一种适用于园区微电网的分布式控制系统及方法与流程

本发明涉及一种适用于园区微电网的分布式控制系统及方法，属于新能源及微电网技术领域。

背景技术：

随着全球能源供给形式日趋紧张和环境保护的要求日趋迫切，越来越多的人将目光转向新能源微网系统。目前很多园区的厂房安装屋顶光伏后再配套安装适量的储能就构建成一个园区微电网系统，和专门设计的微电网系统不同，这种微电网系统的分布式电源、储能和负荷分布较为分散，可能通过多个箱变接入组成微电网系统。

微电网以并离网切换控制为代表的快速控制策略要求微电网控制系统具备快速采集和控制分布式电源、储能、负荷的能力，常规的做法是微电网控制设备直接采集模拟量，通过硬接点开出控制微电网核的分布式电源、储能、负荷。园区微电网系统由于其分布式电源、储能、负荷较为分散，无法通过直采、直控的方式实现上述快速控制策略。

国内外已经有一些发明专利提出一些控制系统或者方法用于解决系统分布性带来的控制问题，例如申请编号201520621242.2的《一种社区微网分布式控制系统》，该专利将分布式系统做了分解，但并未给出各个子系统快速信息交互的方法，无法满足微网系统毫秒级控制时效的要求；申请编号201510946239.2的《孤立微电网分布式控制方法》给出了一种孤立微网系统控制方法，但并未解决系统空间分散带来的快速控制系统难以部署和实现的难题。

为解决该难题，本发明给出一种适用于园区微电网的分布式快速控制系统及方法。

技术实现要素：

本发明用于解决园区微电网由于发电、负荷、储能分散导致控制较难实现的难题，提出一种适用于园区微电网的分布式控制系统及方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种适用于园区微电网的分布式控制系统，包括微网控制器、分布式电源并网接口装置、并网点测控保护装置、负荷控制装置和通信设备，微电网控制器通过光纤以太网实现与分布式电源并网接口装置、并网点测控保护装置和负荷控制装置组网通信；

微网控制器为主机，分布式电源并网接口装置、并网点测控保护装置、负荷控制装置为从机；

通过以太网的goose/udp组播或者广播协议实现微电网内各节点的运行信息采集，工作模式切换指令与及跳闸控制指令的交互。

并网点测控保护装置安装在微电网并网点，实时采集并网点pt/ct信息和开关位置信息，计算并网点工作状态信息，实现并网点保护；当模拟量信息变化超过模拟量阈值或者开关量信息发生变化时，通过光纤以太网的goose/udp通道将信息发送给微网控制器；同时接受微网控制器控制指令，当并网点测控保护装置监测到大电网故障时，通过goose通道通知微网控制器，触发被动离网，将微电网由并网状态切换至离网状态。

分布式电源并网接口装置就地设置在分布式电源并入微电网的开关位置，实时采集并网点pt/ct信息、开关位置信息，计算分布式电源工作状态信息，同时就地实现和光伏变流器或者储能变流器通信，采集变流器信息，控制变流器工作状态，当模拟量信息变化超过阈值或者开关量信息发生变化时，通过光纤以太网的goose/udp通道将信息上送给微网控制器，同时接受微网控制器控制指令。

负荷控制装置安装于负荷的出线开关位置，实时采集计算负荷工作状态信息，并通过光纤以太网的goose/udp通道和微网控制器实现双向信息交互。

微网控制器为微电网核心控制层，接收微网能量管理系统调度，同时通过光纤以太网的goose/udp通道实现与分布式电源并网接口装置、并网点测控保护装置和负荷控制装置实时通信。

被动离网过程具体包括以下步骤：

（101）并网点测控保护装置低压保护启动，判定为大电网故障，并网点测控保护装置将低压保护启动信号通过goose网络传递给微网控制器，并控制并网点开关跳闸，隔离故障；

（102）微网控制器接收到并网点测控保护装置的低压保护启动信号，进入离网流程；

（103）微网控制器根据预设定的负荷优先级切除可中断负荷，保证离网后发电和负荷可以保持平衡，系统稳定，微网控制器将切负荷指令通过goose网络发送给负荷控制装置，负荷控制装置执行微网控制器的切负荷指令，跳开对应的开关，负荷切除完成；

（104）微网控制器将储能变流器的工作模式由p/q模式切换至v/f模式，微网控制器将切换指令通过goose网络下发至分布式电源并网接口装置，分布式电源并网接口装置接收切换指令，通过就地通信将储能变流器的工作模式由p/q模式切换至v/f模式。

基于一种适用于园区微电网的分布式控制系统，通过光纤以太网实现微电网控制器与分布式电源并网接口装置、并网点测控保护装置和负荷控制装置组网通信；通过以太网的goose/udp组播或者广播协议实现微电网内分布式电源的运行模式切换指令、负荷切除指令和并网点跳闸指令的交互。

根据权利要求1的一种适用于园区微电网的分布式控制系统，包括以下步骤：

s1，控制并网点测控保护装置实时采集并网点pt/ct信息和开关位置信息，计算并网点工作状态信息，实现并网点保护；当模拟量信息变化超过模拟量阈值或者开关量信息发生变化时，通过光纤以太网的goose/udp通道将信息发送给微网控制器；同时接受微网控制器控制指令，当并网点测控保护装置监测到大电网故障时，通过goose通道通知微网控制器，触发被动离网，将微电网由并网状态切换至离网状态；

s2，控制分布式电源并网接口装置实时采集并网点pt/ct信息、开关位置信息，计算分布式电源工作状态信息，同时就地实现和光伏变流器或者储能变流器通信，采集变流器信息，控制变流器工作状态，当模拟量信息变化超过阈值或者开关量信息发生变化时，通过光纤以太网的goose/udp通道将信息上送给微网控制器，同时接受微网控制器控制指令；

s3,控制负荷控制装置实时采集计算负荷工作状态信息，并通过光纤以太网的goose/udp通道和微网控制器实现双向信息交互。

步骤s1所述的被动离网过程具体包括以下步骤：

（101）并网点测控保护装置低压保护启动，则判定为大电网故障，并网点测控保护装置将低压保护启动信号通过goose网络传递给微网控制器，并控制并网点开关跳闸，隔离故障；

（102）当微网控制器接收到并网点测控保护装置的低压保护启动信号，进入离网流程；

（103）根据事先设定的负荷优先级控制微网控制器切除可中断负荷，保证离网后发电和负荷可以保持平衡，系统稳定，基于微网控制器将切负荷指令通过goose网络发送给负荷控制装置，控制负荷控制装置执行微网控制器的切负荷指令，跳开对应的开关，负荷切除完成；

（104）通过微网控制器将储能变流器的工作模式由p/q模式切换至v/f模式，将切换指令通过goose网络下发至分布式电源并网接口装置，控制分布式电源并网接口装置接收切换指令，通过就地通信将储能变流器的工作模式由p/q模式切换至v/f模式。

与现有技术相比，本发明包括以下有益效果：

本发明公开一种适用于园区微电网的分布式控制系统，将园区微网空间分散的分布式电源接入点、储能接入点、负荷、并网点通过分布式电源并网接口装置、负荷控制装置、并网点测控保护装置进行采集和控制，并通过goose通信实现和微网控制器的毫秒级双向信息交互，解决了园区微电网系统由于其分布式电源、储能、负荷较为分散，无法通过直采、直控实现毫秒级控制的难题，大幅度的提升了园区微网运行的可靠性，同时增强了微网控制系统的灵活性，有利于微网系统在工业园区的推广，促进分布式新能源的消纳。

附图说明

图1园区微电网一次主接线示意图；

图2本发明一种适用于园区微电网的分布式控制系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的阐述，以下实例仅用于更加清楚的说明本发明的技术方案，而不能以此限制本发明的保护范围。

图1所示为一个园区的微电网一次主接线图，这个园区微电网包括了两个配电房，配电房1接入了1#厂房屋顶光伏、2#厂房屋顶光伏、3#厂房屋顶光伏及一些负荷；配电房2接入了4#厂房的屋顶光伏、小风机、储能、汽车充电及部分重要负荷，其中1#/2#/3#/4#厂房屋顶光伏、风机并网、储能并网处安装分布式电源并网接口装置；并网点开关处安装并网点测控保护装置；负荷处安装负荷控制装置；微网控制器安装于配电房2。

图2所示，一种适用于园区微电网的分布式控制系统，包括微网控制器、分布式电源并网接口装置、并网点测控保护装置、负荷控制装置和通信设备，微电网控制器通过光纤以太网实现与分布式电源并网接口装置、并网点测控保护装置和负荷控制装置组网通信；

微网控制器为主机，分布式电源并网接口装置、并网点测控保护装置、负荷控制装置为从机；

通过以太网的goose/udp组播或者广播协议实现微电网内各节点的运行信息采集，工作模式切换指令与及跳闸控制指令的交互。

并网点测控保护装置安装在微电网并网点，实时采集并网点pt/ct信息和开关位置信息，计算并网点工作状态信息（并网点工作状态信息包括并网点电压、电流、有功功率、无功功率和开关位置状态信息），实现并网点保护；当模拟量信息变化超过模拟量阈值或者开关量信息发生变化时，通过光纤以太网的goose/udp通道将信息发送给微网控制器；同时接受微网控制器控制指令，当并网点测控保护装置监测到大电网故障时，通过goose通道通知微网控制器，触发被动离网，将微电网由并网状态切换至离网状态。

分布式电源并网接口装置就地设置在分布式电源并入微电网的开关位置，实时采集并网点pt/ct信息、开关位置信息，计算分布式电源工作状态信息（分布式电源工作状态信息包括分布式电源节点电压、电流、有功功率、无功功率和开关位置状态信息），同时就地实现和光伏变流器或者储能变流器通信，采集变流器信息，控制变流器工作状态，当模拟量信息变化超过阈值或者开关量信息发生变化时，通过光纤以太网的goose/udp通道将信息上送给微网控制器，同时接受微网控制器控制指令。

负荷控制装置安装于负荷的出线开关位置，实时采集计算负荷工作状态信息（负荷工作状态信息包括并网点电压、电流、有功功率、无功功率和开关位置状态信息），并通过光纤以太网的goose/udp通道和微网控制器实现双向信息交互。

微网控制器为微电网核心控制层，接收微网能量管理系统调度，同时通过光纤以太网的goose/udp通道实现与分布式电源并网接口装置、并网点测控保护装置和负荷控制装置实时通信。

基于一种适用于园区微电网的分布式控制系统，通过光纤以太网实现微电网控制器与分布式电源并网接口装置、并网点测控保护装置和负荷控制装置组网通信；通过以太网的goose/udp组播或者广播协议实现微电网内分布式电源的运行模式切换指令、负荷切除指令和并网点跳闸指令的交互。

根据权利要求1的一种适用于园区微电网的分布式控制系统，包括以下步骤：

s1，控制并网点测控保护装置实时采集并网点pt/ct信息和开关位置信息，计算并网点工作状态信息（并网点工作状态信息包括并网点电压、电流、有功功率、无功功率及开关位置状态信息），实现并网点保护；当模拟量信息变化超过模拟量阈值（设定值）或者开关量信息发生变化时，通过光纤以太网的goose/udp通道将信息发送给微网控制器；同时接受微网控制器控制指令，当并网点测控保护装置监测到大电网故障时，通过goose通道通知微网控制器，触发被动离网，将微电网由并网状态切换至离网状态；

s2，控制分布式电源并网接口装置实时采集并网点pt/ct信息、开关位置信息，计算分布式电源工作状态信息（分布式电源工作状态信息包括分布式电源节点电压、电流、有功功率、无功功率和开关位置状态信息），同时就地实现和光伏变流器或者储能变流器通信，采集变流器信息，控制变流器工作状态，当模拟量信息变化超过阈值或者开关量信息发生变化时，通过光纤以太网的goose/udp通道将信息上送给微网控制器，同时接受微网控制器控制指令；

s3,控制负荷控制装置实时采集计算负荷工作状态信息（负荷工作状态信息包括并网点电压、电流、有功功率、无功功率和开关位置状态信息），并通过光纤以太网的goose/udp通道和微网控制器实现双向信息交互。

本发明的方法实现被动离网控制的具体包括以下步骤：

（101）安装于pcc开关（并网点开关）的并网点测控保护装置低压保护启动，判定为大电网故障，检测出大电网系统故障，并网点测控保护装置将低压保护启动信号通过goose网络快速传递给微网控制器，并控制并网点开关跳闸，隔离故障；

（102）微网控制器接收到并网点测控保护装置的低压保护启动信号，进入离网控制流程；

（103）微网控制器根据离网控制策略，需要切除可中断负荷（假设此时需要切除的负荷为图1的k5开关），保证离网后发电和负荷可以保持平衡，系统可以稳定运行，微网控制器将切负荷指令通过goose网络发送给k5开关处的负荷控制装置，负荷控制装置执行微网控制器控制指令，跳开k5开关，负荷切除完成；

（104）微网控制器根据离网控制器策略，将储能变流器的工作模式由p/q模式切换至v/f模式，此时微网控制器将切换指令通过goose网络下发至配电房2的k8开关处分布式电源并网接口装置，分布式电源并网接口装置接收该控制指令，通过就地通信将储能变流器的工作模式由p/q模式切换至v/f模式；系统离网快速切换控制完成。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员应当理解在本文所公开的示例中的设备的模块或单元或组间可以布置在如该实施例中所描述的设备中，或者可替换地可以定位在与该示例中的设备不同的一个或多个设备中。前述示例中的模块可以组合为一个模块或者此外可以分成多个子模块。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组间组合成一个模块或单元或组间，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组间。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书（包括伴随的权利要求、摘要和附图）中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书（包括伴随的权利要求、摘要和附图）中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

此外，所述实施例中的一些在此被描述成可以由计算机系统的处理器或者由执行所述功能的其它装置实施的方法或方法元素的组合。因此，具有用于实施所述方法或方法元素的必要指令的处理器形成用于实施该方法或方法元素的装置。此外，装置实施例的在此所述的元素是如下装置的例子：该装置用于实施由为了实施该发明的目的的元素所执行的功能。

这里描述的各种技术可结合硬件或软件，或者它们的组合一起实现。从而，本发明的方法和设备，或者本发明的方法和设备的某些方面或部分可采取嵌入有形媒介，例如软盘、cd-rom、硬盘驱动器或者其它任意机器可读的存储介质中的程序代码(即指令)的形式，其中当程序被载入诸如计算机之类的机器，并被所述机器执行时，所述机器变成实践本发明的设备。

在程序代码在可编程计算机上执行的情况下，计算设备一般包括处理器、处理器可读的存储介质(包括易失性和非易失性存储器和/或存储元件)，至少一个输入装置，和至少一个输出装置。其中，存储器被配置用于存储程序代码；处理器被配置用于根据该存储器中存储的所述程序代码中的指令，执行本发明的方法。

以示例而非限制的方式，计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据等信息。通信介质一般以诸如载波或其它传输机制等已调制数据信号来体现计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据，并且包括任何信息传递介质。以上的任一种的组合也包括在计算机可读介质的范围之内。

如在此所使用的那样，除非另行规定，使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。

尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。