器切換至離網運行模式，所述的下垂控制逆變器通知所述的源荷平衡控制終端進入離網運行模式，所述的源荷平衡控制終端將所述的第一直流變換器、第一整流變換器、第二直流變換器以及第二整流變換器調整至離網運行模式；當計劃性并網切換至離網時，具體步驟如下：步驟S21：當所述的微電網管理終端接收到計劃性并網切換至離網的指令，所述的微電網管理終端將所述計劃性并網切換至離網的指令發送至所述的并網點保護終端；步驟S22：所述的并網點保護終端控制所述的固態開關斷開，所述固態開關返回分位信息，所述并網點保護終端控制所述的下垂控制逆變器切換至離網運行模式；步驟S23：所述的下垂控制逆變器切換至離網運行模式，所述的下垂控制逆變器通知所述的源荷平衡控制終端進入離網運行模式，所述的源荷平衡控制終端將所述的第一直流變換器、第一整流變換器、第二直流變換器以及第二整流變換器調整至離網運行模式；當離網切換至并網時，具體步驟如下：步驟S31：當所述的微電網管理終端接收到離網切換至并網的指令，所述的微電網管理終端將所述離網切換至并網的指令發送至所述的并網點保護終端；步驟S32：所述的并網點保護終端轉發所述配電網一次系統的電壓、頻率和相角信號至所述的下垂控制逆變器，并控制所述的下垂控制逆變器跟蹤配電網的電壓、頻率和相角信號；步驟S33：當所述的下垂控制逆變器與所述配電網一次系統的電壓幅值差值在±5V以內并且相角差值在±3°以內時，所述的并網點保護終端控制所述的固態開關閉合，所述的固態開關返回合位信息，所述的并網點保護終端控制所述的下垂控制逆變器切換...

【專利技術屬性】
技術研發人員：范元亮，陳彬，
申請(專利權)人：國家電網公司，國網福建省電力有限公司，國網福建省電力有限公司電力科學研究院，
類型：發明
國別省市：北京;11