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1、(10)申请公布号 CN 102496956 A (43)申请公布日 2012.06.13 C N 1 0 2 4 9 6 9 5 6 A *CN102496956A* (21)申请号 201110382239.6 (22)申请日 2011.11.25 H02J 3/38(2006.01) (71)申请人北京金风科创风电设备有限公司 地址 100176 北京市大兴区北京经济技术开 发区康定街19号 (72)发明人舒鹏 谷延辉 张毅 (74)专利代理机构北京铭硕知识产权代理有限 公司 11286 代理人苑军茹 (54) 发明名称 用于微网的从并网模式切换到孤岛模式的模 式切换方法 (57) 摘要。
2、 本发明提供了一种用于微网的从并网模式切 换到孤岛模式的模式切换方法。所述方法包括： 断开并网开关；断开用于将微网内的负荷接入微 网的母线的所有负荷开关；选择电量最充裕的储 能电源为主分布式电源；启动主分布式电源并使 该主分布式电源以恒电压恒频率的方式运行；当 微网的母线电压大于等于预定电压时，闭合微网 的负荷开关以投入微网内的负荷；投入光伏分布 式电源和风机分布式电源并使其工作在电源输 出的有功功率和无功功率等于参考功率的控制模 式。根据本发明的技术方案能够进行并网转孤岛 模式切换，保障微网内部的供电，并且可减小对微 网的影响，保障微网内部设备寿命。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 。
3、说明书4页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页 1/1页 2 1.一种用于微网的在发生外部故障时从并网模式切换到孤岛模式的模式切换方法，所 述方法包括： 断开并网开关； 断开用于将微网内的负荷接入微网的母线的所有负荷开关； 选择电量最充裕的储能电源为主分布式电源； 启动主分布式电源并使该主分布式电源以恒电压恒频率的方式运行； 当微网的母线电压大于等于预定电压时，闭合微网的负荷开关以投入微网内的负荷； 投入光伏分布式电源并使所述光伏分布式电源工作在电源输出的有功功率和无功功 率等于参考功率的控制模式； 投入风机分。
4、布式电源并使所述风机分布式电源工作在电源输出的有功功率和无功功 率等于参考功率的控制模式。 2.如权利要求1所述的方法，还包括： 当外部故障发生时，根据微网内的分布式电源与微网的母线的电气连接方式同时隔离 微网内正在运行的所有分布式电源。 3.如权利要求2所述的方法，其中，当分布式电源以交流系统接入方式接入微网的母 线时，选择断开连接的断路器以隔离该分布式电源；当分布式电源以直流系统接入方式接 入微网的母线时，选择脉冲阻断变流器中的电力电子器件以隔离该分布式电源。 4.如权利要求3所述的方法，其中，所述分布式电源为微网内能够进行能量输出的元 件，包括风机分布式电源、光伏分布式电源以及各种储能电。
5、源。 5.如权利要求4所述的方法，其中，在隔离了微网内正在运行的所有分布式电源之后， 将隔离的结果反馈给主控系统，并且当出现隔离失败时退出模式切换。 6.如权利要求5所述的方法，其中，在隔离了微网内正在运行的所有分布式电源之后， 确认备自投装置动作成功时，从并网模式切换到孤岛模式的模式切换终止，将分布式电源 依次接入大电网。 7.如权利要求5所述的方法，其中，当确认备自投装置动作失败后，继续执行并网模式 切换到孤岛模式的模式切换。 8.如权利要求1所述的方法，其中，如果断开并网开关时并网开关没有成功断开，断开 所述负荷开关时所述负荷开关没有成功断开，或微网的母线电压小于所述预定电压，则终 止并。
6、网模式切换到孤岛模式的模式切换。 9.如权利要求1所述的方法，其中，在从并网模式到孤岛模式的模式切换过程中，设计 有延时机制以确保暂态的冲击电流最小以及元件之间的环流影响最小。 权 利 要 求 书CN 102496956 A 1/4页 3 用于微网的从并网模式切换到孤岛模式的模式切换方法 技术领域 0001 本发明涉及微网的模式切换，具体地讲，涉及将微网从并网模式切换到孤岛模式 的模式切换方法。 背景技术 0002 随着常规能源的逐渐枯竭，以及日益严重的环境污染，可再生能源以及分布式发 电技术近年来在世界范围内得到了越来越多的重视和发展。目前，分布式发电一般是指发 电功率在数千瓦至50兆瓦的小。
7、型化、模块化、分散式、布置在用户附近为用户供电的连接 到配电系统的小型发电系统。目前已有的研究和实践已表明，将分布式发电供能系统以微 型电网(MicroGrid，下面将其称为微网)的形式接入大电网并网运行，与大电网互为支撑， 是发挥分布式发电供能系统效能的最有效方式。 0003 作为分布式发电的重要组成形式之一，微网通常是由分布式电源(DG)、储能装置、 能量变换装置、相关负荷、监控系统、保护系统、电力传输设备等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。因为，微网既可以通过配电网与大 型电力网并联运行，形成一个大型电网与小型电网的联合运行系统，也可以独立地为当地。
8、 负荷提供电力需求，其灵活的运行模式大大提高了负荷侧的供电可靠性；同时，微网通过单 点接入大电网，可以减少大量小功率分布式电源接入大电网后对大电网的影响。此外，微网 将分散的、不同类型的小型发电源(分布式电源)组合起来供电，能够使小型电源获得更高 的利用效率。在大电网正常状态下，微网需要长期稳定运行；而在大电网受到干扰时，微网 必须快速脱离大电网，进入并保持于孤岛运行状态，待大电网故障排除后重新自动并网运 行。上述功能被概括为：削峰填谷、功率平滑、模式切换等。实现这些功能所需的控制策略， 是微网技术的难点，各国研究团队正不断开发更优的控制方法和硬件组成。 0004 近年来，风力发电、太阳能光伏。
9、发电技术的发展，使得可再生能源发电得到了越来 越多的利用，将可再生能源发电与微网形式相结合的技术，是应用前景非常广阔的技术，成 为了电力系统研究的新领域。由于微网是一种新型电网，其系统复杂程度大大高于普通电 网，这导致了微网的控制策略和控制方法的复杂度相对普通电网也大大提升。 0005 模式切换是最能体现微网价值的功能之一，可概括为三种不同工况下的行为：(1) 当大电网正常供电时，微网以并网模式运行；(2)当大电网出现干扰导致无法供电时，微网 需要从并网模式切换到孤岛模式；(3)当大电网故障排除后，供电恢复，微网需要从孤岛模 式切换到并网模式。 0006 模式切换技术经历了人工手动操作到机器自。
10、动操作的发展过程，重点在于如何选 择模式切换的时机，以及切换时各设备的配合过程。 0007 目前，现有的微网系统通常由单一种类的分布式电源、负荷、电力传输设备等简单 组成。分布式电源通常是传统能源的电源类型，例如以铅酸蓄电池组、锂电池组为代表的能 量型储能设备，也可配置一定容量的燃机。 0008 图1示出了现有技术中的微网拓扑结构。在图1所示的微网系统中，微网分布式 说 明 书CN 102496956 A 2/4页 4 电源常为燃机/储能系统，接入母线BUS1，微网负荷亦接入该母线BUS1。BUS1为低压交流 母线，电压在220V35KV之间，通过变压器与BUS2相连。BUS2为高压交流母线，。
11、可视为大 电网，电压在10KV220KV之间。PCC所示的断路器为微网和大电网之间的连接点。 0009 当大电网正常供电时，微网分布式电源停止发电，PCC处于闭合状态，微网负荷完 全由大电网供电；当大电网故障时，PCC处于断开状态，微网分布式电源启动发电，为微网 负荷供电。该技术主要为了实现微网的模式切换这一控制目的。通常将控制逻辑实现于微 网分布式电源的变流器的控制器中。 0010 但是现有的微网从并网模式切换为孤岛模式的模式切换存在如下所述的缺点： (1)只能适应简单构造下的微网系统，控制时的冲击电流高；(2)当微网系统内为诸如风 力发电、光伏发电的分布式发电类型时，现有技术无法适应可再生。
12、能源和储能的协调控制； (3)与大电网的配合性差，存在影响大电网保护、自动化设备的可能性。 发明内容 0011 当微网外部出现故障时，根据本发明的技术方案能够进行并网转孤岛模式切换， 保障微网内部的供电，并且操作过程中，尽可能多的减小对微网的影响，保障微网内部设备 寿命。 0012 根据本发明示例性实施例，提供了一种用于微网的在发生外部故障时从并网模式 切换到孤岛模式的模式切换方法，所述方法包括：断开并网开关；断开用于将微网内的负 荷接入微网的母线的所有负荷开关；选择电量最充裕的储能电源为主分布式电源；启动主 分布式电源并使该主分布式电源以恒电压恒频率的方式运行；当微网的母线电压大于等于 预定。
13、电压时，闭合微网的负荷开关以投入微网内的负荷；投入光伏分布式电源并使所述光 伏分布式电源工作在电源输出的有功功率和无功功率等于参考功率的控制模式；投入风机 分布式电源并使所述风机分布式电源工作在电源输出的有功功率和无功功率等于参考功 率的控制模式。 0013 根据本发明的另一方面，所述方法还可包括：当外部故障发生时，根据微网内的分 布式电源与微网的母线的电气连接方式同时隔离微网内正在运行的所有分布式电源。 0014 根据本发明的另一方面，当分布式电源以交流系统接入方式接入微网的母线时， 可选择断开连接的断路器以隔离该分布式电源；当分布式电源以直流系统接入方式接入微 网的母线时，选择脉冲阻断变流。
14、器中的电力电子器件以隔离该分布式电源。 0015 根据本发明的另一方面，所述分布式电源为微网内能够进行能量输出的元件，可 包括风机分布式电源、光伏分布式电源以及各种储能电源。 0016 根据本发明的另一方面，在隔离了微网内正在运行的所有分布式电源之后，将隔 离的结果反馈给主控系统，并且当出现隔离失败时退出模式切换。 0017 根据本发明的另一方面，在隔离了微网内正在运行的所有分布式电源之后，确认 备自投装置动作成功时，可从并网模式切换到孤岛模式的模式切换终止，将分布式电源依 次接入大电网。 0018 根据本发明的另一方面，当确认备自投装置动作失败后，可继续执行并网模式切 换到孤岛模式的模式切换。
15、。 0019 根据本发明的另一方面，如果断开并网开关时并网开关没有成功断开，断开所述 说 明 书CN 102496956 A 3/4页 5 负荷开关时所述负荷开关没有成功断开，或微网的母线电压小于所述预定电压，则可以终 止并网模式切换到孤岛模式的模式切换。 0020 根据本发明的另一方面，在从并网模式到孤岛模式的模式切换过程中，刻设计有 延时机制以确保暂态的冲击电流最小以及元件之间的环流影响最小。 附图说明 0021 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。 0022 图1示出了现有技术中的微网拓扑结构。 0023 图2示出了根据本发明示例性实施例的从并网模式切换到孤岛模式的控制流。
16、程 图。 具体实施方式 0024 图2示出了根据本发明示例性实施例的从并网模式切换到孤岛模式的控制流程 图。根据本发明示例性实施例，利用供电线路、低压母线的电气扰动情况，对微网的外部故 障进行实时检测，当外部故障发生时，准备进行模式切换。此时，立刻同时隔离微网内所有 的正在运行的分布式电源，等待大电网所配置的继电保护系统、安全自动控制系统、备自投 系统动作。这里，根据本发明示例性实施例的需要隔离的分布式电源(DG)为微网内可进行 能量输出的元件，并不仅限于单一种类的分布式电源，而是包括风力发电电源、光伏发电电 源以及各种储能电源的组合。隔离的方法视分布式电源与微网的母线的电气连接方式而 定：当。
17、分布式电源以交流系统接入方式接入微网的母线时，可选择断开连接的断路器；当 分布式电源以直流系统接入方式接入微网的母线时，可选择脉冲阻断变流器中的电力电子 器件。隔离的结果将反馈回主控系统，当出现隔离失败时必须退出模式切换。 0025 当确认备自投装置动作成功后，模式切换终止，分布式电源依次接入大电网。当确 认备自投装置动作失败后，继续执行并网模式切换到孤岛模式的模式切换。下面，将参照图 2来详细描述从并网模式切换到孤岛模式的模式切换操作。 0026 在步骤S210，断开并网开关。 0027 在步骤S220，判断并网开关是否断开。如果断开了并网开关，则进行步骤S230；否 则，则进行步骤S310。
18、，终止模式切换并安全隔离已经运行的设备。 0028 在步骤S230，断开用于将微网内的负荷接入微网母线的所有负荷开关。 0029 在步骤S240，判断是否断开了所有负荷开关。如果断开了所有负荷开关，则进行步 骤S250；否则，则进行步骤S310。 0030 在步骤S250，选择电量最为充裕的储能电源为主分布式电源，并判断该主分布式 电源是否可以工作。如果可以工作，则进行步骤S260；否则，进行步骤S310。其中，根据主 分布式电源的荷电状态是否大于预定阈值来确定主分布式电源是否可以工作。例如(但不 限于)，所述预定阈值可以是80。如果主分布式电源的荷电状态大于或等于预定阈值，则 该主分布式电源。
19、可以工作以建立微网的电压和频率；如果主分布式电源的荷电状态小于预 定阈值，则确定该主分布式电源不可以工作。 0031 在步骤S260，启动主分布式电源并控制其以恒电压恒频率的方式运行。 0032 在步骤S270，判断微网的母线电压是否大于预定电压U1以判断微网母线电压是 说 明 书CN 102496956 A 4/4页 6 否恢复。当判断出微网母线电压恢复时，进行步骤S280；否则，进行步骤S310。 0033 在步骤S280，闭合微网的负荷开关，以投入微网内的负荷。 0034 在步骤S290，投入光伏分布式电源并使其工作在从光伏分布式电源输出的有功功 率和无功功率分别等于其参考功率的PQ控制。
20、模式。 0035 在步骤S300，投入风机分布式电源并使其工作在从风机分布式电源输出的有功功 率和无功功率分别等于其参考功率的PQ控制模式。 0036 另外，需要注意的是，在整个从并网模式到孤岛模式的模式切换过程中，设计有适 当的延时机制以确保暂态的冲击电流最小以及元件之间的环流影响最小。 0037 根据本发明的另一示例性实施例，在检测到大电网故障时，立刻停止微网内部一 切正在运行的包括分布式电源以及各种负荷的设备，断开并网开关，待确认大电网无法继 续供电后，从步骤S250开始操作。 0038 另外，当判断出大电网还可以继续供电时，需要分阶段闭合并网开关、投入微网负 荷和投入分布式电源。 0039 根据本发明示例性实施例，因为设计有模式切换启动机制，其和备自投装置配合， 提高备自投装置动作成功率，更大程度上提高微网供电可靠性。在微网设备间进行协调控 制，并加以适当的顺序和延时，从而减少了彼此之间的冲击电流，以及环流影响。另外，智能 选择最适合承担主电源的能量型储能元件，用于建立更为稳定的微网电压和频率。此外，根 据本发明的示例性实施例，设置有模式切换安全终止机制，在出现意外情况时，能够保护设 备。 说 明 书CN 102496956 A 1/2页 7 图1 说 明 书 附 图CN 102496956 A 2/2页 8 图2 说 明 书 附 图CN 102496956 A 。