一种微电网孤岛运行转并网运行的电压再同步检测方法

摘要

本发明公开了一种微电网孤岛运行转并网运行的电压再同步检测方法，采用最高可达10kHz采样频率的超采样单元对微电网公共耦合点两侧三相电压持续采样，再通过软件锁相环实时计算两侧电压和角度，通过对比两侧电压角度之差的大小判定微电网是否满足再同步并网的条件，为微电网的再同步并网提供检测判据，使复杂微电网在储能单元发生故障时，仍可以有效判定并网条件，为复杂微电网在孤网转并网运行过程中提供客观冗余的依据，避免因储能单元检测故障导致非同步并网情况的发生，思路新颖，安全可靠，具有良好的应用前景。

说明书

技术领域

本发明涉及智能电网技术领域，具体涉及一种微电网孤岛运行转 并网运行的电压再同步检测方法。

背景技术

随着国家对清洁能源发电的需求不断增大，间歇性可再生能源的 并网逐渐为社会所接受，但是由于不断扩大的可再生能源并网渗透率 使得单一可再生能源的间歇性和波动性对电网的调度和稳定产生负 面影响，目前。采用智能微电网的方式，将间歇性可再生电源与负荷、 储能单元整合成为一个系统，使微电网成为电网中一个可观可控的智 能单元，同时，在外部电网故障时，可以为微电网内用户提供不间断 可持续电力，可以大大降低乃至解决间歇性可再生能源间歇性供电带 来的不稳定因素。

目前，微电网可以并网或孤网运行，当微电网由孤岛运行转并网 运行时，需保证微网公共耦合点孤岛侧与大电网侧电压完全同步，通 常采用通过储能变流器二次侧扩展电压检测的方式检测带入同步，但 是该检测方法对于微电网的管理者和集成者而言，属于间接检测，且 当存在多台储能单元并联时，缺乏统一的依据，提高检测的复杂性， 从而降低了转网并网运行时的可靠性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的微电网由孤岛运行转并网 运行时，通常采用通过储能变流器二次侧扩展电压检测的方式检测带 入同步，但为间接检测，且当多台储能单元并联时，缺乏统一的依据， 提高检测的复杂性，降低转网并网运行时的可靠性的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种微电网孤岛运行转并网运行的电压再同步检测方法，其特征 在于：包括以下步骤，

步骤（1），根据微电网孤岛运行转并网运行的需求，设定微电网 孤岛运行转并网运行的电压幅值判定阈值U、角度判定阈值θ和最小 持续时间判定阈值t；

步骤（2），通过超采样测控单元实时同步采集微电网公共耦合点 内、外两侧三相电压参数；

步骤（3），读取微电网公共耦合点内侧三相电压Ua1、Ub1、Uc1 及微电网公共耦合点外侧三相电压Ua2、Ub2、Uc2；

步骤（4），根据软件锁相环分别计算微电网公共耦合点内侧电压 的电压幅值U1、角度θ1和外侧电压的电压幅值U2、角度θ2；

步骤（5）若满足|U1-U2|<U且|θ1-θ2|<θ，则记录持续时间， 并进入步骤（6）；否则，终止微电网孤岛运行转并网运行；

步骤（6），若步骤（5）记录的记录持续时间大于最小持续时间 判定阈值t，则执行微电网孤岛运行转并网运行，否则，终止微电网 孤岛运行转并网运行。

前述的一种微电网孤岛运行转并网运行的电压再同步检测方法， 其特征在于：步骤（2）所述超采样测控单元的采样频率为10kHz。

前述的一种微电网孤岛运行转并网运行的电压再同步检测方法， 其特征在于：步骤（4）根据软件锁相环分别计算微电网公共耦合点 内侧电压的电压幅值U1、角度θ1的方法为，

（1），将读取的微电网公共耦合点内侧三相电压Ua1、Ub1、Uc1， 进行3/2坐标变换，根据公式（1），得到同步旋转坐标系下的内侧三 相电压矢量为

其中，U1_d为内侧三相电压矢量的d轴分量，U1_q为内侧三相 电压矢量的q轴分量；

（2）通过对内侧三相电压矢量求模计算，得到微电网公共耦 合点内侧电压的电压幅值U1；

（3）将内侧三相电压矢量的q轴分量U1_q，送入PI控制器， 根据公式（2），PI控制器输出内侧三相电压的角速度ω[n]，

ω[n]=ω[n-1]+kp(U1q[n]-U1q[n-1])+ki*U1q[n]  （2）

其中，ω[n-1]为上一控制周期PI控制器输出内侧三相电压的角 速度；U1q[n]与U1q[n-1]分别为当前与上一控制周期输出的内侧三相 电压矢量的q轴分量；kp与ki分别为PI控制器的比例与积分系数；

（4）将PI控制器输出内侧三相电压的角速度ω[n]，经数字积分 器，然后对两倍圆周率求模，根据公式（3），得到微电网公共耦合点 内侧电压的角度θ1，

θ₁[n]=(θ₁[n-1]+T_c*ω[n])mod(2π)  (3)

其中，θ₁[n]为当前控制周期角度输出值，即微电网公共耦合点内侧 电压的角度θ1，θ₁[n-1]为上一控制周期角度输出值，T_c为控制周期。

前述的一种微电网孤岛运行转并网运行的电压再同步检测方法， 其特征在于：步骤（4）根据软件锁相环分别计算微电网公共耦合点 外侧电压的电压幅值U2、角度θ2的方法为，

（1），将读取的微电网公共耦合点外侧三相电压Ua2、Ub2、Uc2， 进行3/2坐标变换，根据公式（4），得到同步旋转坐标系下的内侧三 相电压矢量为，

其中，U2_d为外侧三相电压矢量的d轴分量，U2_q为外侧三相 电压矢量的q轴分量；

（2）通过对外侧三相电压矢量求模计算，得到微电网公共耦 合点外侧电压的电压幅值U2；

（3）将外侧三相电压矢量的q轴分量U2_q，送入PI控制器， 根据公式（5），PI控制器输出内侧三相电压的角速度ω’[n]，

ω’[n]=ω’[n-1]+k_p(U2_q[n]-U2_q[n-1])+k_i*U2_q[n]  （5）

其中，ω’[n-1]为上一控制周期PI控制器输出外侧三相电压的 角速度；U2q[n]与U2q[n-1]分别为当前与上一控制周期输出的外侧三 相电压矢量的q轴分量；kp与ki分别为PI控制器的比例与积分 系数；

（4）将PI控制器输出外侧三相电压的角速度ω’[n-1]，经数字 积分器，然后对两倍圆周率求模，根据公式（6），得到微电网公共耦 合点外侧电压的角度θ2，

θ₂[n]=(θ₂[n-1]+T_c*ω[n])mod(2π)  (6)

其中，θ₂[n]为当前控制周期角度输出值，即微电网公共耦合点内侧 电压的角度θ2，θ₂[n-1]为上一控制周期角度输出值，T_c为控制周期。

本发明的有益效果是：本发明的微电网孤岛运行转并网运行的电 压再同步检测方法，采用最高可达10kHz采样频率的超采样单元对 微电网公共耦合点两侧三相电压持续采样，再通过软件锁相环实时计 算两侧电压和角度，通过对比两侧电压角度之差的大小判定微电网是 否满足再同步并网的条件，为微电网的再同步并网提供检测判据，使 复杂微电网在储能单元发生故障时，仍可以有效判定并网条件，为复 杂微电网在孤网转并网运行过程中提供客观冗余的依据，避免因储能 单元检测故障导致非同步并网情况的发生，思路新颖，安全可靠，具 有良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明的微电网孤岛运行转并网运行的电压再同步检测 方法的流程图。

图2是本发明的PLC超采样微电网中央控制器的系统架构图。

图3是本发明根据软件锁相环计算微电网公共耦合点内侧电压 的电压幅值、角度的系统框图。

图4是本发明根据软件锁相环计算微电网公共耦合点外侧电压 的电压幅值、角度的系统框图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。

本发明的一种微电网孤岛运行转并网运行的电压再同步检测方 法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤（1），根据微电网孤岛运行转并网运行的需求，设定微电网 孤岛运行转并网运行的电压幅值判定阈值U、角度判定阈值θ和最小 持续时间判定阈值t；由于目前并无相关强制标准，各阈值可由工程 师根据现场情况需求调整设定，默认预设值可设电压幅值判定阈值U 为3%Un(Un为并网侧额定电压)，角度判定阈值θ为1%π，t为0.1 秒；

步骤（2），通过超采样测控单元实时同步采集微电网公共耦合点 内、外两侧三相电压参数；

步骤（3），读取微电网公共耦合点内侧三相电压Ua1、Ub1、Uc1 及微电网公共耦合点外侧三相电压Ua2、Ub2、Uc2；

步骤（4），根据软件锁相环分别计算微电网公共耦合点内侧电压 的电压幅值U1、角度θ1和外侧电压的电压幅值U2、角度θ2，其 中，计算微电网公共耦合点内侧电压的电压幅值U1、角度θ1的过 程，如图3所示，

1），将读取的微电网公共耦合点内侧三相电压Ua1、Ub1、Uc1， 进行3/2坐标变换，根据公式（1），得到同步旋转坐标系下的内侧三 相电压矢量为

其中，U1_d为内侧三相电压矢量的d轴分量，U1_q为内侧三相 电压矢量的q轴分量；

2）通过对内侧三相电压矢量求模计算，得到微电网公共耦合 点内侧电压的电压幅值U1；

3）将内侧三相电压矢量的q轴分量U1_q，送入PI控制器，根 据公式（2），PI控制器输出内侧三相电压的角速度ω[n]，

ω[n]=ω[n-1]+kp(U1q[n]-U1q[n-1])+ki*U1q[n]  （2）

其中，ω[n-1]为上一控制周期PI控制器输出内侧三相电压的角 速度；U1q[n]与U1q[n-1]分别为当前与上一控制周期输出的内侧三相 电压矢量的q轴分量；kp与ki分别为PI控制器的比例与积分系数；

4）将PI控制器输出内侧三相电压的角速度ω[n]，经数字积分器， 然后对两倍圆周率求模，根据公式（3），得到微电网公共耦合点内侧 电压的角度θ1，

θ₁[n]=(θ₁[n-1]+T_c*ω[n])mod(2π)  (3)

其中，θ₁[n]为当前控制周期角度输出值，即微电网公共耦合点内侧 电压的角度θ1，θ₁[n-1]为上一控制周期角度输出值，T_c为控制周期， 计算时，π为圆周率，保留6位有效数字；

计算微电网公共耦合点外侧电压的电压幅值U2、角度θ2的过 程，方法与计算微电网公共耦合点内侧电压的电压幅值U1、角度θ1 的过程相类似，具体如图4所示，

1），将读取的微电网公共耦合点外侧三相电压Ua2、Ub2、Uc2， 进行3/2坐标变换，根据公式（4），得到同步旋转坐标系下的内侧三 相电压矢量为，

其中，U2_d为外侧三相电压矢量的d轴分量，U2_q为外侧三相 电压矢量的q轴分量；

2）通过对外侧三相电压矢量求模计算，得到微电网公共耦合 点外侧电压的电压幅值U2；

3）将外侧三相电压矢量的q轴分量U2_q，送入PI控制器，根 据公式（5），PI控制器输出内侧三相电压的角速度ω’[n]，

ω’[n]=ω’[n-1]+k_p(U2_q[n]-U2_q[n-1])+k_i*U2_q[n]  （5）

其中，ω’[n-1]为上一控制周期PI控制器输出外侧三相电压的 角速度；U2q[n]与U2q[n-1]分别为当前与上一控制周期输出的外侧三 相电压矢量的q轴分量；kp与ki分别为PI控制器的比例与积分 系数；

4）将PI控制器输出外侧三相电压的角速度ω’[n-1]，经数字积 分器，然后对两倍圆周率求模，根据公式（6），得到微电网公共耦合 点外侧电压的角度θ2，

θ₂[n]=(θ₂[n-1]+T_c*ω[n])mod(2π)  (6)

其中，θ₂[n]为当前控制周期角度输出值，即微电网公共耦合点内侧 电压的角度θ2，θ₂[n-1]为上一控制周期角度输出值，T_c为控制周期， 计算时，π为圆周率，保留6位有效数字；

步骤（5）若满足|U1-U2|<U且|θ1-θ2|<θ，则记录持续时间， 并进入步骤（6）；否则，终止微电网孤岛运行转并网运行；

步骤（6），若步骤（5）记录的记录持续时间大于最小持续时间 判定阈值t，则执行微电网孤岛运行转并网运行，否则，终止微电网 孤岛运行转并网运行。

所述超采样测控单元的采样频率为10kHz，此种超采样测控单元， 如图2所示，可选PLC超采样微网中央控制器，PLC超采样微网中 央控制器能够提供采样频率为10kHz的采样时钟，并设有4路USB 接口、2路以太网口、2路串口接口，超采样测控单元插接在PLC超 采样微网中央控制器的插槽上，插槽数量可以扩展，可用于多个小型 微电网的孤岛运行转并网运行的检测。

综上所述，本发明的微电网孤岛运行转并网运行的电压再同步检 测方法，采用最高可达10kHz采样频率的超采样单元对微电网公共 耦合点两侧三相电压持续采样，再通过软件锁相环实时计算两侧电压 和角度，通过对比两侧电压角度之差的大小判定微电网是否满足再同 步并网的条件，为微电网的再同步并网提供检测判据，使复杂微电网 在储能单元发生故障时，仍可以有效判定并网条件，为复杂微电网在 孤网转并网运行过程中提供客观冗余的依据，避免因储能单元检测故 障导致非同步并网情况的发生，思路新颖，安全可靠，具有良好的应 用前景。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业 的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和 说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围 的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要 求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及 其等效物界定。