发明专利｜一种微电网离网模式下主电源柔性切换方法

技术背景

由于电力电子和新能源技术的迅速发展，微电网技术得到了越来越多的应用，成 为解决海岛、偏远高海拔等地区供电的重要途径。微电网作为分布式发电的重要形式之一， 是一个能够实现自我运行管理的自治系统，既可以与大电网并网运行，也可以孤网运行(也 称离网运行或孤岛运行)，因此微电网具有灵活的运行方式，提高了系统运行的稳定性和可靠性。

微电网由于存在并网和离网两种运行模式，因此有关并网和离网运行模式间的切 换成为微电网运行控制的重要研究方向。微电网并网和离网模式间的切换总体可以分为并 网转离网模式切换和离网转并网模式切换。根据模式切换是否按照计划进行可以分为计划 和非计划模式切换，有些按照切换过程中是否存在停电过程，将其分为有缝和无缝切换。目前，对于微电网并网转离网和离网转并网两种模式切换中，离网转并网模式切换技术难度 小，易于实现，而并网转离网模式切换若实现非计划无缝切换技术难度较大。因此当前并网 转离网模式切换相关研究和专利较多，如 《基于虚拟同步发电机的微网运行模式无缝切换 控制策略》中提出一种基于控制器状态跟随的并行切换方法，即PQ控制的电流源模式和VSG (虚拟同步发电机，Virtual Synonous Generator)控制的电压源模式的相位和电流指令都实时跟踪，从而实现运行模式的无缝切换《 ; 基于GOOSE的微电网并网转离网平滑切换 智能控制方法》专利中提出了一种基于GOOSE快速控制网实现微电网并网转离网平滑切换智能控制方法。

虽然微电网并网和离网两种运行模式的切换至关重要，但是对于一些仅运行于离 网模式的微电网而言，离网的稳定运行和主电源的切换是实现系统长期稳定运行的重要保证。有些离网型微电网中既含有传统旋转电源(如柴油发电机、燃气轮机)，也含新型分布式 电源和储能，在运行中可以作为系统主电源的有旋转电源和储能，储能做主电源运行时常 见的运行模式为V/F或下垂(VSG)运行模式。在分布式电源大量接入微电网后，为实现微电网经济运行，存在停止旋转电源工作，储能单独作为主电源运行的需求，这种和以往旋转电 源做主电源运行方式之间则存在离网模式下的主电源切换控制。目前，对于含有旋转电源和储能的微电网，离网运行时通常采用旋转电源主电源稳定运行。但在一些储能配比较大 的离网型微电网中，有时因旋转电源检修或故障等原因，存在储能做主电源运行控制的需 求，因此，微电网中离网运行时的主电源切换也是必不可少的模式切换控制技术。由于国内长期运行于离网模式的微电网较少，所以对离网运行时的主电源切换的相关文献和专利较少。 《一种独立运行微电网主控电源切换方法》专利中提出了一种微电网离网运行时的主电 源切换方法，但是该专利主要侧重于阐述主电源切换的启动条件，同时简要地介绍了旋转 电源转储能主电源、储能转旋转电源主电源的切换步骤，但是专利中未考虑切换过程中的负荷渐进转移，因此在大规模微电网中的离网主电源切换中可能存在切换扰动大甚至切换 失败的风险，从而不适用于大规模微电网离网主电源切换控制中。

发明内容

本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了一种微电网离网模式下主 电源柔性切换方法，提出了基于储能PCS(变流器，Power Control System)下垂或VSG(虚拟 同步发电机，Virtual Synonous Generator)技术，采用负荷渐进转移的柔性平滑切换 方法，实现微电网离网(或称作 “ 孤网”)模式下，旋转电源(如柴油发电机组或内燃机组)主 电源运行方式与储能主电源运行方式间的柔性平滑无缝切换，解决了现有微电网尤其是大 规模微电网离网(孤岛)运行时主电源切换过程中系统电压和频率承受较大扰动冲击的技术难点。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

一种微电网离网模式下主电源柔性切换方法，包括：

旋转电源主电源运行模式切换至储能主电源运行模式的方法：

在满足旋转电源转储能主电源的切换启动条件时，采用负荷渐进转移的控制方式 将旋转电源承担的负荷逐渐转移至储能，调节储能PCS运行模式，控制旋转电源停机;

储能主电源运行模式切换至旋转电源主电源运行模式的方法：

在满足储能转旋转电源主电源的切换启动条件时，启动旋转电源，以抵消旋转电 源同期并网后出现的逆功率为目标调节部分储能PCS的功率，待逆功率现象消除后，调节各 储能PCS运行模式和有功输出以实现负荷的渐进转移。

作为所述一种微电网离网模式下主电源柔性切换方法的进一步优化方案，在旋转 电源主电源运行模式切换至储能主电源运行模式过程中，采用负荷渐进转移的控制方式将 旋转电源承担的负荷逐渐转移至储能，具体方法为：以每台旋转电源停机瞬间对微电网电 压和频率产生的扰动在允许偏差范围内为目标，逐次调节储能PCS的有功输出直至各台储 能PCS输出有功达到计算目标值，各台储能PCS输出有功计算目标值包含其自身有功输出部分以及根据其自身额定功率占比承担的负荷有功转移量部分，其中，