[发明专利]一种微电网并网与离网控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种分布式电源发电的技术领域，具体的来说，是一种微电网并网与离网控制系统。

背景技术

随着世界性的化石燃料的日益减少和世界性能源危机问题的出现，开发和应用新的替代性和可持续性的新能源成为世界性的热门话题。

已经在大规模开发和利用的新能源有太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。未来有望开发的新能源包括海洋波能、可燃冰、煤层气和微生物能等。新能源以其蓬勃的发展趋势，即将取代传统能源占据人类利用能源的主导地位。目前可再生能源在能源利用中的比例总体上偏低，一个原因是对新能源的开发重视程度不够，另一个原因是与可再生能源技术的开发利用成本偏高有关，尤其是技术含量较高的太阳能、生物质能、风能等成本还很高。目前用于实现把新能源转化为电能的设备包括太阳能光伏电池、燃料电池、风力机、微汽轮、微内燃机等。随着新能源的大规模开发和应用，新能源大量接入电网，给电力系统的稳定运行提出了一系列的挑战。

发明内容

基于现有技术存在的不足，本发明提供一种微电网并网与离网控制系统，微电网是一种由微型电源和负荷共同组成的系统，它可同时提供电能和热量；微电网内部的电源主要由电力电子器件负责能量的转换，并提供必要的控制；微电网相对于外部大电网表现为单一的受控单元，并可同时满足用户对电能质量和供电安全等的要求。微电网在公共连接点PCC通过一个静态开关来与外部电网Grid隔离开来。当静态开关闭合的时候，微电网进入并网运行状态，当静态开关打开的时候，微电网进入孤立运行状态。在PCC处一般还装有功率控制器，控制整个微电网与外部电网之间的功率交换。

在微网中配置一定容量的储能，通过合适的控制可以灵活调整系统的有功/无功量的不断增加，微网中分布式电源的供电会给系统的运行稳定性及供电可靠性带来一定的负面影响。储能通过其功率控制器可以功率分布，抑制风力发电或光伏对微网稳定性的不利影响。常见的储能形式包括电化学储能、飞轮储能、超级电容器储能以及超导储能等。

微网在启动和离网运行时，一般由输出功率稳定且容量较大的电源担负组网电源，建立并维持系统的电压与频率。微型燃气轮机、柴油发电机组、储能等均可作为组网电源。与前两者相比，储能在担任组网电源时，控制上更为灵活、便捷，并可以在组网电源和并网电源间灵活转换，能够实现微网的离网运行和并网运行，以及离网/并网两种模式间转换的无缝过渡，以确保微网中负荷的供电连续性和电能质量。

微网与大电网之间的无缝切换，微网的运行方式包括离网模式、并网模式以及离网并网模式之间的切换过程。由于采用了储能单元作为微网的组网电源，因而，储能控制的控制策略对于微网运行方式的控制非常重要。

离网模式储能采用V/f控制建立并维持系统的电压与频率，储能的输出电压取自系统预设值，经滤波电容电压环、滤波电感电流环双环控制后产生储能控制器的PWM信号。

在并网运行模式下，配电网提供微网的电压及频率支撑，储能控制器采用PQ控制，根据系统的需要向配电网吸收或输出一定的有功/无功功率，以维持特定条件下微网与配电网连接处PCC的功率潮流稳定。滤波电容电压环、滤波电感电流环双环控制的基础上，增加功率外环，由给定的Pc、Qc指令依次控制两个内环。

连接哪一段离网/并网模式无缝切换微网离网运行时，当接收到并网调度指令，微网将切换至并网运行模式，快速准确的电网状态检测以及电压同步控制可以减少并网冲击，实现模式的平稳切换。

微网并网运行时，当计划检修或配电网出现故障时，微网将切换至离网运行模式，储能的快速控制可以缩短系统电压及频率的过渡时间，实现模式的灵活切换。

微网运行模式切换时，储能控制策略相应改变。当采用PQ控制时，储能控制器采用三环控制方式，利用功率控制环（并网电感电流）产生滤波电容电压环的d-q轴分量参考值vdref、vqref，并引入电压前馈提高控制系统的抗扰动能力。当采用V/f控制时，vdref、vqref值由系统预设。vdref、vqref经滤波电容电压环、滤波电感电流环产生储能控制器的PWM信号。

在微网从并网运行切换至离网运行模式过程中，储能控制器及时从三环控制方式切换至双环工作方式。由于滤波电容电压环和滤波电感电流环在两种工作模式中保持不变，因而能够确保系统在模式转换过程中的平滑和快速。