黑启动方法、能量管理系统和共交流母线离网型光储微网

摘要

本发明实施例公开了一种共交流母线的离网型光储微网的黑启动方法，包括：获取并判断蓄电池电量是否足以支持双向储能变流器建立微网电压和频率；若所述蓄电池电量不足以支持所述双向储能变流器建立微网电压和频率，启动第一黑启动逻辑；其中，所述启动第一黑启动逻辑包括控制光伏逆变器进入V/F控制模式，控制所述双向储能变流器进入P/Q控制模式，以实现在蓄电池电量不足时提高所述共交流母线的离网型光储微网的黑启动能力。此外，本发明还公开了一种能量管理系统和一种共交流母线的离网型光储微网。

说明书

技术领域

本发明涉及微电网黑启动技术领域，更具体地说，涉及一种共交流母线 的离网型光储微网的黑启动方法、一种能量管理系统和一种共交流母线的离 网型光储微网。

背景技术

微网是指集分布式发电机组、负荷及能量管理系统等于一体的小型发配 电系统，它既可以接入大电网并网运行，也可以脱离大电网孤立运行。

因故障而停运的微网在电力支撑下，重新建立微网电压和频率并最终恢 复运行的过程，称为微网的黑启动。其中，孤立运行的微网（又称离网型微 网）的黑启动需要依靠自身的分布式发电机组自行提供电力支撑。

共交流母线的离网型光储微网属于离网型微网中的一种，参见图1，其分 布式发电机组包括：由蓄电池11和双向储能变流器12组成的多个储能机组10， 以及由光伏电池板21和光伏逆变器22组成的多个光伏式发电机组20。其黑启 动方法为：在蓄电池11的供电下，双向储能变流器12进行V/F（电压/频率）控 制以建立微网电压和频率（也称交流母线电压和频率）；在光伏电池板21的 供电下，光伏逆变器22并入交流母线进行P/Q（有功/无功功率）控制，共同为 负荷供电。

但是，当蓄电池11电量不足时，双向储能变流器12就无法进行V/F控制以 建立微网电压和频率，进而导致所述共交流母线的离网型光储微网无法实现 黑启动。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种共交流母线的离网型光储微网的黑启动方法、 一种能量管理系统和一种共交流母线的离网型光储微网，以实现通过为电量 不足的蓄电池充电，来保障共交流母线的离网型光储微网的黑启动能力。

一种共交流母线的离网型光储微网的黑启动方法，包括：

获取并判断蓄电池电量是否足以支持双向储能变流器建立微网电压和频 率；若所述蓄电池电量不足以支持所述双向储能变流器建立微网电压和频率， 启动第一黑启动逻辑；其中，所述启动第一黑启动逻辑包括：控制光伏逆变 器进入V/F控制模式，控制所述双向储能变流器进入P/Q控制模式。

可选地，所述启动第一黑启动逻辑后，还包括：判断所述蓄电池电量是 否达到预设值，当所述蓄电池电量达到所述预设值时，退出所述第一黑启动 逻辑，并启动第二黑启动逻辑；其中，所述预设值不低于能够支持所述双向 储能变流器建立微网电压和频率的最低限额；所述启动第二黑启动逻辑包括： 控制所述双向储能变流器进入V/F控制模式，控制所述光伏逆变器进入P/Q 控制模式。

可选地，所述启动第一黑启动逻辑还包括切除负荷；所述启动第二黑启 动逻辑还包括：接通所述负荷。

可选地，所述启动第一黑启动逻辑还包括：对所述双向储能变流器的充 电功率进行最大功率点跟踪控制。

可选地，所述启动第二黑启动逻辑还包括：对所述光伏逆变器的输出功 率进行最大功率点跟踪控制。

可选地，所述启动第一黑启动逻辑前，还包括：判断光伏电池板的电量 是否足以支持所述光伏逆变器建立微网电压和频率，直至得到所述光伏电池 板电量足以支持所述光伏逆变器建立微网电压和频率的判断结果为止。

一种能量管理系统，用于获取并判断蓄电池电量是否足以支持双向储能 变流器建立微网电压和频率，若所述蓄电池电量不足以支持所述双向储能变 流器建立微网电压和频率，启动第一黑启动逻辑；其中，所述启动第一黑启 动逻辑包括：控制光伏逆变器进入V/F控制模式，控制所述双向储能变流器 进入P/Q控制模式。

可选地，所述能量管理系统还用于在所述启动第一黑启动逻辑后，判断 所述蓄电池电量是否达到预设值，当所述蓄电池电量达到所述预设值时，退 出所述第一黑启动逻辑，并启动第二黑启动逻辑；其中，所述预设值不低于 能够支持所述双向储能变流器建立微网电压和频率的最低限额；所述启动第 二黑启动逻辑包括控制所述双向储能变流器进入V/F控制模式，控制所述光 伏逆变器进入P/Q控制模式。

可选地，所述能量管理系统还用于在所述启动第一黑启动逻辑前，判断 光伏电池板的电量是否足以支持所述光伏逆变器建立微网电压和频率，直至 得到所述光伏电池板电量足以支持所述光伏逆变器建立微网电压和频率的判 断结果为止。

一种共交流母线的离网型光储微网，包括上述任一种能量管理系统。

从上述的技术方案可以看出，本发明通过在检测到蓄电池剩余电量不足 以支持双向储能变流器建立微网电压和频率时，控制光伏逆变器进入V/F控 制模式以建立微网电压和频率，并控制双向储能变流器进入P/Q控制模式以 调节分布式发电机组的输出功率，达到了在蓄电池电量不足时提高共交流母 线的离网型光储微网的黑启动能力的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面 描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术公开的一种共交流母线的离网型光储微网中的分布式发 电机组结构示意图；

图2为本发明实施例一公开的一种共交流母线的离网型光储微网的黑启 动方法流程图；

图3为本发明实施例二公开的一种共交流母线的离网型光储微网的黑启 动方法流程图；

图4为本发明实施例三公开的一种共交流母线的离网型光储微网的黑启 动方法流程图；

图5为本发明实施例五公开的一种共交流母线的离网型光储微网结构示 意图。

具体实施方式

为了引用和清楚起见，下文中使用的技术名词、简写或缩写总结如下：

V/F控制：电压/频率控制；

P/Q控制：有功/无功功率控制；

MPPT：Maximum Power Point Tracking，最大功率点跟踪。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做 出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图2，本发明实施例一公开了一种共交流母线的离网型光储微网的黑 启动方法，以实现在蓄电池电量不足时提高共交流母线的离网型光储微网的 黑启动能力，该方法包括：

步骤101：获取蓄电池电量；

步骤102：判断所述蓄电池电量是否足以支持双向储能变流器建立微网电 压和频率，当所述蓄电池电量不足以支持所述双向储能变流器建立微网电压 和频率时，进入步骤103；否则，进入步骤104；

步骤103：启动第一黑启动逻辑；

其中，所述启动第一黑启动逻辑包括：控制光伏逆变器进入V/F控制模 式，控制所述双向储能变流器进入P/Q控制模式；

步骤104：保持运行初始的黑启动逻辑；

其中，所述保持运行初始的黑启动逻辑包括：控制所述双向储能变流器 持续运行于V/F控制模式，控制所述光伏逆变器持续运行于P/Q控制模式。

本实施例一所述的步骤101-104周而复始地运行于所述共交流母线的离 网型光储微网的整个正常运行过程以及黑启动过程中，以提高所述双向储能 变流器在蓄电池电量不足时的黑启动能力。下面对本实施例一所述方案的提 出基础以及实施过程进行详细介绍。

共交流母线的离网型光储微网（以下简称离网型光储微网）多应用于无 电地区，其分布式发电机组包括由蓄电池和双向储能变流器组成的储能机组， 以及由光伏电池板和光伏逆变器组成的光伏式发电机组。

其中，所述双向储能变流器和所述光伏逆变器均具有V/F控制模式和P/Q 控制模式这两种运行模式；具体的，V/F控制策略用于为所述离网型光储微网 建立交流母线电压和频率以作为电力支撑，P/Q控制策略用于根据所述离网型 光储微网的实际运行情况实现所述分布式发电机组输出的有功和无功功率的 指定控制；

但是，考虑到蓄电池为稳定电源，而光伏电池板为间歇性电源，因此现 有的离网型光储微网在黑启动时，一般是令双向储能变流器运行于V/F控制 模式、而令光伏逆变器运行于P/Q控制模式；由此，所述双向储能变流器便 可在蓄电池的供电下直接并联组网，为所述光储微网建立稳定的交流母线电 压和频率；同时，所述光伏逆变器便会在光伏电池板的供电下，以所述交流 母线电压和频率作为基准信号做并网运行，以调节所述分布式发电机组对负 荷的输出功率。

此外，在所述离网型光储微网中，双向储能变流器和光伏逆变器的电路 拓扑均为直流/交流逆变桥；不同的是，所述双向储能变流器的直流侧接蓄电 池，因此可用于控制能量的双向流动，即，所述双向储能变流器既可以对蓄 电池进行充电处理，又可以对蓄电池进行放电处理；而所述光伏逆变器的直 流侧接光伏电池板，因此只可用于发电；

具体的，记光伏逆变器的发电功率（即光伏逆变器的输出功率）为P₁， 负荷需求功率为P₂；那么，当P₁＞P₂时，双向储能变流器会对蓄电池进行充 电处理，充电功率为P₁－P₂；当P₁＜P₂时，双向储能变流器会对蓄电池进行 放电处理，放电功率为P₂－P₁；若P₁＝P₂，则蓄电池既不充电也不放电。

至此，本实施例一基于双向储能变流器和光伏逆变器既可运行于V/F控 制模式，又可运行于P/Q控制模式的特性，以及所述双向储能变流器可控制 能量双向流动的特性，提出了上述步骤101-104所述的黑启动方法。

具体的，本实施例一通过对所述离网型光储微网中的蓄电池的剩余电量 进行在线监测，在监测到蓄电池电量足以支持双向储能变流器建立微网电压 和频率时，便令所述离网型光储微网保持运行所述初始的黑启动逻辑，此时， 所述离网型光储微网的黑启动方法与现有的黑启动方法无异；

而在一旦监测到所述蓄电池电量不足以支持双向储能变流器建立微网电 压和频率时，本实施例一便会令所述光伏逆变器进入V/F控制模式、令所述 双向储能变流器进入P/Q控制模式；此时，所述光伏逆变器直接并联组网， 为所述光储微网建立交流母线电压和频率，作为所述离网型光储微网的电力 支撑，且尤其在光照充足时建立的所述交流母线电压和频率最为稳定；所述 双向储能变流器并联接入该组网，对所述分布式发电机组输出的有功和无功 功率进行调控；由此，实现了在蓄电池电量不足时提高所述离网型光储微网 的黑启动能力；

具体的，在所述第一黑启动逻辑下，仍记光伏逆变器的发电功率为P₁， 负荷需求功率为P₂；那么，当P₁＞P₂时，双向储能变流器会对蓄电池进行充 电处理，充电功率为P₁－P₂；当P₁＜P₂时，双向储能变流器会对蓄电池进行 放电处理，放电功率为P₂－P₁；若P₁＝P₂，则蓄电池既不充电也不放电。

由上述描述可以看出，本实施例一通过在检测到蓄电池剩余电量不足以 支持双向储能变流器建立微网电压和频率时，控制光伏逆变器进入V/F控制 模式以建立微网电压和频率，并控制双向储能变流器进入P/Q控制模式以调 节交流母线上的输出功率，从而实现了在蓄电池电量不足时提高共交流母线 的离网型光储微网的黑启动能力。

参见图3，基于实施例一，本发明实施例二公开了又一种共交流母线的离 网型光储微网的黑启动方法，以实现在蓄电池电量不足时提高共交流母线的 离网型光储微网的黑启动能力，包括：

步骤101：获取蓄电池电量；

步骤102：判断所述蓄电池电量是否足以支持双向储能变流器建立微网电 压和频率，当所述蓄电池电量不足以支持所述双向储能变流器建立微网电压 和频率时，进入步骤103；否则，进入步骤106；

步骤103：启动第一黑启动逻辑；

步骤104：判断所述蓄电池电量是否达到预设值，当所述蓄电池电量达到 所述预设值时，进入步骤105，否则返回步骤104；

其中，所述预设值不低于能够支持所述双向储能变流器建立微网电压和 频率的最低限额，如设定所述预设值为蓄电池的满电量或所述最低限额值；

步骤105：退出所述第一黑启动逻辑，并启动第二黑启动逻辑；

其中，所述第二黑启动逻辑包括控制所述双向储能变流器运行于V/F控 制模式，控制所述光伏逆变器运行于P/Q控制模式；

步骤106：保持运行初始的黑启动逻辑。

考虑到光伏为间歇性电源，当光照不充足时光伏逆变器建立的微网电压 和频率不稳定，因此本实施例二在实施例一的基础上增加了步骤104-105。具 体的，由于在所述第一黑启动逻辑下，当负荷的平均需求功率小于光伏逆变 器的平均发电功率时，蓄电池处于充电状态，因此，本实施例二在检测到蓄 电池充电至某一足以支持所述双向储能变流器建立微网电压和频率的预设值 时，便控制所述共交流母线的离网型光储微网进入所述第二黑启动逻辑，以 保证其能够在蓄电池的稳定供电下建立稳定的微网电压和频率。

此外，为保证所述蓄电池能够尽快充满，作为优选，本实施例二所述的 启动第一黑启动逻辑还可包括：切除负荷；相应的，所述启动第二黑启动逻 辑还包括：接通所述负荷；由此，所述光伏逆变器的发电功率便可全部用于 为电量不足的蓄电池充电。

在此基础上，更为优选的，本实施例二所述的启动第一黑启动逻辑还可 包括：对所述双向储能变流器的充电功率进行MPPT控制；所述启动第二黑 启动逻辑还可包括：对所述光伏逆变器的输出功率进行MPPT控制。

具体的，当所述光伏逆变器运行于V/F控制模式、所述双向储能变流器 运行于P/Q控制模式、且切除负荷时，所述光伏逆变器的发电功率是由所述 双向储能变流器的充电功率来控制的，当所述双向储能变流器的充电功率大 于所述光伏逆变器的发电功率时，会导致所述光伏逆变器的直流侧电压下降， 直至光伏电池板崩溃，因此本实施例二采用MPPT控制策略对所述双向储能 变流器的充电功率进行控制，以使得所述双向储能变流器的充电功率始终不 会超过所述光伏逆变器的最大输出功率，从而在黑启动过程中保证所述离网 型光储微网的安全运行；

当所述光伏逆变器运行于P/Q控制模式、所述双向储能变流器运行于V/F 控制模式、且接通负荷时，利用MPPT控制策略对所述光伏逆变器的发电功 率进行控制，可使得所述光伏逆变器的发电功率实时跟踪光伏电池板的最大 功率点，从而保证所述光伏电池板的最大利用率。

基于上述任一实施例，本发明实施例三公开了又一种共交流母线的离网 型光储微网的黑启动方法，以实现在蓄电池电量不足时提高共交流母线的离 网型光储微网的黑启动能力，参见图4，该方法包括：

步骤101：获取蓄电池电量；

步骤102：判断所述蓄电池电量是否足以支持双向储能变流器建立微网电 压和频率，当所述蓄电池电量不足以支持所述双向储能变流器建立微网电压 和频率时，进入步骤103；否则，进入步骤105；

步骤103：判断光伏电池板的电量是否足以支持所述光伏逆变器建立微网 电压和频率，当所述光伏电池板的电量足以支持所述光伏逆变器建立微网电 压和频率时，进入步骤104，否则返回步骤103；

步骤104：启动第一黑启动逻辑；

步骤105：保持运行初始的黑启动逻辑。

本实施例三与实施例一的区别之处在于增加了步骤103，目的在于：由于 光照不充足时，光伏电池板无法为光伏逆变器提供充足且稳定的电能来建立 稳定的微网电压和频率，因此本实施例三对所述第一黑启动逻辑的启动条件 进行了限制，以避免共交流母线的离网型光储微网在无黑启动能力的情况下 进入步骤104做无用功。

最后需要说明的是，本实施例三所述的步骤103也可基于实施例二所述 方案进行提出，此处不再赘述。

本发明实施例四公开了一种能量管理系统，应用于共交流母线的离网型 光储微网，以实现通过为电量不足的蓄电池充电，来保障所述共交流母线的 离网型光储微网的黑启动能力，具体的，所述能量管理系统用于：

获取并判断蓄电池电量是否足以支持双向储能变流器建立微网电压和频 率；若所述蓄电池电量不足以支持双向储能变流器建立微网电压和频率，启 动第一黑启动逻辑；其中，所述启动第一黑启动逻辑包括：控制光伏逆变器 进入V/F控制模式，控制所述双向储能变流器进入P/Q控制模式。

此外，作为优选，所述能量管理系统还可用于在所述启动第一黑启动逻 辑后，判断所述蓄电池电量是否达到预设值，当所述蓄电池电量达到所述预 设值时，退出所述第一黑启动逻辑，并启动第二黑启动逻辑；其中，所述预 设值不低于能够支持所述双向储能变流器建立微网电压和频率的最低限额； 所述启动第二黑启动逻辑包括控制所述双向储能变流器进入V/F控制模式， 控制所述光伏逆变器进入P/Q控制模式。

此外，作为优选，所述能量管理系统还可用于在所述启动第一黑启动逻 辑前，判断光伏电池板的电量是否足以支持所述光伏逆变器建立微网电压和 频率，直至得到所述光伏电池板电量足以支持所述光伏逆变器建立微网电压 和频率的判断结果为止。

其中，上述任一种能量管理系统所具有的用于启动第一黑启动逻辑的功 能还可包括：切除负荷，所具有的用于启动第二黑启动逻辑的功能还可包括： 接通所述负荷。

基于此，更为优选的，上述任一种能量管理系统所述的用于启动第一黑 启动逻辑的功能还可包括：对所述双向储能变流器的充电功率进行MPPT控 制；所述用于启动第二黑启动逻辑的功能还可包括：对所述光伏逆变器的输 出功率进行MPPT控制。

参见图5，基于实施例四，本发明实施例五公开了一种共交流母线的离网 型光储微网，以实现通过为电量不足的蓄电池充电，来保障所述共交流母线 的离网型光储微网的黑启动能力，具体的，所述共交流母线的离网型光储微 网包括：蓄电池11、双向储能变流器12、光伏电池板21、光伏逆变器22、 负荷30、连接负荷30与交流母线的开关40，以及实施例四所述的任一种能 量管理系统（图5未示出）；

其中，所述能量管理系统分别与开关30、双向储能变流器12和光伏逆变 器22相连。

综上所述，本发明实施例通过在检测到蓄电池剩余电量不足以支持双向 储能变流器建立微网电压和频率时，控制光伏逆变器进入V/F控制模式以建 立微网电压和频率，并控制双向储能变流器进入P/Q控制模式以调节分布式 发电机组输出的有功和无功功率，达到了在蓄电池电量不足时提高共交流母 线的离网型光储微网的黑启动能力的目的。

此外，本发明实施例只需改变能量管理系统内部的控制策略，而无需对 现有的共交流母线的离网型光储微网的硬件结构进行改造，因此易于实施、 实用性强，且不会增加额外的经济投入。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都 是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。 对于实施例公开的能量管理系统与共交流母线的离网型光储微网而言，由于 其与实施例公开的黑启动方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见 所述黑启动方法部分的相关说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用 本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易 见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的 情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所 示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽 的范围。