本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體是一種基于含雙向功率管的可控變壓器風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)目刂品椒ā?br>背景技術(shù)：
：近年來，隨著風(fēng)電等新能源的大量接入和不斷滲透，大型電力網(wǎng)絡(luò)的不斷互連，電力系統(tǒng)日趨復(fù)雜，電網(wǎng)運(yùn)行遇到了前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。電網(wǎng)運(yùn)行的靈活性、潮流可控性以及電網(wǎng)穩(wěn)定性顯得日益重要，構(gòu)建智能電網(wǎng)已成為電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢。在一個結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜的電網(wǎng)中，能夠動態(tài)控制線路潮流成為電力系統(tǒng)可靠性的重要保證。同時，由于電力系統(tǒng)投資的長周期和高成本，如何更好的利用現(xiàn)有設(shè)備顯得非常重要。隨著電力負(fù)荷的不斷增加，電力供應(yīng)缺口和人們對電力需求增長之間的矛盾不斷增大，新能源發(fā)電的大量并網(wǎng)是未來電力供應(yīng)的基本格局，也是智能電網(wǎng)的基本要求，如何提高現(xiàn)有電力系統(tǒng)對新能源的接納能力以及如何保證接入后系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性成為當(dāng)今的熱點(diǎn)話題。隨著風(fēng)電裝機(jī)容量的不斷增加，風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)成為很多國家的重要發(fā)電方式。而風(fēng)力發(fā)電由于對氣象條件的依賴性高，和風(fēng)資源的波動性大的特點(diǎn)，使得其輸出電能波動性較大，常需增加無功補(bǔ)償?shù)仍O(shè)備平抑風(fēng)功率及端電壓波動，其對電力系統(tǒng)的影響也不容忽視，風(fēng)電場必須解決風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性及風(fēng)功率波動等問題。靜止無功補(bǔ)償器(SVC)能通過改變電抗來調(diào)節(jié)其輸出無功功率，但該設(shè)備無法對有功功率進(jìn)行調(diào)節(jié)；靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM)通過開關(guān)器件的通斷來調(diào)節(jié)輸出無功功率，并且能在一定范圍內(nèi)提供有功功率，但是其控制復(fù)雜且成本較高；統(tǒng)一潮流控制器(UnitedPowerFlowControl,UPFC)、靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器(StaticSynchronousSeriesCompensator,SSSC)和電力電子變壓器(PowerElectronicTransformer,PET)能夠較大范圍的調(diào)節(jié)輸出有功功率和無功功率，但是由于采用全功率型電力電子器件，控制復(fù)雜，成本高昂，限制了其應(yīng)用。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于含雙向功率管的可控變壓器風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)目刂品椒?，?dāng)風(fēng)電場無功不足時，通過傳感器測得風(fēng)電場PCC并網(wǎng)點(diǎn)電壓、電流，根據(jù)電網(wǎng)及風(fēng)電場運(yùn)行狀態(tài)，利用可控變壓器，通過快速的電力電子開關(guān)對變壓器分接頭輸出電壓幅值和相角進(jìn)行動態(tài)控制，從而動態(tài)調(diào)節(jié)其輸出的有功功率和無功功率，對風(fēng)電場進(jìn)行無功補(bǔ)償，穩(wěn)定風(fēng)電場PCC并網(wǎng)點(diǎn)電壓。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種基于含雙向功率管的可控變壓器風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)目刂品椒ǎ涮攸c(diǎn)在于該方法包括下列具體步驟：步驟①、測量與控制模塊對控制進(jìn)行初始化，接收上位機(jī)給定的電壓給定值V0和有功功率的給定值P0；可控變壓器分接頭變比N；ω0為50或60Hz所對應(yīng)的角頻率；第一PI控制模塊控制系數(shù)kp1和ki1，1≤kp1≤100,1≤ki1≤100，初設(shè)值均為10，由操作員按風(fēng)電場運(yùn)行狀況設(shè)定，無功補(bǔ)償功率越大，系數(shù)取值越大，額定功率時取其最大值100；第二PI控制模塊控制系數(shù)kp2和ki2，1≤kp2≤100,1≤ki2≤100，初設(shè)值均為10，由操作員按風(fēng)電場運(yùn)行狀況設(shè)定，有功功率越大，系數(shù)取值越大，額定功率時取其最大值100；步驟②、測量與控制模塊接收輸入電壓互感器、輸出電壓互感器和輸出電流互感器分別輸入的輸入電壓Vin、輸出電壓Vout、輸出電流Iout，輸出電壓與輸出電流的夾角為β，設(shè)輸入電壓Vin的幅值為|Vin|，輸出電壓Vout的幅值為|Vout|，輸出電流Iout的幅值為|Iout|，輸出電壓基波的初始幅值為V1out，遠(yuǎn)方電網(wǎng)電壓V電網(wǎng)2的信息和輸電線路電抗值L，遠(yuǎn)方電網(wǎng)電壓V電網(wǎng)2的幅值為V2，相角為α；按下列公式計(jì)算實(shí)測的有功功率P：P=12VoutIoutcosβ]]>根據(jù)有功功率P0，計(jì)算可控變壓器的輸出電壓初始相角θ0P0=V2Voutω0Lsin(α-θ0)]]>按照風(fēng)電場運(yùn)行狀況，進(jìn)行無功功率補(bǔ)償和有功功率調(diào)節(jié)；通過改變可控變壓器分接頭開關(guān)的調(diào)制信號，調(diào)節(jié)其輸出的有功功率和無功功率；步驟③、根據(jù)有功功率P0及實(shí)測有功功率P，依據(jù)下式計(jì)算可控變壓器輸出電壓相角θ：步驟31.通過第一比較模塊按下式計(jì)算第一PI控制模塊的輸入值μS1：μS1＝P0-P，其中P為第一比較模塊輸入的有功功率值；步驟32.第一PI控制模塊在接收到所述第一比較模塊的輸出后進(jìn)行控制運(yùn)算，輸出相應(yīng)的控制量μC1，計(jì)算公式如下：μC1＝kp1μS1+ki1∫μS1dt，其中，kp1和ki1是第一PI控制模塊的控制系數(shù)；步驟33.通過第一加法模塊按以下公式計(jì)算可控變壓器輸出電壓基波的相角θ：θ＝θ0+μC1；步驟④、根據(jù)電壓給定值V0及實(shí)測輸出電壓Vout，依據(jù)下式，計(jì)算可控變壓器的輸出電壓幅值Vout1：步驟41.通過第二比較模塊按下式計(jì)算第二PI控制模塊的輸入值μS2：μS2＝V0-Vout，其中Vout為第一比較模塊輸入的電壓；步驟42.第二PI控制模塊在接收到所述第二比較模塊的輸出后進(jìn)行控制運(yùn)算，輸出相應(yīng)的控制量μC2，計(jì)算公式如下：μC2＝kp2μS2+ki2∫μS2dt，其中，kp2和ki2是第二PI控制模塊的控制系數(shù)；步驟43.通過第二加法模塊按以下公式計(jì)算可控變壓器輸出電壓基波的幅值Vout1，Vout1=Vout1+μC2]]>步驟⑤、通過公式計(jì)算得到調(diào)制系數(shù)：將上述計(jì)算得到的可控變壓器輸出電壓基波的相角θ和幅值Vout1代入下述公式，求得Voutref及可控變壓器控制參數(shù)：Voutref=Vout1sin(ω0t-θ)=(Vin*[(1+N)D1+(1-N)(1-D1)-N2]2+(3ND2-32N)2)*sin(ω0t-θ)]]>θ=arctan(3ND2-32N[(1+N)D1+(1-N)(1-D1)])]]>設(shè)K1為雙向功率管Sa1和Sa3開關(guān)信號，K2為雙向功率管Sa2和Sa4開關(guān)信號，此控制信號有兩種工作狀態(tài)：(1)當(dāng)電壓相角θ取“+”時，K1＝1，K2＝0，雙向功率管Sa1和Sa3導(dǎo)通，雙向功率管Sa2和Sa4關(guān)斷，兩相繞組正向?qū)ǎ?2)當(dāng)電壓相角θ取“-”時，K1＝0，K2＝1，雙向功率管Sa1和Sa3關(guān)斷，雙向功率管Sa2和Sa4導(dǎo)通，兩相繞組反向?qū)?；于是可得到絕緣柵雙極型晶體管的脈寬調(diào)制信號中的功率單元9占空比控制信號D1和功率單元10占空比控制信號D2；步驟⑥、根據(jù)脈寬調(diào)制占空比D1和D2，向絕緣柵雙極型晶體管脈寬調(diào)制信號控制絕緣柵雙極型晶體管的導(dǎo)通；步驟⑦重復(fù)步驟②至步驟⑥，根據(jù)所獲得的脈寬調(diào)制占空比D1和D2，通過控制絕緣柵雙極型晶體管的導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)對風(fēng)電場的無功補(bǔ)償。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：1)利用電力系統(tǒng)現(xiàn)有元件，利用有載調(diào)壓變壓器加裝小功率電力電子器件構(gòu)成，成本較低；2)能夠?qū)﹄娋W(wǎng)有功功率和無功功率進(jìn)行分立控制，并且具有較大的調(diào)節(jié)范圍；3)方法靈活度大，實(shí)現(xiàn)簡單，對硬件要求低；4)具有快速瞬時調(diào)節(jié)功能，響應(yīng)時間非常短。附圖說明圖1基于可控變壓器的風(fēng)電場無功補(bǔ)償?shù)脑韴D；圖2可控變壓器單相結(jié)構(gòu)圖。圖3基于可控變壓器的風(fēng)電場無功補(bǔ)償方法的控制規(guī)律圖；圖4基于可控變壓器的風(fēng)電場無功補(bǔ)償方法的控制流程圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。圖1為基于可控變壓器的風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)原理圖，它包括電網(wǎng)1，輸入和輸出電壓傳感器2和3，輸出電流傳感器4，可控變壓器5，風(fēng)電場6和測量與控制模塊7。所述的電網(wǎng)1為遠(yuǎn)方電網(wǎng)，與可控變壓器5副邊相連。所述的輸入電壓互感器2的一側(cè)與可控變壓器5原邊相連，電壓信號輸出端與所述的測量與控制模塊7的電壓信號輸入端口相連；所述的輸出電壓互感器3的一側(cè)與可控變壓器5副邊相連，電壓信號輸出端與所述的測量與控制模塊7的電壓信號輸入端口相連；所述的輸出電流互感器4的一側(cè)與可控變壓器5副邊相連，電流信號輸出端與所述的測量與控制模塊7的電壓信號輸入端口相連；所述的可控變壓器5由多分頭變壓器8，功率單元9和10，交叉相串入模塊11，濾波電容12和13構(gòu)成。所述的多分頭變壓器8的副邊包含主接頭“1”和正分接頭“1+N”負(fù)分接頭“1-N”；所述的功率單元9由第一組功率管(S1)、第二組功率管(S2)、濾波電感(Lf1)和濾波電容(Cf1)組成，該功率單元9所述的第一組功率管(S1)和第二組功率管(S2)均由2個絕緣柵雙極型晶體管反向串聯(lián)構(gòu)成，所述的第一組功率管(S1)的一端與所述的多分頭變壓器8副邊的正分接頭“1+N”相連，第二組功率管(S2)的一端與所述的多分頭變壓器8副邊的負(fù)分接頭“1-N”相連，所述的第一組功率管(S1)和第二組功率管(S2)的另一端與所述的濾波電感(Lf1)的輸入端相連，該濾波電感(Lf1)的另一端與所述的交叉相串入模塊11的輸入端相連，所述的濾波電容(Cf1)接在所述的多分頭變壓器8副邊的正分接頭“1+N”和負(fù)分接頭“1-N”之間，所述的第一組功率管(S1)和第二組功率管(S2)的控制端與所述的測量與控制模塊7的相應(yīng)控制端相連；所述的功率單元10由第三組功率管(S3)、第四組功率管(S4)、濾波電感(Lf2)和濾波電容(Cf2)組成，該功率單元10所述的第三組功率管(S3)和第四組功率管(S4)均由2個絕緣柵雙極型晶體管反向串聯(lián)構(gòu)成，所述的第三組功率管(S3)的一端與所述的交叉相串入模塊11的輸出端一端相連，第四組功率管(S4)的一端與所述的交叉相串入模塊11的輸出端另一端相連，所述的第三組功率管(S3)和第四組功率管(S4)的另一端與所述的濾波電感(Lf2)的一端相連，該濾波電感(Lf2)的另一端與所述的多分頭變壓器8的輸出端相連，所述的濾波電容(Cf2)接在所述的交叉相串入模塊11的輸出端之間，所述的第三組功率管(S3)和第四組功率管(S4)的控制端與所述的測量與控制模塊7的相應(yīng)控制端相連；所述的交叉相串入模塊11由另外兩相所述的交叉相繞組即多分頭變壓器8的副邊正分接頭14、負(fù)分接頭15組成的繞組和和四組雙向功率管組成；以A相為例，所述的交叉相串入模塊11由C相串入的NVcin繞組、B相串入的NVbin繞組和四個雙向功率管組成，該交叉相轉(zhuǎn)換模塊11的雙向功率管(Sa1)一端與所述的濾波電感(Lf1)的另一端相連，另一端與所述的C相NVcin繞組負(fù)分接頭15相連，C相NVcin繞組正分接頭與所述的B相NVbin繞組負(fù)分接頭相連，B相NVbin繞組正分接頭與所述的雙向功率管(Sa3)的一端相連，所述的雙向功率管(Sa3)的另一端與功率單元10的功率管S3對應(yīng)的輸入端相連；所述的雙向功率管(Sa2)的一端與所述的雙向功率管(Sa1)一端相連，另一端與所述的雙向功率管(Sa3)的一端相連；所述的雙向功率管(Sa4)的一端與所述的雙向功率管(Sa1)另一端相連，另一端與所述的雙向功率管(Sa3)的另一端相連；所述的濾波電容12一端和所述的多分頭變壓器8的副邊包含主接頭“1”連接，另一端和所述的濾波電感(Lf1)連接；所述的濾波電容13一端和所述的濾波電感(Lf1)連接，另一端和所述的濾波電感(Lf2)連接；所述的可控變壓器5的副邊與所述的遠(yuǎn)方電網(wǎng)1相連；所述的風(fēng)電場6出口端與所述的可控變壓器5的原邊相連。所述的測量與控制模塊7是數(shù)字信號處理器、單片機(jī)或計(jì)算機(jī)。測量與控制模塊7的控制信號輸出端分別與所述的電壓傳感器2、3和電流傳感器4的輸出端相連，該測量與控制模塊的輸入端與上位機(jī)相連。所述的可控變壓器5的功率開關(guān)管的控制信號由測量與控制模塊7提供。一種基于含雙向功率管的可控變壓器風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)目刂品椒?，包括下列具體步驟：步驟①、測量與控制模7塊對控制進(jìn)行初始化，接收上位機(jī)給定的電壓給定值V0和有功功率的給定值P0；可控變壓器分接頭變比N；ω0為50或60Hz所對應(yīng)的角頻率；第一PI控制模塊控制系數(shù)kp1和ki1，1≤kp1≤100,1≤ki1≤100，初設(shè)值均為10，由操作員按風(fēng)電場運(yùn)行狀況設(shè)定，無功補(bǔ)償功率越大，系數(shù)取值越大，額定功率時取其最大值100；第二PI控制模塊控制系數(shù)kp2和ki2，1≤kp2≤100,1≤ki2≤100，初設(shè)值均為10，由操作員按風(fēng)電場運(yùn)行狀況設(shè)定，有功功率越大，系數(shù)取值越大，額定功率時取其最大值100；步驟②、測量與控制模塊7接收輸入電壓互感器、輸出電壓互感器和輸出電流互感器分別輸入的輸入電壓Vin、輸出電壓Vout、輸出電流Iout，輸出電壓與輸出電流的夾角為β，設(shè)輸入電壓Vin的幅值為|Vin|，輸出電壓Vout的幅值為|Vout|，輸出電流Iout的幅值為|Iout|，輸出電壓基波的初始幅值為V1out，遠(yuǎn)方電網(wǎng)電壓V電網(wǎng)2的信息和輸電線路電抗值L，電網(wǎng)電壓V電網(wǎng)2的幅值為V2，相角為α；按下列公式計(jì)算實(shí)測的有功功率P：P=12VoutIoutcosβ]]>根據(jù)有功功率P0，計(jì)算可控變壓器的輸出電壓初始相角θ0P0=V2Voutω0Lsin(α-θ0)]]>按照風(fēng)電場運(yùn)行狀況，進(jìn)行無功功率補(bǔ)償和有功功率調(diào)節(jié)；通過改變可控變壓器分接頭開關(guān)的調(diào)制信號，調(diào)節(jié)其輸出的有功功率和無功功率；步驟③、根據(jù)有功功率P0及實(shí)測有功功率P，依據(jù)下式計(jì)算可控變壓器輸出電壓相角θ：步驟31.通過第一比較模塊按下式計(jì)算第一PI控制模塊的輸入值μS1：μS1＝P0-P，其中P為第一比較模塊輸入的有功功率值；步驟32.第一PI控制模塊在接收到所述第一比較模塊的輸出后進(jìn)行控制運(yùn)算，輸出相應(yīng)的控制量μC1，計(jì)算公式如下：μC1＝kp1μS1+ki1∫μS1dt，其中，kp1和ki1是第一PI控制模塊的控制系數(shù)；步驟33.通過第一加法模塊按以下公式計(jì)算可控變壓器輸出電壓基波的相角θ：θ＝θ0+μC1；步驟④、根據(jù)電壓給定值V0及實(shí)測輸出電壓Vout，依據(jù)下式，計(jì)算可控變壓器的輸出電壓幅值Vout1：步驟41.通過第二比較模塊按下式計(jì)算第二PI控制模塊的輸入值μS2：μS2＝V0-Vout，其中Vout為第一比較模塊輸入的電壓；步驟42.第二PI控制模塊在接收到所述第二比較模塊的輸出后進(jìn)行控制運(yùn)算，輸出相應(yīng)的控制量μC2，計(jì)算公式如下：μC2＝kp2μS2+ki2∫μS2dt，其中，kp2和ki2是第二PI控制模塊的控制系數(shù)；步驟43.通過第二加法模塊按以下公式計(jì)算可控變壓器輸出電壓基波的幅值Vout1，Vout1=Vout1+μC2]]>步驟⑤、通過公式計(jì)算得到調(diào)制系數(shù)：將上述計(jì)算得到的可控變壓器輸出電壓基波的相角θ和幅值Vout1代入下述公式，求得Voutref及可控變壓器控制參數(shù)：Voutref=Vout1sin(ω0t-θ)=(Vin*[(1+N)D1+(1-N)(1-D1)-N2]2+(3ND2-32N)2)*sin(ω0t-θ)]]>θ=arctan(3ND2-32N[(1+N)D1+(1-N)(1-D1)])]]>設(shè)K1為雙向功率管Sa1和Sa3開關(guān)信號，K2為雙向功率管Sa2和Sa4開關(guān)信號，此控制信號有兩種工作狀態(tài)：(1)當(dāng)電壓相角θ取“+”時，K1＝1，K2＝0，雙向功率管Sa1和Sa3導(dǎo)通，雙向功率管Sa2和Sa4關(guān)斷，兩相繞組正向?qū)ǎ?2)當(dāng)電壓相角θ取“-”時，K1＝0，K2＝1，雙向功率管Sa1和Sa3關(guān)斷，雙向功率管Sa2和Sa4導(dǎo)通，兩相繞組反向?qū)ǎ挥谑强傻玫浇^緣柵雙極型晶體管的脈寬調(diào)制信號中的功率單元9占空比控制信號D1和功率單元10占空比控制信號D2；步驟⑥、根據(jù)脈寬調(diào)制占空比D1和D2，向絕緣柵雙極型晶體管脈寬調(diào)制信號控制絕緣柵雙極型晶體管的導(dǎo)通；步驟⑦重復(fù)步驟②至步驟⑥，根據(jù)所獲得的脈寬調(diào)制占空比D1和D2，通過控制絕緣柵雙極型晶體管的導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)對風(fēng)電場的無功補(bǔ)償。當(dāng)前第1頁1 2 3