基于多层控制的微电网运行模式无缝切换策略

１ Ｇ ４] . 注[ ５ Ｇ １ １] , 容[ 其主要控 制 目 标 为 : 实现 ① 在 并 网 运 行 时, 并网点潮流可控和 分 布 式 电 源 利 用 最 大 化 ; ②在孤
微电网是由 分 布 式 电 源 ㊁ 储 能㊁ 能 量 转 换 装 置㊁
] 换 . 文献 [ 针对微电网非计划孤岛切换过程中的 １ ５ 功率不平衡问题 , 将超级电容器和蓄电池组成的复 合储能装置作为孤 岛 运 行 时 的 主 电 源 , 实现运行模 ] 式的平滑切换 . 文献 [ 采用新型的主从和对等控 １ ６ 制相结合的综合控制策略 , 对微电网的并网/孤岛运 . 行模式的过渡进 行 控 制 然 而 , 上述研究侧重于分 析储能变流器自身 的 模 式 切 换 特 性 , 但是在微电网
入配电网 , 功率 参 考 方 向 以 流 入 母 线 为 正 . 微 电 网 在并网运行模式下 , 所有微源运行于 P Q 控制模式 ;
( ) ２ ０ １ ５, ３ ９ ９
������ 分布式能源与智能配电系统 ������
值 频率 ( 控 制 模 式, 为系统提供电压与频率参 V F) 考, 其他微源运行模式不变 .
０㊀ 引言
负荷及控制保护系统等基本单元构成的小型供电系 统, 既可以与配电网并联运行 , 实现联络线交换功率 微电网可以显著降低间歇性分布式电源给配电网带 来的不利影响 , 最大限度地利用分布式电源出力 , 提 高供电可靠性和电能质量 . 以微电网形式将分布式 电源接 入 配 电 网 , 已经得到国内外学者的广泛关
图 １㊀ 微电网系统结构示意图 F i ． １㊀S t r u c t u r ed i a r a mo fm i c r o r i ds s t e m g g g y
微源的控制模式及 控 制 参 数 进 行 设 置 与 调 节 , 实现 并网时的功率与电能质量控制及离网时的系统稳定 运行 . ) 系统监控与优化控制层主要完成微电网的信 ３ 息集 成 与 经 济 优 化 运 行 . 微 电 网 能 量 管 理 系 统 ( ) 集成于统一 的 数 据 采 集 与 监 控 ( 平 EM S S C A D A)
微电网系统协调控制是微电网研究的核心内
网运行时 , 实现系统的稳定运行 ; ③ 在外电网故障或 计划孤岛时 , 实现并 网 与 离 网 运 行 模 式 的 快 速 平 滑 切换 . 其中 , 微电网 运 行 模 式 的 平 滑 切 换 是 协 调 控 ] 制系统功能实现的重点和难点 . 文献 [ 提出了一 １ ２ 种基于控 制 器 状 态 跟 随 的 微 电 网 平 滑 切 换 控 制 方 法, 通过三区域平滑切换控制策略 , 有效地减小运行 ] 模式切换过程中的暂态振荡 . 文献 [ 通过主从控 １ ３ 制策略实现含多储能装置并联的微电网运行模式的 无缝切换 . 文 献 [ 中微电源并网时采用有功功 １ ４] 率 无功功率 ( 控 制, 孤 岛 时 采 用 下 垂 控 制, 并 P Q) 在基本下垂控制器 中 增 加 下 垂 额 定 点 调 节 环 , 通过 该环路的 投 切 实 现 并 网 与 孤 岛 控 制 模 式 的 平 滑 转
收稿日期 : ２ ０ １ ４ Ｇ ０ ８ Ｇ ０ ６;修回日期 : ２ ０ １ ５ Ｇ ０ １ Ｇ ２ ４. ( ) . ２ ０ １ １ AA ０ ５ A １ ０ ７
１㊀ 微电网结构与关键设备
１． １㊀ 微电网结构与控制 鹿西岛兆瓦级并网型微电网采用双微电网结 构, 其中 , 单个微电网的系统结构如图 １ 所示 . 系统 / 包含 ３ ０ ０kW 光伏系统通过 A C D C 能量转换装置 ( ) , 升压变压器 并网 ７ ８ ０kW 风 电 机 组 通 过 异 步 发 电 机并网 , 微电网通过 并 网 点 的 永 磁 高 压 快 速 开 关 并 在孤网运行模式下 , 其中一个储能系统采用电压幅
F*4 *4EMS
MMS MSC GOkV/ 10 kV
4%
10 kV AC AC AC AC DC DC DC DC PCS1 PCS2 PCS3 500 kW 500 kW 6 6 500 kW 6
3
B81 B82
300 kW 780 kW M*3 LC MC SC
: / / h t t ww w． a e s Ｇ i n f o ． c o m １ p p ７ ９
, 主母线电压等级为 １ 系统频率为５ 各微 ０k V, ０H z 源采用交流方 式 并 网 , 其 中 ３ˑ５ ０ ０kW 储 能 系 统 ㊁
国家 高 技 术 研 究 发 展 计 划 ( ８ ６ ３ 计 划 )资 助 项 目
可控 , 也可以在孤网形式下向重要负荷供电 . 因此 ,
系统控制层面的运行模式切换策略的相关研究工作 较少 . 快速 开 关 作 为 １ ０k V 并 网 点 开 关 ,结 合 基 于 [ １ ８] 标准 的微电网控制 系统和改进的储能 I E C６ １ ８ ５ ０ 系统控制策略 , 重点 研 究 微 电 网 运 行 模 式 无 缝 切 换 策略与实现 , 并成功实施于示范工程中 , 通过实际运 行测试对本文提出的策略进行了验证 . 本文依托浙江省温州市鹿西岛并网型微电网示 １ ７] 范工程 , 首次采用基于永磁斥力快 速 分 断 机 构 [ 的
２㊀ 运行模式切换策略
台中 , 实现实时信息监测 ㊁ 历史信息存储 ㊁ 系统控制 ㊁ 经济优化运行及报表统计等功能 . ) 控制系统采用I ４ E C６ １ ８ ５ ０ 标准有效减少控制 层间协议转换量 , 系统通信效率高 , 增加了系统运行 策略 的 实 时 性 和 稳 定 性 . 其 中 , MC, L C, S C与 快 M S C 间通过通用面向对象变电站事件 ( GOO S E) 速报文进行信息通信 , 与 MG C C 间通过制造报文规 １． ２㊀１ ０k V 高压快速开关 鹿西岛并 网 型 微 电 网 并 网 点 选 用 的 １ ０k V高 ) 范( 报文进行通信 . MM S
１ ７] 压快速开关为永磁真空断路器 , 其 操 作 机 构 原 理[ 见附录 A 图 A １. 为满足微电网运行模式 切 换 的 要
１ ８ ０
微电 网 运 行 模 式 切 换 过 程 中 , 应尽量减小系统 冲击 , 缩短暂态过程 , 保证系统运行的稳定性 . 本文 针对鹿西岛并网型 微 电 网 的 结 构 特 点 和 容 量 配 置 , 充分考虑并网点快 速 开 关 的 动 作 特 性 , 开展运行模 式切换策略设计与实施 . ２． １㊀ 并网转孤网控制策略 微电网由并网转为孤网运行模式通常由两种事 件触发 : 包括外部电 ① 运行调度根据系统运行情况 ( 网检修停电 ㊁ 内部新 能 源 及 储 能 充 足 等 ) 主 动 触 发, , ; 对切换时间要求不高 但要求成功率高 ② 由于外部 电网非计划性停电 或 发 生 故 障 , 微电网通过孤岛检 测或故障检测机制 被 动 触 发 , 分别称为主动离网和 被动 离 网 . 主 动 离 网 由 MG C C和 M S C 共 同 完 成, 被动离网由于时限问题仅由 M S C 完成 . ) . 控 制 策 略 １ MG C C MG C C 并网转孤网控制 框图如图 ２ 所示 , 当 MG C C 收 到 EM S发出的主动 离网命令后 , 首先进行运行模式识 别 与 校 验 , 如图３ 所示 , 通过微电网内主 P 并网开关 C S 的 运 行 状 态㊁ 状态及系统状态等 信 息 的 综 合 分 析 , 确定微电网系 统处于并网运行状 态 , 并存在一台可以承担模式切 换任务的 P 随后通过调节从 P 调节 C S; C S 的 功 率㊁ ㊁ , 新能源出力 投切次要负荷等方式 使并网点功率与 主P 且代数和的绝对值小于预 设 C S 功率方向相同 , 定值 SS 当条件满足后 , 向M S C 发送离网模式切 E T １; 换命令 .
该微电网系统控制采用基于I E C６ １ ８ ５ ０ 标准的 三层控制体系 , 各控制层的主要功能及特点如下 . ) 就地控制层主要完成微电网组成单元的就地 １ ㊁ 控制 . 通过微源 控 制 器 ( 负荷控制器( 实 MC) L C) 现对分布式电源 ㊁ 储能系统及负荷的一体化监视与 控制 ; 并网开 关 控 制 器 ( 实 现 快 速 开 关 的 测 控, S C) 并与运行模 式 控 制 器 ( 完成微电网运行模式 M S C) . 切换过程中的快速时序控制 ) 协调控制层主要完成微电网运行模式切换和 ２ 稳定控制 . 微电网 系 统 控 制 器 ( 与M MG C C) S C共 同完成微电网运行模 式 切 换 功 能 ; 通 过 对各 MG C C
张雪松 , 等 ㊀ 基于多层控制的微电网运行模式无缝切换策略
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第３ ９ 卷 ㊀ 第 ９ 期 ㊀２ ０ １ ５年５月１ ０日
V o l ． ３ ９N o ． ９M a ０, ２ ０ １ ５ y１
基于多层控制的微电网运行模式无缝切换策略
( ) 国网浙江省电力公司电力科学研究院 ,浙江省杭州市 ３ １ ０ ０ １ ４
求, 开关操作机构在原来永磁结构的基础上 , 增加大 电流快 速 分 闸 斥 力 机 构 , 使开关分闸整组时间小 , 于２ 且动作时间游离度很小 , 有效减少了电压 ０m s 暂态过程 , 有利于系统运行模式的无缝切换 . １． ３㊀ 储能系统 根据 系 统 功 能 及 负 荷 需 求 , 微电网中配置３套 作为微电网运行的核 ５ ０ ０kW 铅酸 电 池 储 能 系 统 , 心部件 . 系 统 并 网 运 行 时 , ３台储能变流器( P C S) 都采用 P 参与功率调节 . 孤网运行时 , 一台 Q 控制 , 采用 V 提供系统的电压 P C S 作为主机 , F 控制模式 , , 频率支 撑 ; 另外２台 P 为 从 机 仍 以P C S Q 方式运 行, 参与系 统 功 率 平 衡 .P Q 和V F 控制框图见附 [ ] １ ５ Ｇ １ ６, １ ９ Ｇ ２ ０ . 录A图A ２ P C S 通过外部 控 制 命 令 选 择 运 行 模 式 . 此 外 , 为满足主 P C S在微电网并网运行到孤网运行模式 无缝切换的要求 , 在V 即 F 控制中加入初相角逻辑 , 在P 以当 C S由 P Q 运行转为 V F 运 行 的 初 始 时 刻, 前时刻锁相环测量 值 作 为 初 始 电 压 相 角 , 使切换过 程中电压波形连续 , 有效减少了暂态过程 , 有利于系 统运行模式的平滑过渡 .