《一種微電網平滑同期併網控制方法》是國電南瑞科技股份有限公司和國電南瑞南京控制系統有限公司於2014年2月20日申請的專利，該專利的申請號為2014100572439，公布號為CN103795087A，公布日為2014年5月14日，發明人是唐成虹、鄭玉平、譚闊，該專利屬於微電網技術領域。
《一種微電網平滑同期併網控制方法》通過自動幅值補償、自動相角補償對微電網兩側互感器不一致情況進行自動補償；導前時間補償對斷路器合閘時間長進行補償；採用電能質量檢測，當電能質量不合格時不允許同期併網；採用單相/三相自適應的同期併網檢測和調節對微電網三相不平衡度進行自動檢測和判斷，當三相電壓不平衡時執行三相檢同期併網檢測和調節流程，三相電壓平衡時執行單相檢同期併網檢測和調節流程。通過以上方法，實現了微電網在最佳角度同期平滑併網，使得併網對電網系統及微電網電力設備衝擊最小，延長了電力設備的使用壽命，提高電網穩定性，具有良好的套用前景。
2017年5月，《一種微電網平滑同期併網控制方法》獲得第十屆江蘇省專利項目獎優秀獎。
（概述圖為《一種微電網平滑同期併網控制方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種微電網平滑同期併網控制方法
- 公布號：CN103795087A
- 公布日：2014年5月14日
- 申請號：2014100572439
- 申請日：2014年2月20日
- 申請人：國電南瑞科技股份有限公司、國電南瑞南京控制系統有限公司
- 地址：江蘇省南京市高新區高新路20號
- 發明人：唐成虹、鄭玉平、譚闊
- 分類號：H02J3/42（2006.01）I
- 代理機構：南京縱橫智慧財產權代理有限公司
- 類別：發明專利
- 代理人：董建林
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
微電網是一組由微電源、負荷、儲能系統和控制裝置構成的系統單元。是一個能夠實現自我控制、保護和管理的自治系統，微電網既可以與外部電網併網運行，也可以孤島運行。微電網併網運行時由電網提供電壓和頻率的支撐，孤島運行時由儲能和發電設備提供電壓和頻率的支撐，微電網由孤島運行轉併網運行時，存在併網點兩側電壓的幅值、相角和頻率不一致，斷路器合閘時間長，三相負荷不平衡，電能質量不合格因素，併網時會對電網或微電網造成較大的衝擊。
2014年2月前微電網的檢同期併網技術，具體介紹如下：
1）中國專利申請號為201110382606.2《用於微網的從孤島模式切換到併網模式的模式切換方法》，採用併網時確保所有分散式電源停止運行，不會出現非同期併網的方法；不足之處是會造成負荷短時斷電。
2）中國專利申請號為201210011880.3《一種微電網併網與孤網自動無縫切換的控制》，公開了一種微電網併網時對儲能逆變器的平滑控制技術，該方法僅適用於單儲能逆變器，不能實現由微電網併網一體化裝置實現的針對微電網併網點的同期控制。
3）論文《微電網帶負荷併網的平滑切換條件及控制策略》，比較了壓差、頻差和角差對併網的影響；但該論文主要提出對逆變器的自動跟蹤控制方法並進行仿真。
隨著微電網的規模化效應，需要研究在保障微電網負荷不斷電的條件下，由微電網併網一體化裝置實現微電網在最佳角度同期平滑併網的控制技術。
發明內容
專利目的
《一種微電網平滑同期併網控制方法》的目的在於研究一種適應微電網的同期併網技術，針對微電網電力電子設備多，諧波污染大，三相負荷不平衡及微電網兩側互感器不一致、斷路器合閘時間長，導致併網時會對微電網和電網產生衝擊大的特點，對2014年2月前已有基於單相同期電壓的檢同期併網技術進行了改進，實現了幅值補償技術、相角補償技術、導前時間補償技術及採用電能質量檢測技術、單相/三相自適應的同期併網檢測和調節技術，通過這些技術實現了微電網在最佳角度平滑同期併網。
技術方案
《一種微電網平滑同期併網控制方法》其特徵在於：
1）根據同期平滑併網要求，整定同期併網壓差、頻差、角差、滑差、合閘導前時間、三相電壓不平衡度定值參數；
2）根據同期平滑併網要求，設定允許同期併網的電壓、電流總畸變率、電壓波動和閃變參數限值；
3）計算微網側、電網側三相電壓幅值、電壓差、頻率差、角差、滑差；
4）如果微網側、電網側的電壓互感器額定值不一致，進行幅值補償；
5）如果微網側、電網側不是同名電壓，存在固有相角時，進行相角補償；
6）進行電能質量合格檢測，置電能質量不合格標誌；
7）計算微電網三相電壓不平衡度；
8）判斷微電網三相電壓不平衡度是否滿足步驟1）中整定的三相電壓不平衡度，如果滿足，置三相不平衡標誌=0，否則置三相不平衡標誌=1；
9）併網一體化裝置在接收到同期併網命令後啟動同期判斷流程，執行同期合閘操作。
步驟9）中，併網一體化裝置在接收到同期併網命令後啟動同期判斷流程，包括以下步驟：
1a）判斷步驟6）電能質量不合格標誌是否為1，如果為1，同期併網失敗，返回失敗原因為電能質量不合格，進入步驟8a）；
2a）如果電能質量不合格標誌=0，進入步驟3a）；
3a）判斷微網側A相電壓幅值是否在有效範圍，不在有效範圍，同期失敗返回，失敗原因為電壓不在有效範圍，進入步驟8a）；
4a）判斷微網側A相頻率是否在有效範圍，不在有效範圍，同期失敗返回，失敗原因為頻率不在有效範圍.進入步驟8a）；
5a）判斷步驟8）三相不平衡標誌是否為1，如果為1，進入三相同期併網檢測和調節流程；如果為0，進入單相同期併網檢測和調節流程；
6a）計算同期合閘越前角，如果滿足最佳合閘條件，進入步驟7a），否則進入步驟1a）；
7a）進行微電網同期合閘操作；
8a）閉鎖微電網同期合閘操作，返回失敗原因，告警。
步驟6a）中，計算同期合閘越前角公式如下：
其中，Tdq為合閘導前時間，ωsi為計算點的滑差角速度，Δωsi/Δt為滑差角加速度。
所述幅值補償針對併網點兩側電壓互感器額定值不一致的情況，通過解析設定的併網點兩側的電壓互感器額定值，自動計算幅值補償係數，進行幅值補償。
所述相角補償針對併網點兩側互感器不是同名電壓，存在固有相角時，進行角度補償，補償角度的定值設定為：以微網側A相電壓為基準，設為時鐘長針，指向12點鐘，系統側電壓為時鐘短針，指向幾點定值就設為幾。例如系統側取Uab，則相位補償的定值設為11，裝置自動順時針補償30°。
所述電能質量合格檢測步驟：計算微電網側的部分電能質量指標數據，包括電壓、電流總畸變率、電壓波動和閃變、諧波含有率指標，如果這些指標大於裝置設定的電能指標限值，置電能質量不合格標誌=1，否則置電能質量不合格標誌=0。
所述單相同期併網檢測和調節流程：判斷A相的壓差、頻差、角差是否滿足小於同期整定的定值，如果滿足，計算合閘越前角，執行同期併網命令，否則向儲能系統發單相同期調節命令。
所述三相同期併網檢測和調節流程：分別判斷A相、B相、C相的壓差、頻差、角差是否滿足小於同期整定的定值，如果滿足，計算合閘越前角，執行同期併網命令，否則向儲能系統發三相同期調節命令。
改善效果
《一種微電網平滑同期併網控制方法》的微電網同期平滑控制技術，具有以下優點：
1）2014年2月前已有的同期併網技術，是建立在三相平衡基礎上的，由於微電網三相負荷不平衡現象普遍，針對此特點，對2014年2月前已有單相同期檢測技術進行改進，實現了單相/三相自適應的同期併網檢測和調節技術，對微電網三相不平衡度自動檢測，當三相不平衡度小於閾值時，實現單相檢同期併網檢測和調節技術，當不平衡度大於閾值時，實現三相檢同期併網檢測和調節技術，避免了三相不平衡同期併網對微電網的衝擊。
2）針對微電網兩側互感器不一致情況，實現了幅值補償、相角補償技術。
3）針對微電網斷路器合閘時間長的特點，實現了導前時間補償技術。
4）針對微電網電力電子設備多，諧波污染大，在2014年2月前已有同期併網技術基礎上增加了併網電能質量檢測技術，如果電能質量不合格閉鎖同期併網，限制了電能質量不合格併網對電網造成的諧波污染。
該發明針對微電網電力電子設備多，諧波污染大，三相負荷不平衡的特點及微電網兩側互感器不一致、斷路器合閘時間長等情況，對2014年2月前已有單相檢同期併網技術進行了改進，實現了幅值補償技術、相角補償技術、導前時間補償技術；電能質量檢測技術；單相/三相自適應的同期併網檢測和調節技術。通過以上技術，實現了微電網在最佳角度同期平滑併網，使得微電網併網對電網系統及微電網電力設備衝擊最小，延長了電力設備的使用壽命，提高電網穩定性，具有良好的套用前景。
附圖說明
圖1是《一種微電網平滑同期併網控制方法》的微電網同期平滑併網控制實現流程圖。
圖1
權利要求
1.《一種微電網平滑同期併網控制方法》其特徵在於：包括以下步驟：
1）根據同期平滑併網要求，整定同期併網壓差、頻差、角差、滑差、合閘導前時間、三相電壓不平衡度定值參數；
2）根據同期平滑併網要求，設定允許同期併網的電壓、電流總畸變率、電壓波動和閃變參數限值；
3）計算微網側、電網側三相電壓幅值、電壓差、頻率差、角差、滑差；
4）如果微網側、電網側的電壓互感器額定值不一致，進行幅值補償；
5）如果微網側、電網側不是同名電壓，存在固有相角時，進行相角補償；
6）進行電能質量合格檢測，置電能質量不合格標誌；
7）計算微電網三相電壓不平衡度；
8）判斷微電網三相電壓不平衡度是否滿足步驟1）中整定的三相電壓不平衡度，如果滿足，置三相不平衡標誌=0，否則置三相不平衡標誌=1；
9）併網一體化裝置在接收到同期併網命令後啟動同期判斷流程，執行同期合閘操作。
2.根據權利要求1所述的微電網平滑同期併網控制方法，其特徵在於：
步驟9）中，併網一體化裝置在接收到同期併網命令後啟動同期判斷流程，包括以下步驟：
1a）判斷步驟6）電能質量不合格標誌是否為1，如果為1，同期併網失敗，返回失敗原因為電能質量不合格，進入步驟8a）；
2a）如果電能質量不合格標誌=0，進入步驟3a）；
3a）判斷微網側A相電壓幅值是否在有效範圍，不在有效範圍，同期失敗返回，失敗原因為電壓不在有效範圍，進入步驟8a）；
4a）判斷微網側A相頻率是否在有效範圍，不在有效範圍，同期失敗返回，失敗原因為頻率不在有效範圍.進入步驟8a）；
5a）判斷步驟8）三相不平衡標誌是否為1，如果為1，進入三相同期併網檢測和調節流程；如果為0，進入單相同期併網檢測和調節流程；
6a）計算同期合閘越前角，如果滿足最佳合閘條件，進入步驟7a），否則進入步驟1a）；
7a）進行微電網同期合閘操作；
8a）閉鎖微電網同期合閘操作，返回失敗原因，告警。
3.根據權利要求2所述的微電網平滑同期併網控制方法，其特徵在於：步驟6a）中，計算同期合閘越前角公式如下：
其中，Tdq為合閘導前時間，ωsi為計算點的滑差角速度，Δωsi/Δt為滑差角加速度。
4.根據權利要求1所述的微電網平滑同期併網控制方法，其特徵在於：所述幅值補償針對併網點兩側電壓互感器額定值不一致的情況，通過解析設定的併網點兩側的電壓互感器額定值，自動計算幅值補償係數，進行幅值補償。
5.根據權利要求1所述的微電網平滑同期併網控制方法，其特徵在於：所述相角補償針對併網點兩側互感器不是同名電壓，存在固有相角時，進行角度補償，補償角度的定值設定為：以微網側A相電壓為基準，設為時鐘長針，指向12點鐘，系統側電壓為時鐘短針，指向幾點定值就設為幾。
6.根據權利要求2所述的微電網平滑同期併網控制方法，其特徵在於：所述單相同期併網檢測和調節流程：判斷A相的壓差、頻差、角差是否滿足小於同期整定的定值，如果滿足，計算合閘越前角，執行同期併網命令，否則向儲能系統發單相同期調節命令。
7.根據權利要求2所述的微電網平滑同期併網控制方法，其特徵在於：所述三相同期併網檢測和調節流程：分別判斷A相、B相、C相的壓差、頻差、角差是否滿足小於同期整定的定值，如果滿足，計算合閘越前角，執行同期併網命令，否則向儲能系統發三相同期調節命令。
實施方式
如圖1所示，運行在上述的微電網同期平滑併網控制的實現，包括以下步驟，
第1步，當接收到同期併網命令後，進入同期併網流程。
第2步，判斷同期控制字是否投入，如果同期投入進入步驟3，否則返回。
第3步，判斷遠方/就地壓板是否對應，如果不對應，同期失敗返回，原因為遠方/就地不對應。
第4步，判斷是否需要幅值補償，如果需要進行幅值補償。
第5步，判斷是否需要相角補償，如果需要進行相角補償。
第6步，判斷電能質量不合格標誌是否為1，如果為1，同期失敗返回，原因為電能質量不合格。
第7步，判斷微網側A相電壓幅值是否在有效範圍，不在有效範圍，同期失敗返回，失敗原因為電壓不在有效範圍。
第8步，判斷微網側A相頻率是否在有效範圍，不在有效範圍，同期失敗返回，失敗原因為頻率不在有效範圍
第9步，判斷三相不平衡標誌是否為1，如果為1，進入步驟（16）。
第10步，判斷微網側和電網側A相壓差是否滿足同期壓差定值，不滿足進入步驟（15）。
第11步，判斷微網側和電網側A相頻差是否滿足同期滑差定值，不滿足進入步驟（15）。
第12步，判斷微網側和電網側A相滑差是否滿足同期滑差定值，不滿足進入步驟（15）。
第13步，判斷微網側和電網側A相角差是否滿足同期滑差定值，不滿足進入步驟（15）。
第14步，計算合閘越前角，判斷是否捕捉到最佳合閘時刻，如果滿足，進入步驟（22）。
第15步，判斷同期調節時間是否逾時，不逾時向儲能設備發出單相同期調節命令，進入步驟（10）。
第16步，判斷微網側和電網側三相電壓壓差是否滿足同期壓差定值，不滿足進入步驟（18）。
第17步，判斷微網側和電網側三相頻差是否滿足同期頻差定值，不滿足進入步驟（18）。
第18步，判斷微網側和電網側三相滑差是否滿足同期滑差定值，不滿足進入步驟（21）。
第19步，判斷微網側和電網側三相角差是否滿足同期角差定值，不滿足進入步驟（21）。
第20步，計算合閘越前角，判斷是否捕捉到最佳合閘時刻，如果滿足，進入步驟（22）。
第21步，判斷同期調節時間是否逾時，不逾時向儲能設備發出三相同期調節命令，進入步驟（16）。
第22步，執行同期合閘命令，返回同期合閘成功標誌。
榮譽表彰
2017年5月，《一種微電網平滑同期併網控制方法》獲得第十屆江蘇省專利項目獎優秀獎。
