一種基于風光電互補的前饋型的電壓跌落動態(tài)補償裝置制造方法
【專利摘要】一種基于風光電互補的前饋型的電壓跌落動態(tài)補償裝置，包括：控制器、整流單元、H橋逆變單元、旁路開關(guān)、風電直流電壓傳感器、風電直流電流傳感器、交流電壓互感器、直流升壓單元、光電直流電壓傳感器、光電直流電流傳感器、并網(wǎng)逆變器。電網(wǎng)正常運行時，風光電通過并網(wǎng)逆變器向電網(wǎng)饋入電能，串聯(lián)補償器輸出電壓為零；當電網(wǎng)發(fā)生故障引起電網(wǎng)電壓跌落（陷落、驟降）時，控制串聯(lián)補償器快速輸出相應的補償電壓量，直接動態(tài)補償電壓跌落，使得負載端的電壓保持不變，從而保護負載不受電網(wǎng)故障的影響，維持直流母線電壓的穩(wěn)定；它利用了風/光電的互補作用，具有風電、太陽光伏發(fā)電的互補前饋與快速補償電網(wǎng)電壓變化的特點，體積更小、成本更低。
【專利說明】 —種基于風光電互補的前饋型的電壓跌落動態(tài)補償裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電能質(zhì)量【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種基于風光電互補的前饋型的電壓跌落動態(tài)補償裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)達國家對電能質(zhì)量水平的要求很高，電能質(zhì)量問題不僅會給工業(yè)界帶來很大的經(jīng)濟損失，如停工和再啟動導致生產(chǎn)成本增加，損壞反應靈敏設備，報廢半成品，降低產(chǎn)品質(zhì)量，造成營銷困難而損害公司形象及和用戶的良好商業(yè)關(guān)系等，而且也會給醫(yī)療等重要用電部門的設備帶來危害，引起嚴重的生產(chǎn)和運行事故，美國電力研究院(EPRI)研究顯示，電能質(zhì)量問題每年導致美國工業(yè)在數(shù)據(jù)，材料和生產(chǎn)力上的損失達300億美元(Electric Power Research Institute, 1999);日本等發(fā)達國家對電能質(zhì)量要求也很高。隨著我國高科技工業(yè)的迅速發(fā)展，對電能質(zhì)量水平的要求越來越高，電壓驟降(陷落、跌落)是其中的主要問題，電壓陷落不僅會引起電力系統(tǒng)的電壓質(zhì)量問題，也會危及用電設備的安全工作，電力系統(tǒng)故障，大型電機啟動，支路電路短路等都會引起電壓陷落，雖然電壓陷落時間短，但是它會引起工業(yè)過程的中斷或停工，而所引起工業(yè)過程的停工期間遠遠大于電壓陷落事故的本身時間，因此所造成的損失很大。
[0003]傳統(tǒng)的方法，如電壓調(diào)節(jié)器并不能解決這些問題，而不間斷電源UPS裝置雖能解決這些問題，但是其成本和運行費用都極其昂貴，為了解決上述問題，國內(nèi)外對動態(tài)電壓補償器開展了研究。相比于UPS，動態(tài)電壓補償器能有效解決電壓陷落的問題。但是，儲能問題也一直困擾著動態(tài)電壓補償器的問題，雖然有人提出最小能量注入法等先進的方法，但是額外的儲能始終影響其進一步推廣、發(fā)展。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于風光電互補的前饋型的電壓跌落動態(tài)補償裝置，電網(wǎng)正常時，利用綠色的風能、太陽能，將風能、太陽能轉(zhuǎn)換為電能，供給電網(wǎng)；當電網(wǎng)電壓出現(xiàn)故障時，輸出相應的電壓量，補償電網(wǎng)電壓的差值，確保負載電壓不變化，因而保護了負載。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0006]一種基于風光電互補的前饋型的電壓跌落動態(tài)補償裝置，特點在于構(gòu)成包括:控制器、整流單元、H橋逆變單元、旁路開關(guān)、風電直流電壓傳感器、風電直流電流傳感器、交流電壓互感器、直流升壓單元、光電直流電壓傳感器、光電直流電流傳感器、并網(wǎng)逆變器；
[0007]上述部件的連接關(guān)系如下:
[0008]所述的控制器的整流控制端與所述的整流單元的輸入控制端相連，所述的控制器的H橋逆變控制端與所述的H橋逆變單元的輸入控制端相連，所述的控制器的直流升壓控制端與直流升壓單元的輸入控制端相連，所述的控制器(I)的旁路開關(guān)控制端與所述的旁路開關(guān)的控制端相連；所述的控制器的風電直流電壓輸入端與所述風電直流電壓傳感器的輸出端相連，所述的控制器的風電直流電流輸入端與所述風電直流電流傳感器的輸出端相連，所述的控制器的交流電流輸入端與所述交流電壓互感器的輸出端相連，所述的控制器的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子角度輸入信號輸入端與同步發(fā)電機的測速碼盤輸出端相連，所述的控制器的光電直流電壓輸入端與所述光電直流電壓傳感器的輸出端相連，所述的控制器的光電直流電流輸入端與所述光電直流電流傳感器的輸出端相連，所述的控制器的并網(wǎng)逆變控制端與所述的并網(wǎng)逆變器相應的控制端相連；
[0009]所述的整流單元的交流輸入端與風電同步發(fā)電機的輸出端相連，所述的整流單元的直流輸出端與所述的直流升壓單元的直流輸出端相連；
[0010]所述的整流單元的直流輸出端與直流升壓單元的直流輸出端相連后與所述的并網(wǎng)逆變器的直流母線端、H橋逆變單元的直流母線端相連；
[0011]所述的旁路開關(guān)的兩端與所述H橋逆變單元的交流輸出端相連，并串接在電網(wǎng)的輸電線中，分別與電網(wǎng)的供電端和負載端相連；
[0012]所述的風電直流電壓傳感器的輸入端與所述整流單元的直流輸出端相連；
[0013]所述的風電直流電流傳感器的輸入端串接于所述整流單元的直流輸出端；
[0014]所述的交流電壓互感器的輸入端與電網(wǎng)公共點電壓相連；
[0015]所述的直流升壓單元的直流輸入端與光伏電池板的輸出端相連，所述的直流升壓單元的直流輸出端與所述的光電直流電壓傳感器的輸入端、所述的光電直流電流傳感器的輸入端和所述的H橋逆變單元的直流輸入端相連；
[0016]所述的并網(wǎng)逆變器的直流母線端與所述H橋逆變單元的直流母線端相連，其所述的并網(wǎng)逆變器的交流輸出端與電網(wǎng)公共點電壓相并連。
[0017]所述的控制器由中央處理單元實現(xiàn)，其核心是數(shù)字信號處理器、單片機或計算機。
[0018]利用所述的基于風光電互補的前饋型的電壓跌落動態(tài)補償裝置進行動態(tài)補償?shù)姆椒?，其特點在于，該方法包括下列具體步驟:
[0019]I)控制器測量交流供電電壓Us、整流單元輸出的直流電壓Uw與直流電流Iw、直流升壓單元輸出的直流電壓Upv與直流電流Ipv、同步發(fā)電機轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子角度；
[0020]2)計算整流單元輸出有功功率Pw =Pw=UwXIw ；
[0021]3)計算直流升壓單元輸出有功功率Ppv =Ppv=UpvXIpv ；
[0022]4)控制整流單元與直流升壓單元進行風光的互補輸出:
[0023]風能最大功率跟蹤:判斷本次整流單元輸出有功功率Pw是否大于上次輸出值，若是則繼續(xù)增大同步發(fā)電機轉(zhuǎn)速；否則，維持同步發(fā)電機轉(zhuǎn)速不變；
[0024]太陽能最大功率跟蹤:判斷本次直流升壓單元輸出有功功率Ppv是否大于上次輸出值，若是則繼續(xù)增大占空比；否則，維持占空比不變；
[0025]5)設Ustl為電網(wǎng)正常時交流供電電壓值:
[0026]若電網(wǎng)正常，即交流供電電壓Us等于或高于正常電壓Uso的90%時，則控制旁路開關(guān)導通且控制H橋逆變單元無輸出，使注入供電交流線路的電壓為零；控制并網(wǎng)逆變器將風電、光電注入電網(wǎng)，反饋給電網(wǎng)；
[0027]若電網(wǎng)故障，即交流供電電壓Us低于正常電壓Ustl的90%時，則控制旁路開關(guān)關(guān)閉，控制所述的H橋逆變單元使其輸出的電壓滿足=Uj=(Ustl-Us)，多余的風電、光電通過控制并網(wǎng)逆變器向電網(wǎng)注入功率，若風電、光電不夠，則通過并網(wǎng)逆變器向其直流母線注入功率，從而維持直流母線電壓穩(wěn)定。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點如下:
[0029]1.電網(wǎng)電壓跌落時，串聯(lián)輸出電壓，保護了重要負載；
[0030]2.取消了串聯(lián)變壓器，使得成本更低、體積更??；
[0031]3.利用風能、太陽能的互補作用，解決電網(wǎng)電壓陷落(驟降、跌落)的補償?shù)膬δ軉栴}。
[0032]4.并網(wǎng)逆變器采取前饋方式，從而不額外增加串聯(lián)變壓器與串補逆變單元的容量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0033]圖1是本發(fā)明基于風光電互補的前饋型的電壓跌落動態(tài)補償裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖2是本發(fā)明的單相H橋逆變單元拓撲圖。
[0035]圖3是本發(fā)明的并網(wǎng)逆變器拓撲圖。
[0036]圖4是本發(fā)明串聯(lián)補償控制框圖。
【具體實施方式】
[0037]下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明，但不應以此限制本發(fā)明的保護范圍。
[0038]先請參閱圖1，圖1是本發(fā)明基于風光電互補的前饋型的電壓跌落動態(tài)補償裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可見，一種基于風光電互補的前饋型的電壓跌落動態(tài)補償裝置，包括:控制器1、整流單元2、H橋逆變單元3、旁路開關(guān)4、風電直流電壓傳感器5、風電直流電流傳感器6、交流電壓互感器7、直流升壓單元8、光電直流電壓傳感器9、光電直流電流傳感器10、并網(wǎng)逆變器11。
[0039]所述的控制器I的整流控制端與所述的整流單元2的輸入控制端相連，所述的控制器I的H橋逆變控制端與所述的H橋逆變單元3的輸入控制端相連，所述的控制器I的直流升壓控制端與直流升壓單元8的輸入控制端相連，所述的控制器(I)的旁路開關(guān)控制端與所述的旁路開關(guān)4的控制端相連；所述的控制器I的風電直流電壓輸入端與所述風電直流電壓傳感器5的輸出端相連，所述的控制器I的風電直流電流輸入端與所述風電直流電流傳感器6的輸出端相連，所述的控制器I的交流電流輸入端與所述交流電壓互感器7的輸出端相連，所述的控制器I的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子角度輸入信號輸入端與同步發(fā)電機的測速碼盤輸出端相連，所述的控制器I的光電直流電壓輸入端與所述光電直流電壓傳感器9的輸出端相連，所述的控制器I的光電直流電流輸入端與所述光電直流電流傳感器10的輸出端相連，所述的控制器I的并網(wǎng)逆變控制端與所述的并網(wǎng)逆變器11相應的控制端相連；
[0040]所述的整流單元2的交流輸入端與風電同步發(fā)電機的輸出端相連，所述的整流單元2的直流輸出端與所述的直流升壓單元8的直流輸出端相連；
[0041]所述的整流單元2的直流輸出端與直流升壓單元8的直流輸出端相連后與所述的并網(wǎng)逆變器11的直流母線端、H橋逆變單元3的直流母線端相連；
[0042]所述的旁路開關(guān)4的兩端與所述H橋逆變單元3的交流輸出端相連，并串接在電網(wǎng)的輸電線中，分別與電網(wǎng)的供電端和負載端相連；[0043]所述的風電直流電壓傳感器5的輸入端與所述整流單元2的直流輸出端相連；
[0044]所述的風電直流電流傳感器6的輸入端串接于所述整流單元2的直流輸出端；
[0045]所述的交流電壓互感器7的輸入端與電網(wǎng)公共點電壓相連；
[0046]所述的直流升壓單元8的直流輸入端與光伏電池板的輸出端相連，所述的直流升壓單元8的直流輸出端與所述的光電直流電壓傳感器9的輸入端、所述的光電直流電流傳感器10的輸入端和所述的H橋逆變單元3的直流輸入端相連；
[0047]所述的并網(wǎng)逆變器11的直流母線端與所述H橋逆變單元3的直流母線端相連，其所述的并網(wǎng)逆變器11的交流輸出端與電網(wǎng)公共點電壓相并連。
[0048]具體實現(xiàn)如下:
[0049]所述的旁路開關(guān)4，其每相由一對反并聯(lián)晶閘管組成，其導通、關(guān)斷由控制器I控制，所述的控制器I控制整流單元2進行風能的最大功率跟蹤，將同步發(fā)電機輸出的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，所述的控制器I控制直流升壓單元8對太陽能進行最大功率跟蹤，將光伏發(fā)電輸出的直流電升高為直流電，該整流單元2的輸出端與直流升壓單元8的輸出端和所述的H橋逆變單元3與并網(wǎng)逆變器11的直流母線相連；該H橋逆變單元3的交流輸出端與所述的旁路開關(guān)4的兩端相連，所述旁路開關(guān)4串接在電網(wǎng)的輸電線中，分別與電網(wǎng)供電端和負載端相連，并網(wǎng)逆變器11的交流輸出端與電網(wǎng)相連；所述的控制器I的直流電壓輸入端分別與風電直流電壓傳感器5以及光電直流電壓傳感器9的輸出端相連，所述的控制器I的直流電流輸入端分別與風電直流電流傳感器6以及光電直流電流傳感器10的輸出端相連，通過直流電壓傳感器5、直流電流傳感器6分別測量整流單元2輸出的直流電壓、直流電流；通過直流電壓傳感器9、直流電流傳感器10分別測量直流升壓單元8輸出的直流電壓、直流電流；所述的控制器I的交流電壓輸入端與交流電壓互感器7輸出端相連，通過交流電壓互感器7測量電網(wǎng)交流供電電壓。
[0050]電網(wǎng)正常時，所述控制器I控制旁路開關(guān)4導通，控制H橋逆變單元3無輸出，通過控制并網(wǎng)逆變器11，使風電、光電通過并網(wǎng)逆變器11注入電網(wǎng)；電網(wǎng)電壓低于正常電壓的90%時，迅速關(guān)閉旁路開關(guān)4，且控制H橋逆變單元3進行串聯(lián)電壓補償，通過并網(wǎng)逆變器11，將多余的風電、光電注入電網(wǎng)，風電、光電不足時，通過電網(wǎng)向直流母線反饋功率，從而維持直流母線電壓的恒定。
[0051]圖4為串聯(lián)補償控制方法框圖，通過所測的直流電壓、直流電流，計算風電與光伏發(fā)電輸出的功率Pw與Ppv，進行風電與光伏發(fā)電最大功率跟蹤控制；通過檢測電網(wǎng)的交流電壓，判斷電網(wǎng)交流電壓是否正常，當發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)故障時，控制器I控制逆變單元3輸出相應的交流電壓變化量，控制并網(wǎng)逆變器11將風電、光電注入到電網(wǎng)。
[0052]具體步驟如下:
[0053]I)控制器I測量交流供電電壓Us、整流單元2輸出的直流電壓Uw與直流電流Iw、直流升壓單元8輸出的直流電壓Upv與直流電流Ipv、同步發(fā)電機轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子角度；
[0054]2)計算整流單元2輸出有功功率Pw =Pw=UwXIw ；
[0055]3)計算直流升壓單元8輸出有功功率Ppv =Ppv=UpvXIpv ；
[0056]4)控制整流單元2與直流升壓單元8進行風光的互補輸出:
[0057]風能最大功率跟蹤:判斷本次整流單元2輸出有功功率Pw是否大于上次輸出值，若是則繼續(xù)增大同步發(fā)電機轉(zhuǎn)速；否則，維持同步發(fā)電機轉(zhuǎn)速不變；[0058]太陽能最大功率跟蹤:判斷本次直流升壓單元8輸出有功功率Ppv是否大于上次輸出值，若是則繼續(xù)增大占空比；否則，維持占空比不變；
[0059]5)設Ustl為電網(wǎng)正常時交流供電電壓值:
[0060]若電網(wǎng)正常，即交流供電電壓Us等于或高于正常電壓Uso的90%時，則控制旁路開關(guān)4導通且控制H橋逆變單元3無輸出，使注入供電交流線路的電壓為零；控制并網(wǎng)逆變器11將風電、光電注入電網(wǎng)，反饋給電網(wǎng)；
[0061]若電網(wǎng)故障，即交流供電電壓Us低于正常電壓Uso的90%時，則控制旁路開關(guān)4關(guān)閉，控制所述的H橋逆變單元3使其輸出的電壓滿足=Uj= (Uso-Us)，多余的風電、光電通過控制并網(wǎng)逆變器11向電網(wǎng)注入功率，若風電、光電不夠，則通過并網(wǎng)逆變器11向其直流母線注入功率，從而維持直流母線電壓穩(wěn)定。
【權(quán)利要求】
1.一種基于風光電互補的前饋型的電壓跌落動態(tài)補償裝置，特征在于構(gòu)成包括:控制器(I)、整流單元(2)、H橋逆變單元(3)、旁路開關(guān)(4)、風電直流電壓傳感器(5)、風電直流電流傳感器(6)、交流電壓互感器(7)、直流升壓單元(8)、光電直流電壓傳感器(9)、光電直流電流傳感器(10)、并網(wǎng)逆變器(11)； 上述部件的連接關(guān)系如下: 所述的控制器(I)的整流控制端與所述的整流單元(2)的輸入控制端相連，所述的控制器(I)的H橋逆變控制端與所述的H橋逆變單元(3)的輸入控制端相連，所述的控制器(1)的直流升壓控制端與直流升壓單元(8)的輸入控制端相連，所述的控制器(I)的旁路開關(guān)控制端與所述的旁路開關(guān)(4)的控制端相連；所述的控制器(I)的風電直流電壓輸入端與所述風電直流電壓傳感器(5)的輸出端相連，所述的控制器(I)的風電直流電流輸入端與所述風電直流電流傳感器(6)的輸出端相連，所述的控制器(I)的交流電流輸入端與所述交流電壓互感器(7)的輸出端相連，所述的控制器(I)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子角度輸入信號輸入端與同步發(fā)電機的測速碼盤輸出端相連，所述的控制器(I)的光電直流電壓輸入端與所述光電直流電壓傳感器(9)的輸出端相連，所述的控制器(I)的光電直流電流輸入端與所述光電直流電流傳感器(10)的輸出端相連，所述的控制器(I)的并網(wǎng)逆變控制端與所述的并網(wǎng)逆變器(11)相應的控制端相連； 所述的整流單元(2)的交流輸入端與風電同步發(fā)電機的輸出端相連，所述的整流單元(2)的直流輸出端與所述的直流升壓單元(8)的直流輸出端相連； 所述的整流單元(2)的直流輸出端與直流升壓單元(8)的直流輸出端相連后與所述的并網(wǎng)逆變器(11)的直流母線端、H橋逆變單元(3)的直流母線端相連； 所述的旁路開關(guān)(4)的兩端與所述H橋逆變單元(3)的交流輸出端相連，并串接在電網(wǎng)的輸電線中，分別與電網(wǎng)的供電端和負載端相連； 所述的風電直流電壓傳感器(5)的輸入端與所述整流單元(2)的直流輸出端相連； 所述的風電直流電流傳感器(6)的輸入端串接于所述整流單元(2)的直流輸出端； 所述的交流電壓互感器(7)的輸入端與電網(wǎng)公共點電壓相連； 所述的直流升壓單元(8)的直流輸入端與光伏電池板的輸出端相連，所述的直流升壓單元(8)的直流輸出端與所述的光電直流電壓傳感器(9)的輸入端、所述的光電直流電流傳感器(10)的輸入端和所述的H橋逆變單元(3)的直流輸入端相連； 所述的并網(wǎng)逆變器(11)的直流母線端與所述H橋逆變單元(3)的直流母線端相連，其所述的并網(wǎng)逆變器(11)的交流輸出端與電網(wǎng)公共點電壓相并連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于風光電互補的前饋型的電壓跌落動態(tài)補償裝置，其特征在于，所述的控制器(I)由中央處理單元實現(xiàn)，其核心是數(shù)字信號處理器、單片機或計算機。
3.利用權(quán)利要求1所述的基于風光電互補的前饋型的電壓跌落動態(tài)補償裝置進行動態(tài)補償?shù)姆椒?，其特征在于，該方法包括下列具體步驟: 1)控制器(I)測量交流供電電壓Us、整流單元(2)輸出的直流電壓Uw與直流電流Iw、直流升壓單元(8)輸出的直流電壓Upv與直流電流Ipv、同步發(fā)電機轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子角度； 2)計算整流單元(2)輸出有功功率Pw=Pw=UwXIw ； 3)計算直流升壓單元(8)輸出有功功率Ppv=Ppv=UpvXIpv ； 4)控制整流單元(2)與直流升壓單元(8)進行風光的互補輸出:風能最大功率跟蹤:判斷本次整流單元(2)輸出有功功率Pw是否大于上次輸出值，若是則繼續(xù)增大同步發(fā)電機轉(zhuǎn)速；否則，維持同步發(fā)電機轉(zhuǎn)速不變； 太陽能最大功率跟蹤:判斷本次直流升壓單元(8)輸出有功功率Ppv是否大于上次輸出值，若是則繼續(xù)增大占空比；否則，維持占空比不變； 5)設Ustl為電網(wǎng)正常時交流供電電壓值: 若電網(wǎng)正常，即交流供電電壓Us等于或高于正常電壓Uso的90%時，則控制旁路開關(guān)(4)導通且控制H橋逆變單元(3)無輸出，使注入供電交流線路的電壓為零；控制并網(wǎng)逆變器(11)將風電、光電注入電網(wǎng)，反饋給電網(wǎng)； 若電網(wǎng)故障，即交流供電電壓Us低于正常電壓Ustl的90%時，則控制旁路開關(guān)(4)關(guān)閉，控制所述的H橋逆變單元(3)使其輸出的電壓滿足=Uj=(Ustl-Us)，多余的風電、光電通過控制并網(wǎng)逆變器(11)向電網(wǎng)注入功率，若風電、光電不夠，則通過并網(wǎng)逆變器(11)向其直流母線注入功率，從而維持直流母線電壓穩(wěn)定。
【文檔編號】H02J3/38GK103812113SQ201410065312
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月26日
【發(fā)明者】李國杰, 江秀臣, 汪可友, 馮琳, 韓蓓, 杭麗君 申請人:上海交通大學