微电网的黑启动系统及供电系统的制作方法

1.本实用新型涉及配电技术领域，尤其是涉及一种微电网的黑启动系统及供电系统。


背景技术：

2.目前，针对山区末端的微电网故障，一般采用直接启动的方式，因此，在设计微电网的初期，需要准确计算出微电网内部公用台变的励磁涌流，并根据计算出来的励磁涌流，确定与之适配的微电网的黑启动能源设备。
3.然而，公用台变每次启动的励磁涌流不一定相同，若微电网的黑启动能源按照励磁涌流来匹配容量，会导致微电网的容量配置十分冗余，为微电网的容量设计带来了很大的困难，以及，目前很多微电网的启动并未涉及公用台变的启动，对于公用台变启动时产生的巨大励磁电流，导致的启动失败问题，无法得到有效解决。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
5.为此，本实用新型的第一个目的在于提出一种微电网的黑启动系统，该系统通过设置限流装置，在微电网控制器接收到电网故障信号时，通过接入限流装置，调整储能装置的输出电流，以减小储能装置在黑启动时，后级负载产生的励磁涌流对储能装置的冲击，使得公用台变产生的励磁与储能装置相适配，无需准确计算公用台变的励磁涌流，避免黑启动过程中，励磁涌流过大导致的黑启动失败问题，从而，在简化微电网容量配置的同时，提高微电网黑启动的可靠性。
6.为此，本实用新型的第二个目的在于提出一种供电系统。
7.为了达到上述目的，本实用新型的第一方面的实施例提出了一种微电网的黑启动系统，该系统包括：储能装置，用于根据黑启动指令执行黑启动动作；至少一个后级负载，与所述储能装置连接，用于在所述储能装置执行所述黑启动动作成功时正常工作；限流装置，分别与所述储能装置和至少一个所述后级负载连接，用于减小所述储能装置的输出电流；微电网控制器，用于在接收到电网故障信号时，向所述储能装置发出所述黑启动指令。
8.根据本实用新型实施例的微电网的黑启动系统，通过设置限流装置，在微电网控制器接收到电网故障信号时，通过接入限流装置，调整储能装置的输出电流，以减小储能装置在黑启动时，后级负载产生的励磁涌流对储能装置的冲击，使得公用台变产生的励磁与储能装置相适配，无需准确计算公用台变的励磁涌流，避免黑启动过程中，励磁涌流过大导致的黑启动失败问题，从而，在简化微电网容量配置的同时，提高微电网黑启动的可靠性。
9.在一些实施例中，所述限流装置通过第一开关与所述储能装置连接。
10.在一些实施例中，所述限流装置包括：至少一个电阻；与至少一个所述电阻一一对应设置的第二开关，至少一个所述电阻在对应设置的所述第二开关导通时，通过所述第二开关与所述储能装置连接。
11.在一些实施例中，所述限流装置包括：电阻值连续可调的电阻箱。
12.在一些实施例中，至少一个所述后级负载包括：至少一个公用台变和至少一个用电负载。
13.在一些实施例中，至少一个所述公用台变通过一一对应的第三开关与母线连接，所述微电网控制器与所述第三开关连接，用于控制所述第三开关中的部分或全部导通或关断，以调整所述公用台变的数量。
14.在一些实施例中，微电网的黑启动系统还包括：隔离变压器，所述隔离变压器与所述储能装置的连接。
15.在一些实施例中，所述储能装置包括：供电电源；与所述供电电源连接的储能变流器(pcs，power conversion system)，所述储能变流器的交流侧通过第四开关与所述隔离变压器连接。
16.在一些实施例中，微电网的黑启动系统还包括：通信模块，与并网点连接，用于接收所述电网故障信号，并将所述电网故障信号发送至所述微电网控制器。
17.为了达到上述目的，本实用新型的第二方面的实施例提出了一种供电系统，该供电系统包括：如上述实施例所述的微电网的黑启动系统。
18.根据本实用新型实施例的供电系统，通过设置限流装置，在微电网控制器接收到电网故障信号时，通过接入限流装置，调整储能装置的输出电流，以减小储能装置在黑启动时，后级负载产生的励磁涌流对储能装置的冲击，使得公用台变产生的励磁与储能装置相适配，无需准确计算公用台变的励磁涌流，避免黑启动过程中，励磁涌流过大导致的黑启动失败问题，从而，在简化微电网容量配置的同时，提高微电网黑启动的可靠性。
19.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
20.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
21.图1是根据本实用新型一个实施例的微电网的黑启动系统的结构示意图；
22.图2是根据本实用新型一个实施例的限流装置的结构示意图；
23.图3是根据本实用新型一个实施例的微电网的黑启动系统的启动方法的流程图；
24.图4是根据本实用新型一个实施例的供电系统的框图。
25.附图标记：微电网黑启动系统1；储能装置10；后级负载11；限流装置12；并网点13；供电系统2。
具体实施方式
26.下面详细描述本实用新型的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本实用新型的实施例。
27.多个后负载例如多公用台变的供电线路一般为供电线路的末端，例如山区的供电线路末端，山区的供电线路末端在出现故障时，会导致用户停电，且在供电线路末端的公用台变数量较多，公用台变黑启动时的励磁涌流巨大，且持续时间很短，若反复多次黑启动失
败，可能会导致后级负载损坏，降低用户体验。可以理解的是，黑启动是指整个系统因故障停运后，系统全部停电，处于全黑状态，不排除孤立小电网仍维持运行，系统不依赖别的网络帮助，通过其具有自启动能力的发电机组启动，带动无自启动能力的发电机组，逐渐扩大系统恢复范围，最终实现整个系统的恢复。
28.以及，若通过提前对配电网内部的负载开关进行编号分类，以确定负载用电的优先级，并在启动时，抛弃部分负载，则无法保证配电网内部每个负载的正常供电。
29.由此，采用本实用新型实施例的微电网黑启动系统，通过设置限流装置，在微电网控制器接收到电网故障信号时，通过接入限流装置，调整储能装置的输出电流，以减小储能装置在黑启动时，后级负载产生的励磁涌流对储能装置的冲击，使得公用台变产生的励磁与储能装置相适配，无需准确计算公用台变的励磁涌流，避免黑启动过程中，励磁涌流过大导致的黑启动失败问题，从而，在简化微电网容量配置的同时，提高微电网黑启动的可靠性。
30.以下对本实用新型实施例的微电网的黑启动系统进行举例说明，如图1所示，本实用新型实施例的微电网黑启动系统1包括：储能装置10、后级负载11、限流装置12和微电网控制器(图中未示出)。其中，微电网控制器需要确保并网点可接受微电网控制器的控制。可以理解的是，微电网是由分布式能源、储能装置、能量转换装置、监控和保护装置、负荷等汇集而成的小型发配用电系统，是一个具备自我控制和自我能量管理的电网系统，既可以与外部电网并网运行，也可以脱离外部电网离网运行。
31.其中，储能装置10用于根据黑启动指令执行黑启动；至少一个后级负载11与储能装置10连接，用于在储能装置10执行黑启动动作成功时正常工作；限流装置12分别与储能装置10和至少一个后级负载11连接，用于减小储能装置的输出电流；微电网控制器用于在接收到电网故障信号时，向储能装置发出黑启动指令。可以理解的是，微电网的黑启动是指在电网遭受较大的扰动，或，发生严重故障而造成的大范围的停电事故，供电系统进入全黑状态后，依靠供电系统内部具有自启动能力的机组或外部电源，逐步恢复供电系统内部的供电，最终重新实现供电系统稳定运行的过程。微电网的黑启动系统1主要是在传统大电网发生故障后，继续为一些重要后级负载供电，以提高供电的可靠性。因此，微电网的黑启动是指处于孤岛运行状态下的微电网系统因外部因素或内部故障造成停电，进入全黑状态后，不依靠外部电源，仅依靠内具有黑启动能力的微源带动不具有黑启动能力的微源，逐步实现系统内部电力恢复，最终达到稳定运行。
32.举例而言，如图1所示，微电网的黑启动系统1的市电来源为110kv变电站，110kv变电站通过并网点13与微电网连接，当市电正常时，微电网内部的后级负载11通过市电供电，水轮机组根据水电站蓄水情况发电上网，储能装置10根据微电网的运行策略执行充电或者放电动作，且限流装置12断开，未接入微电网。其中，水轮机组包括水轮机和水轮发电机。
33.当市电故障时，断开并网点，切断微电网与市电的连接，微电网进入全黑失电状态，同时，水轮机组由于没有市电为其供电，断开其与微电网的连接，整个微电网停电，此时，微电网控制器接收到电网故障信号，向储能装置10发送黑启动指令，即，储能装置10的开机指令，当储能装置10接收到黑启动指令后，储能装置10根据该黑启动指令执行黑启动，此时，为了减少后级负载11的励磁涌流，将限流装置12接入，通过调节限流装置12的电阻值，匹配不同情况下的黑启动，以达到动态限流的目的。
34.具体而言，微电网的电压会随着储能装置10的黑启动逐渐增大，直至增大至正常电压值，黑启动的时间较短，例如几秒钟，在黑启动完成后，微电网的母线恢复供电，以为后级负载正常供电，此时，微电网控制器发送指令给水电站专变，开启水轮机组，水轮机组在母线恢复供电后正常运行。在母线恢复供电后，水轮机组重新开始发电，微电网在水轮机组和储能装置10的联合供电下离网运行。
35.当市电恢复后，微电网的黑启动系统给并网点发送并网指令，使并网点进入并网操作，以在并网成功后，转入并网运行状态。
36.根据本实用新型实施例的微电网的黑启动系统1，通过设置限流装置12，在微电网控制器接收到电网故障信号时，通过接入限流装置12，调整储能装置10的输出电流，以减小储能装置10在黑启动时，后级负载11产生的励磁涌流对储能装置10的冲击，使得公用台变产生的励磁与储能装置相适配，无需准确计算公用台变的励磁涌流，避免黑启动过程中，励磁涌流过大导致的黑启动失败问题，从而，在简化微电网容量配置的同时，提高微电网黑启动的可靠性。
37.在一些实施例中，限流装置12通过第一开关qf2与储能装置10连接。
38.在实施例中，如图1所示，微电网进入全黑失电状态时，微电网控制器控制第一开关qf2导通，以将限流装置12接入微电网，检测到限流装置12接入后，微电网控制器下发黑启动指令至储能装置10，储能装置10接收到黑启动指令后，根据自身设定执行黑启动，并在黑启动成功后，断开第一开关qf2与储能装置10的连接，以减少能量损失。
39.在一些实施例中，限流装置12包括：至少一个电阻；与至少一个电阻一一对应设置的第二开关，至少一个电阻在对应设置的第二开关导通时，通过第二开关与储能装置10连接。
40.在实施例中，如图2所示，为本实用新型一个实施例的限流电阻的电路结构示意图。限流装置12包括多个电阻，电阻的大小由接入电阻数量决定，通过控制第二开关的导通或者关断，以控制限流装置12的电阻值，以匹配不同情况下的黑启动，从而达到动态限流的目的。
41.举例而言，当储能装置10没有正常启动，且出现跳闸现象或者发出报警信号时，认为公用台变的励磁涌流过大，限流装置12接入的电阻数量，即，限流装置12的电阻值大小不足以限制励磁涌流对储能装置10的冲击，此时，需要重现调整限流装置12的电阻值大小，即，控制与电阻对应的第二开关的导通或者关断，以调整限流装置12的电阻值，在调整完成后，继续将限流装置12接入，并下发黑启动指令至储能装置10，继续执行黑启动，直至正常启动，或者，直至限流装置12的电阻值无法继续调节为止。
42.在一些实施例中，限流装置12包括：电阻值连续可调的电阻箱。具体而言，通过将限流装置12设置为电阻值连续可调的电阻箱，可以实现更加平滑的电阻调节，以便增加电阻调节的便捷性。
43.在一些实施例中，至少一个后级负载11包括：至少一个公用台变和至少一个用电负载。
44.在实施例中，如图1所示，后级负载包括公用台变，即，变压器，公用台变在黑启动时，会产生巨大的励磁涌流，使得储能装置10受到冲击，导致黑启动失败。
45.用户负载例如居民负荷，居民负荷与公用台变连接，在黑启动成功后，通过母线为
用户负载和公用台变供电。
46.在一些实施例中，至少一个公用台变通过一一对应的第三开关与母线连接，微电网控制器与第三开关连接，用于控制第三开关中的部分或全部导通或关断，以调整公用台变的数量。
47.在实施例中，至少一个公用台变通过第三开关与母线连接，在黑启动时，若通过调整限流装置12的电阻值无法使得微电网的黑启动系统启动，则调整公用台变的接入数量。
48.举例而言，在确定储能装置10黑启动失败后，通过微电网控制器下发分闸指令给某一个公用台变的第三开关，执行分闸动作，换言之，微电网控制器通过控制与公用台变对应的第三开关，以减小参与黑启动的公用台变数量，通过对公共台变的接入数量逐级进行调节，以在限流装置12无法保证储能装置10的黑启动时，对公用台变的接入逐级进行控制，以进一步增加黑启动的可靠性。
49.在检测到第三开关断开，且确定储能装置10自检完成，微电网控制器向储能装置10发送黑启动指令，储能装置10接收到黑启动指令后，执行黑启动，在黑启动过程中，微电网的电压会随着黑启动逐渐增大至正常电压值，黑启动的时间较短，例如几秒钟，在黑启动成功后，母线恢复供电，此时，与母线连接的公用台变和用电负载正常，微电网的黑启动系统下发开机指令给水轮机组，水轮机组开始正常运行，在检测到水轮机组正常运行后，向之前通过第三开关与母线断开的公用台变下发合闸指令，合闸成功后，完成黑启动，所有的后级负载均恢复正常运行。可以理解的是，通过断开部分公用台变，先启动整个微电网，让多个分布式能源投入运行后，再逐步导通之前断开的公用台变，以启动整个微电网。
50.若调节公用台变的数量后，黑启动仍然失败，则继续控制第三开关关断更多的公用台变与母线的连接，并再次执行黑启动，直至黑启动成功，在黑启动成功后，微电网的黑启动系统继续运行，直至检测到市电恢复时，并网点发送同步指令，当微电网控制器接收到该同步指令后，自动合闸，微电网的黑启动系统转为并网运行，以按照并网时的控制策略对储能装置10进行管理，水轮机组按照需求运行，后级负载正常运行。
51.在一些实施例中，微电网的黑启动系统，还包括隔离变压器，隔离变压器与储能装置10的连接。
52.在实施例中，通过设置隔离变压器用于避免对后级负载的供电造成干扰，提高微电网的黑启动系统的可靠性。
53.在一些实施例中，储能装置10包括供电电源及与供电电源连接的储能变流器，储能变流器的交流侧通过第四开关与隔离变压器连接。
54.在实施例中，如图1所示，储能装置10包括供电电源和储能变流器，供电电源例如为磷酸铁锂蓄电池，储能变流器的交流侧通过第四开关与隔离变压器连接。
55.具体而言，在检测到并网点与市电断开且微电网进入全黑失电状态后，断开储能变流器与隔离变压器的连接第四开关qf1，同时导通限流装置12侧的第一开关qf2，在确定第一开关qf2导通，第四开关qf1关断后，下发黑启动指令至储能变流器，储能变流器基于该黑启动指令，根据自身设定执行黑启动，并在黑启动成功后，关断第一开关qf2，导通第四开关qf1，以断开限流装置12与母线的连接，减少能量损失。
56.在一些实施例中，微电网的黑启动系统还包括通信模块，与并网点连接，用于接收电网故障信号，并将电网故障信号发送至微电网控制器。
57.在实施例中，当设置在并网点侧的控制器检测到并网点与市电断开连接时，认为并网点出现异常，此时，通信模块接收到电网故障信号，并将电网的故障信号发送至微电网控制器，以使微电网控制器根据该电网故障信号，向储能装置10发送黑启动指令，以实现微电网的黑启动。
58.在另一些实施例中，当微电网的黑启动系统增加公用台变时，可以通过调节限流装置的电阻值的大小和逐级调整公共台变的接入数量，以实现黑启动的目的。
59.下面参考图3对本实用新型实施例的微电网的黑启动的方法进行举例说明。
60.如图3所示，为本实用新型一个实施例的微电网的黑启动方法的流程图。
61.步骤s11，微电网的电网故障。
62.步骤s12，判断并网开关是否关断，若是，执行步骤s13，若否，执行步骤s12。
63.步骤s13，判断限流装置是否接入，若是，执行步骤s14，若否，执行步骤s13。
64.步骤s14，向储能装置发出黑启动指令，储能装置根据黑启动指令执行黑启动。
65.步骤s15，判断启动是否成功，若是执行步骤s22，若否，执行步骤s16。
66.步骤s16，调整限流装置的电阻值，再次启动。
67.步骤s17，启动失败且限流装置的电阻值无法继续调整。
68.步骤s18，通过控制第三开关切断部分公用台变，再次启动。
69.步骤s19，判断启动是否成功，若是，执行步骤s20，若否，执行步骤s18。
70.步骤s20，开启其他分布式电源，并逐步恢复之前切断的公用台变。
71.步骤s21，判断黑启动是否成功，若是，执行步骤s22，若否，执行步骤s16。
72.步骤s22，微电网的黑启动系统离网运行等待市电恢复。
73.总而言之，通过在储能变流器的交流测增加限流装置，减小储能变流器在黑启动时，变压器的励磁涌流对储能变流器的冲击，当线路启动成功后把限流装置关断，从而完成微电网的黑启动，并在限流装置无法实现微电网的黑启动时，先把部分公用台变切断，先用微电网的主能源启动微电网，后把其他的分布式能源例如光伏、风电及水电等接入，增加微电网的带载能力，最后，再把之前断开的公用台变接入，从而达到整个微电网系统启动的目的，从而提高微电网黑启动的可靠性。
74.下面描述本实用新型实施例的供电系统。
75.如图3所示，本实用新型实施例的供电系统2包括上述实施例的微电网的黑启动系统1。
76.根据本实用新型实施例的供电系统2，通过设置限流装置12，在微电网控制器接收到电网故障信号时，通过接入限流装置12，调整储能装置10的输出电流，以减小储能装置10在黑启动时，后级负载11产生的励磁涌流对储能装置10的冲击，使得公用台变产生的励磁与储能装置相适配，无需准确计算公用台变的励磁涌流，避免黑启动过程中，励磁涌流过大导致的黑启动失败问题，从而，在简化微电网容量配置的同时，提高微电网黑启动的可靠性。
77.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
78.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。