充放储孤岛运行控制策略范文

《电气自动化杂志》2014年第三期

1一体化站孤岛运行状态控制研究

(1)虚连接技术常规的针对带储能装置的微网研究均是基于并网运行和孤岛运行两种模式展开的，外部电网故障类型多种多样，仅两种状态不足以描述微网与电网的运行情况。如发生瞬时性故障时，按照常规控制策略，一体化站进入孤岛运行状态，会带来甩负荷、重新同期等复杂动作，降低了系统的可靠性。这种控制显然是过于简单和非智能的。充分考虑一体化站的灵活可控性，在主网发生故障时转入虚连接状态，控制一体化站与电网在一定时间内保持虚拟同步，确保主网故障消除后能瞬时并网。根据非正常状态时限特性，本文讨论了更加详细的状态划分方法，研究基于新型虚连接技术的一体化站调度控制策略。虚连接技术是指:当外部电网出现故障、检修或电能质量达不到要求，一体化站转入虚连接状态，即一体化站与外网物理上是断开连接，但通过锁相环获取外网电压、相位信号作为本站的同步信号，并保持该同步信号运行某一预定的一段时间。当一体化站与外部电网断开时间超过设定时间后，通过低频减载来维持良好运行状态。外部电网解决故障后，即可实现一体化站和外部电网的无缝连接。相对于物理连接，虚连接状态下一体化站与外界保持了逻辑连接状态，因此虚连接也称作逻辑连接。

图2描述了一体化电站与电网的连接方式，图3展示了一体化电站进入孤岛状态时网侧电压U•s与站侧电压U•''''s的关系。当电网与一体化站正常运行时，电网电压U•s与一体化站接入点电压U•''''s保持同步，即U•s=U•''''s，而当电网发生故障导致充放储一体化站进入孤岛运行状态时，电网电压U•sp与一体化站接入点电压U•''''sp的相角将会出现θ(t)的偏差，且电网频率→ωsp与一体化站孤岛运行频率→ω''''sp也会有所不同，不利于一体化站系统快速平滑重新并网。采用虚连接技术，对不同类型的电网故障做出智能的控制决策，使得消除故障后一体化站能快速平滑并网，避免重新同期耗费大量时间，提高整体运行的可靠性。(2)孤岛运行下的虚连接控制策略采用具有记忆回路的锁相环设置在外部电网侧，在虚连接状态下，一体化站实时获取主网侧电压相位信息，并保持该同步信号运行140ms。由于锁相获取的主网电压向量误差受一体化站储能系统容量限制的影响，一体化站能够维持的虚连接状态时间有限，并且随时间而有不同的状态指标。为此，本文将虚连接状态分为短时同步与长时优化两种状态。①短时同步根据瞬时性故障与重合闸时限，考虑到变频设备与电力电子设备对电压的要求，将短时定义为140ms(7个周波)。短时同步的运行目标为保持主网与一体化站连接点信息的高度一致，其关键在于精确获取主网电压向量。将Δt=20ms代入式(1)，并计算余下6个周波的Δ→ω(t)，应有:公式(3)可确保在第一个周波内接入点相位与电网相位之差小于θε，且在余下6个周波内的任意时刻一体化站系统电压角速度与电网电压角速度之差小于→ωε，相位之差小于θε。②长时优化一体化站与主网也可能长时间断开，为保持重新连接时的虚连接状态，需要长时间使一体化站维持良好的运行状态，其关键在于潮流计算与优化控制。

当断开时间超过设定时间后，可通过低频减载维持一体化站的正常运行。结合潮流计算和频率控制要求得出需要切除的负荷量，并根据动态负荷优先级切除负荷。结合一体化站工程建设规划，负荷切除顺序如表1所示。一体化站通过虚连接控制进行离网操作的流程如图4所示。(3)孤岛运行下的能量/功率管理控制策略孤岛状态下，一体化站完全失去电网供电，仅靠接入系统的光伏发电系统(建设规模30kW)和站内UPS远远不能维持整车充电系统、电池快换系统以及分控中心的正常工作，必须采用站内梯次储能系统的后备电力，对站内负载进行支持。整车充电系统采用图5所示的电路结构。左边为梯次站电池组，与其相连接的Buck_boost1变换器用来维持电容电压的稳定;右边为充换站的电池组，与其相连接的Buck_boost2变换器实现对电池的恒流充电。电池快换系统和分控中心进入孤岛状态前由10kV母线双路电源进线供电，通过2台1600kVA的配电变压器经0．4kV母线桥供电;进入孤岛状态后，采用图6所示的电路结构，采用两组PWM变流装置，多台Buck_boost变换器并联后接于其直流侧，每台变换器连接梯次站内一组电池。采用这种结构既可以满足站内主要负荷的用电需求，又可以在一体化站与外部电网物理上是断开连接的情况下，保持两者的连结节点信息相符;当外部电网解决故障时，即可达到一体化站和外部电网的无缝连接。

2结束语

本文提出的充放储一体化站不仅能完成正常状态下电网、车辆的协调运行，同时可在电网故障后及时切换至孤岛运行模式下，以维持站内负荷的正常运行。针对传统带储能装置的微网工作模式切换的单一性，本文提出虚连接技术，在孤岛状态下，可与主网电压信息保持虚拟同步，仅在物理层面脱网运行。通过对孤岛状态下的虚连接控制，确定负荷切除顺序，使一体化站孤岛运行于最优状态，从而实现电网恢复后的无缝连接，是未来微网技术的重要发展方向。

作者：娄宇成贾玉健冯俊淇解大张宇单位：上海交通大学电子信息与电气工程学院上海市电力公司