本發(fā)明涉及分布式能源領(lǐng)域，具體涉及具有黑啟動功能的系統(tǒng)及其黑啟動方法。

背景技術(shù)：

隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)對電力需求量迅猛增漲，分布式能源由于具有清潔、可再生受到大力推廣。目前的研究和應(yīng)用中，分布式能源更多地以微電網(wǎng)的形式接入大電網(wǎng)中運行。一旦大電網(wǎng)故障或微電網(wǎng)內(nèi)部故障導(dǎo)致微電網(wǎng)癱瘓時，微電網(wǎng)需要及時進(jìn)行黑啟動，通過啟動微電網(wǎng)內(nèi)部具有黑啟動能力的微電源來帶動無黑啟動能力的微電源，實現(xiàn)整個微電網(wǎng)的重新啟動，迅速恢復(fù)對負(fù)荷的電力供應(yīng)。

傳統(tǒng)微電網(wǎng)黑啟動方式主要是依靠具有黑啟動能力的微電源先進(jìn)行啟動，然后串行或并行地帶動其它不具有黑啟動能力的微電源。啟動完成后可孤島自治運行，也可以并入大電網(wǎng)進(jìn)行并網(wǎng)運行。

串行黑啟動是僅啟用單個黑啟動電源，先斷開所有負(fù)荷，然后啟動黑啟動電源建立低壓配電網(wǎng)，切入部分重要或可控負(fù)荷。最后啟動其它可控微電源，同步并入電網(wǎng)。

并行黑啟動是通過將系統(tǒng)分散成多個獨立運行的小系統(tǒng)，每個獨立系統(tǒng)進(jìn)行各自的黑啟動，啟動完成后再進(jìn)行同期并網(wǎng)。

離網(wǎng)型小型風(fēng)光儲供電系統(tǒng)與傳統(tǒng)微電網(wǎng)有所差異，離網(wǎng)型供電系統(tǒng)是一種完全脫離大電網(wǎng)并且始終保持獨立運行的一種自治型供電系統(tǒng)，通過在用戶附近集成風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、儲能電池等分布式微源，向用戶提供需求的電能。

由于離網(wǎng)型風(fēng)光儲供電系統(tǒng)是完全脫離大電網(wǎng)運行，因此，一方面在遭遇極端長期風(fēng)力不強、日照不足時，離網(wǎng)型供電系統(tǒng)更容易發(fā)生內(nèi)部癱瘓；另一方面供電系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生故障或癱瘓后，黑啟動的策略與傳統(tǒng)的微電網(wǎng)黑啟動策略也差別較大。

現(xiàn)有技術(shù)中針對風(fēng)光儲一體的分布式供電系統(tǒng)黑啟動研究很少，因此，針對離網(wǎng)型小型風(fēng)光儲供電系統(tǒng)開發(fā)一套可靠穩(wěn)定的黑啟動控制方法具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

風(fēng)光儲一體的分布式供電系統(tǒng)可能存在突然斷電的情況，也可能存在由于天氣條件限制長時間停止發(fā)電的情況，現(xiàn)有技術(shù)黑啟動控制系統(tǒng)或方法中很少同時考慮供電系統(tǒng)短期斷電后黑啟動和系統(tǒng)長期停電后黑啟動。

鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種具有黑啟動功能的系統(tǒng)，同時考慮系統(tǒng)在短期內(nèi)停電后的分布式能源黑啟動和長期斷電后的分布式能源黑啟動方法，減少電網(wǎng)故障情況下停電時間和系統(tǒng)供電的快速恢復(fù)時間，提高系統(tǒng)長期內(nèi)供電的穩(wěn)定性和可靠性。

本發(fā)明還提供一種具有黑啟動功能的系統(tǒng)的黑啟動方法。

本發(fā)明提供一種具有黑啟動功能的系統(tǒng)，具有黑啟動功能的系統(tǒng)包括控制器、直流母線、連接到直流母線上的儲能接入裝置、發(fā)電設(shè)備接入裝置，具有黑啟動功能的系統(tǒng)還包括直流輸出接口和/或交流輸出接口，發(fā)電設(shè)備接入裝置用于接入發(fā)電設(shè)備，儲能接入裝置用于接入儲能裝置，具有黑啟動功能的系統(tǒng)還包括連接到直流母線上的用于接入外部電源的外部電源接入裝置，其中控制器監(jiān)測到發(fā)生斷電，進(jìn)行內(nèi)部黑啟動或外部黑啟動，內(nèi)部黑啟動以儲能裝置作為黑啟動的主微電源，外部黑啟動以外部電源作為黑啟動的主微電源。

進(jìn)一步地，斷電的時間小于設(shè)定值，控制器進(jìn)行內(nèi)部黑啟動，斷電的時間大于或等于設(shè)定值，控制器進(jìn)行外部黑啟動。

進(jìn)一步地，內(nèi)部黑啟動采用第一周期，外部黑啟動采用第二周期，第二周期為第一周期的整數(shù)倍。

本發(fā)明還提供一種上述具有黑啟動功能的系統(tǒng)的黑啟動方法，以下步驟：

(1)控制器監(jiān)測具有黑啟動功能的系統(tǒng)中的相關(guān)節(jié)點的電壓與電流；

(2)基于監(jiān)測得到的信息進(jìn)行評估，如果發(fā)生斷電，斷電的時間小于設(shè)定值，執(zhí)行步驟(3)；斷電的時間大于或等于設(shè)定值，執(zhí)行步驟(4)；

(3)控制器進(jìn)行內(nèi)部黑啟動；

(4)控制器進(jìn)行外部黑啟動。

進(jìn)一步地，步驟(3)控制器進(jìn)行內(nèi)部黑啟動包括以下步驟：

(31)檢測儲能裝置是否進(jìn)入休眠狀態(tài)，如果未進(jìn)入休眠狀態(tài)，執(zhí)行步驟(32)；如果進(jìn)入休眠狀態(tài)，執(zhí)行步驟(34)；

(32)控制器控制儲能接入裝置工作，使儲能裝置向直流母線供電；

(33)控制器控制直流輸出接口和/或交流輸出接口，切入外部負(fù)荷；

(34)經(jīng)過第一周期后，檢測接入的發(fā)電設(shè)備的工作狀態(tài)，如果至少一個發(fā)電設(shè)備運行正常，則控制發(fā)電設(shè)備給儲能裝置充電，執(zhí)行步驟(1)；如果所有接入的發(fā)電設(shè)備均運行不正常，執(zhí)行步驟(4)。

進(jìn)一步地，步驟(4)控制器進(jìn)行外部黑啟動包括以下步驟：

(41)經(jīng)過第二周期后，控制器切換到外部電池供電模式；

(42)以外部電源作為黑啟動的主微電源，進(jìn)行外部黑啟動；

(43)控制器控制外部電源向儲能裝置充電；

(44)控制器切換到儲能裝置供電模式，執(zhí)行步驟(34)。

進(jìn)一步地，步驟(42)以外部電源作為黑啟動的主微電源，進(jìn)行外部黑啟動包括以下步驟：

(421)控制器控制外部電源接入裝置，使外部電源向直流母線供電；

(422)控制器控制直流輸出接口和/或交流輸出接口，切入外部負(fù)荷。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的具有黑啟動功能的系統(tǒng)及其黑啟動方法，具有以下有益效果：同時考慮系統(tǒng)在短期內(nèi)停電后的分布式能源黑啟動和長期斷電后的分布式能源黑啟動方法，減少電網(wǎng)故障情況下停電時間和系統(tǒng)供電的快速恢復(fù)時間，提高系統(tǒng)長期內(nèi)供電的穩(wěn)定性和可靠性。

本發(fā)明提出了一種針對長期離網(wǎng)運行的分布式供電系統(tǒng)，目前市面上幾乎沒有；本發(fā)明同時包含短期斷電后的黑啟動方案和長期停電后的黑啟動方案，保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地恢復(fù)運行。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一個實施例的具有黑啟動功能的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1所示的具有黑啟動功能的系統(tǒng)的黑啟動方法的流程圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明的一個實施例的具有黑啟動功能的系統(tǒng)，包括：控制器、直流母線、連接到直流母線上的儲能接入裝置、發(fā)電設(shè)備接入裝置。

儲能接入裝置用于接入儲能裝置，包括儲能接口、接觸器與儲能直流變換器，用于接入儲能裝置。

發(fā)電設(shè)備接入裝置用于接入發(fā)電設(shè)備，本實施例中發(fā)電設(shè)備接入裝置為光伏接入裝置與風(fēng)機接入裝置，光伏接入裝置包括光伏接口、光伏整流器與光伏變換控制器，用于接入光伏發(fā)電設(shè)備；風(fēng)機接入裝置包括風(fēng)機接口、風(fēng)機整流器與風(fēng)機變換控制器，用于接入風(fēng)機。在其他實施例中，發(fā)電設(shè)備接入裝置也可以為其他發(fā)電設(shè)備接入裝置，例如柴油發(fā)電機接入裝置。

具有黑啟動功能的系統(tǒng)還包括直流輸出接口和交流輸出接口，直流輸出接口連接到直流母線上，用于向直流負(fù)載供電；交流輸出接口通過交流變換器連接到直流母線上，用于向交流負(fù)載供電，具有黑啟動功能的系統(tǒng)也可以僅包括直流輸出接口，或者僅包括交流輸出接口，可根據(jù)具體應(yīng)用環(huán)境確定。

具有黑啟動功能的系統(tǒng)還包括用于接入外部電源的外部電源接入裝置。

控制器與上述各個部件連接，以控制各個部件的操作。

通過本實施例中的具有黑啟動功能的系統(tǒng)構(gòu)建的供電系統(tǒng)，運行正常時，控制器控制儲能接入裝置的接觸器與儲能直流變換器，儲能裝置例如電池向直流母線供電；同時控制器檢測電池的電壓和剩余電量，如果電池的電壓或剩余電量低于設(shè)定值，控制器控制光伏接入裝置的光伏整流器、光伏變換控制器，和/或風(fēng)機接入裝置的風(fēng)機整流器、風(fēng)機變換控制器，以及儲能直流變換器，向電池充電。

控制器監(jiān)測到發(fā)生斷電，進(jìn)行內(nèi)部黑啟動或外部黑啟動，內(nèi)部黑啟動以儲能裝置作為黑啟動的主微電源，外部黑啟動以外部電源作為黑啟動的主微電源。

可以根據(jù)斷電的時間的長短，確定使用內(nèi)部黑啟動還是使用外部黑啟動來啟動供電系統(tǒng)。對于斷電的時間小于設(shè)定值的斷電，例如設(shè)定值為1小時，電池的電壓或剩余電量足以完成黑啟動操作，控制器使用內(nèi)部黑啟動來啟動供電系統(tǒng)；對于斷電的時間大于1小時的斷電，電池的電壓或剩余電量可能很低，為保護(hù)電池會停止對外供電，處于休眠狀態(tài)，此時控制器使用外部黑啟動來啟動供電系統(tǒng)，也就是利用外部電源進(jìn)行黑啟動。

本實施例中具有黑啟動功能的系統(tǒng)的黑啟動方法，包括以下步驟：

(1)控制器監(jiān)測具有黑啟動功能的系統(tǒng)中的相關(guān)節(jié)點的電壓與電流；

(2)基于監(jiān)測得到的信息進(jìn)行評估，如果發(fā)生斷電，斷電的時間小于設(shè)定值，執(zhí)行步驟(3)；斷電的時間大于或等于設(shè)定值，執(zhí)行步驟(4)；

(3)控制器進(jìn)行內(nèi)部黑啟動；

(4)控制器進(jìn)行外部黑啟動。

步驟(1)中監(jiān)測具有黑啟動功能的系統(tǒng)中的相關(guān)節(jié)點，相關(guān)節(jié)點具體是指光伏接口、風(fēng)機接口、儲能接口、直流母線、直流輸出接口與交流輸出接口。

步驟(3)控制器進(jìn)行內(nèi)部黑啟動包括以下步驟：

(31)檢測儲能裝置是否進(jìn)入休眠狀態(tài)，如果未進(jìn)入休眠狀態(tài)，執(zhí)行步驟(32)；如果進(jìn)入休眠狀態(tài)，執(zhí)行步驟(34)；

(32)控制器控制儲能接入裝置工作，使儲能裝置向直流母線供電；

(33)控制器控制直流輸出接口和/或交流輸出接口，切入外部負(fù)荷；

(34)經(jīng)過第一周期后，檢測接入的發(fā)電設(shè)備的工作狀態(tài)，如果至少一個發(fā)電設(shè)備運行正常，則控制發(fā)電設(shè)備給儲能裝置充電，執(zhí)行步驟(1)；如果所有接入的發(fā)電設(shè)備均運行不正常，執(zhí)行步驟(4)。

步驟(4)控制器進(jìn)行外部黑啟動包括以下步驟：

(41)經(jīng)過第二周期后，控制器切換到外部電池供電模式；

(42)以外部電源作為黑啟動的主微電源，進(jìn)行外部黑啟動；

(43)控制器控制外部電源向儲能裝置充電；

(44)控制器切換到儲能裝置供電模式，執(zhí)行步驟(34)。

步驟(42)以外部電源作為黑啟動的主微電源，進(jìn)行外部黑啟動包括以下步驟：

(421)控制器控制外部電源接入裝置，使外部電源向直流母線供電；

(422)控制器控制直流輸出接口和/或交流輸出接口，切入外部負(fù)荷。

本實施例中的具有黑啟動功能的系統(tǒng)構(gòu)建的供電系統(tǒng)，在慢周期內(nèi)控制長久性大停電的黑啟動過程，也就是外部黑啟動；在快速周期內(nèi)監(jiān)測并控制短暫性黑啟動的過程，也就是內(nèi)部黑啟動。

以內(nèi)蒙古試運行的風(fēng)光儲供電系統(tǒng)作為實施例，但此發(fā)明適用于并不僅限于實施例中的應(yīng)用場合。

將風(fēng)光儲供電系統(tǒng)的黑啟動整個過程劃分為啟動前、啟動中和啟動后三個階段。由于內(nèi)蒙古存在的極限天氣和氣候條件或其它外界因素，導(dǎo)致供電系統(tǒng)運行時碰到長期缺風(fēng)少光或長期停電等工況，因此將黑啟動過程中劃分為系統(tǒng)內(nèi)部黑啟動和系統(tǒng)外部黑啟動。

內(nèi)部黑啟動采用第一周期，也可以稱為快周期，記為tf，tf一般取秒或是毫秒級別，能夠解決急發(fā)性大停電后系統(tǒng)快速恢復(fù)的問題。

外部黑啟動采用第二周期，也可以稱為慢周期，記為Ts，Ts一般取小時或天級別，其中Ts＝N*Tf，N為正整數(shù)，能夠以低能耗的方式解決長期斷電后的系統(tǒng)恢復(fù)的問題。

采用不同時間尺度來控制系統(tǒng)內(nèi)部黑啟動和系統(tǒng)外部內(nèi)啟動過程，在快速時域內(nèi)控制實時響應(yīng)短暫大停電，解決急發(fā)性大停電后系統(tǒng)快速恢復(fù)的問題；在慢速時域內(nèi)，對非緊急負(fù)荷或具有緩沖特性的微電源進(jìn)行靈活控制，進(jìn)行外部黑啟動控制，解決長期停電后電力系統(tǒng)重啟的控制問題。

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思做出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。