一種微網(wǎng)穩(wěn)壓裝置及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明屬于微網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)壓技術(shù)領(lǐng)域，具體一種設(shè)及微網(wǎng)穩(wěn)壓裝置及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[000引隨著能源危機(jī)的加深，利用新能源發(fā)電代替?zhèn)鹘y(tǒng)的發(fā)電已經(jīng)是全世界研究的重 點(diǎn)。我國對于采用新能源如太陽能、風(fēng)能等清潔能源作為發(fā)電源尤為重視，提出了一系列針 對新能源發(fā)電的經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略。新能源發(fā)電因?yàn)槠渥匀毁Y源的不確定性使得電網(wǎng)電壓波動 較大，降低了其可靠性，如果電網(wǎng)電壓波動嚴(yán)重甚至?xí)斐芍卮髶p失。因此，如何對微網(wǎng)系 統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)壓具有廣闊的前景。
[0003] 風(fēng)力、光伏發(fā)電等分布式發(fā)電系統(tǒng)，在并網(wǎng)時(shí)需要對電網(wǎng)側(cè)進(jìn)行管理提高電網(wǎng)側(cè) 對新能源發(fā)電的適應(yīng)性，同時(shí)大規(guī)?？稍偕茉葱枰捎脙δ茉O(shè)備平滑抑制功率和能量波 動、無功電壓支撐、儲能及無功協(xié)調(diào)控制、有功/無功協(xié)調(diào)控制，同時(shí)還要適應(yīng)系統(tǒng)的特殊 運(yùn)行工況，例如轉(zhuǎn)動慣量低、間歇能源波動突出、負(fù)荷變化劇烈、環(huán)保要求更嚴(yán)格等。
[0004] 目前微網(wǎng)中穩(wěn)壓方式一種在分布式發(fā)電接入點(diǎn)附近配置一定容量的儲能，通過逆 變裝置接入微電網(wǎng)，一種是儲能通過DC/DC接入分布式發(fā)電的直流側(cè)，穩(wěn)定直流電壓后通 過DC/AC后接電網(wǎng)，還有一種將儲能接入背靠背形式的微網(wǎng)穩(wěn)壓控制策略。W上S種是常 見的穩(wěn)壓方式，其穩(wěn)壓方式需要用到較多的功率管，且儲能系統(tǒng)容量較大，整體控制比較復(fù) 雜，成本高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種精確控制投切量、降低系統(tǒng)復(fù)雜度、提高穩(wěn) 定性及可靠性、提高控制效率、降低成本的微網(wǎng)穩(wěn)壓裝置及其控制方法。
[0006] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題：
[0007] 一種微網(wǎng)穩(wěn)壓裝置，包括風(fēng)力發(fā)電電源模塊、光伏發(fā)電電源模塊、電容組模塊、單 相異步電動機(jī)組模塊和PLC控制器模塊；
[000引風(fēng)力發(fā)電電源模塊的電源輸出端與光伏發(fā)電電源模塊的電源輸出端相連構(gòu)成公 共禪合點(diǎn)，電容組模塊、單相異步電動機(jī)組模塊分別連接公共禪合點(diǎn)；
[0009] PLC控制器模塊分別監(jiān)測微網(wǎng)電壓、風(fēng)力發(fā)電電源模塊的發(fā)電電壓和光伏發(fā)電電 源模塊的發(fā)電電壓，并根據(jù)監(jiān)測到的信號計(jì)算微網(wǎng)所需補(bǔ)償?shù)娜萘浚a(chǎn)生邏輯信號控制電 容組模塊或單相異步電動機(jī)組模塊按微網(wǎng)所需補(bǔ)償?shù)娜萘垦a(bǔ)償微網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓控制。
[0010] 所述風(fēng)力發(fā)電電源模塊包括：風(fēng)力機(jī)連接異步發(fā)電機(jī)，異步發(fā)電機(jī)連接公共禪合 點(diǎn)，異步發(fā)電機(jī)還連接勵(lì)磁電容。
[0011] 所述光伏發(fā)電電源模塊包括：光伏板經(jīng)過DC/AC整流單元后連接公共禪合點(diǎn)。
[0012] 所述電容組模塊包括：電容組分別經(jīng)過第一開關(guān)組連接公共禪合點(diǎn)，第一開關(guān)組 的控制端連接PLC控制器模塊。
[0013] 所述單相異步電動機(jī)組模塊包括；單相異步電動機(jī)組分別經(jīng)過第二開關(guān)組連接公 共禪合點(diǎn)，第二開關(guān)組的控制端連接PLC控制器模塊。
[0014] 所述PLC控制器模塊包括；信號采集電路、邏輯開關(guān)電路、第一PI調(diào)節(jié)器和第二 PI調(diào)節(jié)器；信號采集電路分別采集微網(wǎng)電壓、風(fēng)力發(fā)電電源模塊的發(fā)電電壓和光伏發(fā)電電 源模塊的發(fā)電電壓，微網(wǎng)電壓經(jīng)第一PI調(diào)節(jié)器處理，再經(jīng)計(jì)算處理輸出微網(wǎng)所需補(bǔ)償?shù)娜?量；邏輯開關(guān)電路根據(jù)輸入的風(fēng)力發(fā)電電源模塊的發(fā)電電壓和光伏發(fā)電電源模塊的發(fā)電電 壓進(jìn)行判斷，輸出邏輯信號選擇投切電容組或投切單相異步電動機(jī)組，按微網(wǎng)所需補(bǔ)償?shù)?容量補(bǔ)償微網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓控制；第二PI調(diào)節(jié)器采用功率內(nèi)環(huán)控制輸出微網(wǎng)電壓，反饋到第 一PI控制器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。
[0015] 一種微網(wǎng)穩(wěn)壓裝置的控制方法，微網(wǎng)為S相電網(wǎng)，任一相的控制方法包括W下步 驟：
[0016] (1)參數(shù)設(shè)置：在PLC控制器模塊中分別設(shè)置電容組模塊相應(yīng)參數(shù)、單相異步電動 機(jī)組模塊相應(yīng)參數(shù)、微網(wǎng)參考電壓W及PLC控制器模塊的通訊協(xié)議；
[0017] (2)模擬信號采集調(diào)理；信號采集電路分別實(shí)時(shí)采集微網(wǎng)電壓、風(fēng)力發(fā)電電源模 塊的發(fā)電電壓和光伏發(fā)電電源模塊的發(fā)電電壓，并分別依次進(jìn)行隔離放大、反向求和、反向 放大運(yùn)算后輸出到PLC控制器模塊；
[001引 （3)數(shù)字信號處理；PLC控制器模塊將步驟（2)所采集的各模擬信號分別進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后獲得對應(yīng)的數(shù)字信號；
[0019] (4)控制參數(shù)選擇：選擇微網(wǎng)的無功需求量和母線電壓作為控制參數(shù)實(shí)現(xiàn)自動投 切；
[0020] (5)控制投切過程：微網(wǎng)電壓與設(shè)定微網(wǎng)電壓經(jīng)比較后輸入第一PI控制器，再經(jīng) 計(jì)算處理輸出微網(wǎng)所需補(bǔ)償?shù)娜萘浚壿嬮_關(guān)電路根據(jù)輸入的風(fēng)力發(fā)電電源模塊的發(fā)電電 壓和光伏發(fā)電電源模塊的發(fā)電電壓進(jìn)行判斷，輸出邏輯信號選擇投切電容組或投切單相異 步電動機(jī)組，按微網(wǎng)所需補(bǔ)償?shù)娜萘垦a(bǔ)償微網(wǎng)。
[0021] 所述投切電容組或投切單相異步電動機(jī)組的判斷選擇方法為：
[00巧 當(dāng)扣肝+Upv)-Uref< 0，選擇投切電容組；
[002引當(dāng)扣"+Upv)-Uref> 0,選擇投切單相異步電動機(jī)組；
[0024] 其中，U"為風(fēng)力發(fā)電電源模塊的發(fā)電電壓，Upv為光伏發(fā)電電源模塊的發(fā)電電壓， Urw為微網(wǎng)參考電壓。
[0025] 所述微網(wǎng)所需補(bǔ)償?shù)娜萘康挠?jì)算方法為：
[0026] 所述微網(wǎng)所需補(bǔ)償?shù)娜萘堪聪率接?jì)算：
[0027]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種微網(wǎng)穩(wěn)壓裝置，其特征在于，包括風(fēng)力發(fā)電電源模塊、光伏發(fā)電電源模塊、電容 組模塊、單相異步電動機(jī)組模塊和PLC控制器模塊； 風(fēng)力發(fā)電電源模塊的電源輸出端與光伏發(fā)電電源模塊的電源輸出端相連構(gòu)成公共耦 合點(diǎn)，電容組模塊、單相異步電動機(jī)組模塊分別連接公共耦合點(diǎn)； PLC控制器模塊分別監(jiān)測微網(wǎng)電壓、風(fēng)力發(fā)電電源模塊的發(fā)電電壓和光伏發(fā)電電源模 塊的發(fā)電電壓，并根據(jù)監(jiān)測到的信號計(jì)算微網(wǎng)所需補(bǔ)償?shù)娜萘浚a(chǎn)生邏輯信號控制電容組 模塊或單相異步電動機(jī)組模塊按微網(wǎng)所需補(bǔ)償?shù)娜萘垦a(bǔ)償微網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓控制。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種微網(wǎng)穩(wěn)壓裝置，其特征在于，所述風(fēng)力發(fā)電電源模塊包括： 風(fēng)力機(jī)連接異步發(fā)電機(jī)，異步發(fā)電機(jī)連接公共親合點(diǎn)，異步發(fā)電機(jī)還連接勵(lì)磁電容。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種微網(wǎng)穩(wěn)壓裝置，其特征在于，所述光伏發(fā)電電源模塊包括： 光伏板經(jīng)過DC/AC整流單元后連接公共耦合點(diǎn)。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種微網(wǎng)穩(wěn)壓裝置，其特征在于，所述電容組模塊包括：電容組 分別經(jīng)過第一開關(guān)組連接公共耦合點(diǎn)，第一開關(guān)組的控制端連接PLC控制器模塊。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種微網(wǎng)穩(wěn)壓裝置，其特征在于，所述單相異步電動機(jī)組模塊 包括：單相異步電動機(jī)組分別經(jīng)過第二開關(guān)組連接公共耦合點(diǎn)，第二開關(guān)組的控制端連接 PLC控制器模塊。
6. 如權(quán)利要求1至5之一所述的一種微網(wǎng)穩(wěn)壓裝置，其特征在于，所述PLC控制器模塊 包括：信號采集電路、邏輯開關(guān)電路、第一 PI調(diào)節(jié)器和第二PI調(diào)節(jié)器；信號采集電路分別 采集微網(wǎng)電壓、風(fēng)力發(fā)電電源模塊的發(fā)電電壓和光伏發(fā)電電源模塊的發(fā)電電壓，微網(wǎng)電壓 經(jīng)第一 PI調(diào)節(jié)器處理，再經(jīng)計(jì)算處理輸出微網(wǎng)所需補(bǔ)償?shù)娜萘?；邏輯開關(guān)電路根據(jù)輸入的 風(fēng)力發(fā)電電源模塊的發(fā)電電壓和光伏發(fā)電電源模塊的發(fā)電電壓進(jìn)行判斷，輸出邏輯信號選 擇投切電容組或投切單相異步電動機(jī)組，按微網(wǎng)所需補(bǔ)償?shù)娜萘垦a(bǔ)償微網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓控制； 第二PI調(diào)節(jié)器采用功率內(nèi)環(huán)控制輸出微網(wǎng)電壓，反饋到第一 PI控制器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。
7. 如權(quán)利要求6所述的一種微網(wǎng)穩(wěn)壓裝置的控制方法，其特征在于，微網(wǎng)為三相電網(wǎng)， 任一相的控制方法包括以下步驟： (1) 參數(shù)設(shè)置：在PLC控制器模塊中分別設(shè)置電容組模塊相應(yīng)參數(shù)、單相異步電動機(jī)組 模塊相應(yīng)參數(shù)、微網(wǎng)參考電壓以及PLC控制器模塊的通訊協(xié)議； (2) 模擬信號采集調(diào)理：信號采集電路分別實(shí)時(shí)采集微網(wǎng)電壓、風(fēng)力發(fā)電電源模塊的 發(fā)電電壓和光伏發(fā)電電源模塊的發(fā)電電壓，并分別依次進(jìn)行隔離放大、反向求和、反向放大 運(yùn)算后輸出到PLC控制器模塊； (3) 數(shù)字信號處理：PLC控制器模塊將步驟（2)所采集的各模擬信號分別進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換 后獲得對應(yīng)的數(shù)字信號； (4) 控制參數(shù)選擇：選擇微網(wǎng)的無功需求量和母線電壓作為控制參數(shù)實(shí)現(xiàn)自動投切； (5) 控制投切過程：微網(wǎng)電壓與設(shè)定微網(wǎng)電壓經(jīng)比較后輸入第一 PI控制器，再經(jīng)計(jì)算 處理輸出微網(wǎng)所需補(bǔ)償?shù)娜萘?，邏輯開關(guān)電路根據(jù)輸入的風(fēng)力發(fā)電電源模塊的發(fā)電電壓和 光伏發(fā)電電源模塊的發(fā)電電壓進(jìn)行判斷，輸出邏輯信號選擇投切電容組或投切單相異步電 動機(jī)組，按微網(wǎng)所需補(bǔ)償?shù)娜萘垦a(bǔ)償微網(wǎng)。
8. 如權(quán)利要求7所述的一種微網(wǎng)穩(wěn)壓裝置的控制方法，其特征在于，所述投切電容組 或投切單相異步電動機(jī)組的判斷選擇方法為： 當(dāng)（uWT+uPV)-uMf< 0,選擇投切電容組； 當(dāng)（uWT+uPV)-uMf> 0,選擇投切單相異步電動機(jī)組； 其中，Uwt為風(fēng)力發(fā)電電源模塊的發(fā)電電壓，U PV為光伏發(fā)電電源模塊的發(fā)電電壓，U 為 微網(wǎng)參考電壓。
9.如權(quán)利要求7所述的一種微網(wǎng)穩(wěn)壓裝置的控制方法，其特征在于，所述微網(wǎng)所需補(bǔ) 償?shù)娜萘康挠?jì)算方法為： 所述微網(wǎng)所需補(bǔ)償?shù)娜萘堪聪率接?jì)算：
其中，Qref為微網(wǎng)所需補(bǔ)償?shù)娜萘?，AU = UMf-(UWT+UPV)，Uref為微網(wǎng)參考電壓，Uwt為風(fēng) 力發(fā)電電源模塊的發(fā)電電壓，Upv為光伏發(fā)電電源模塊的發(fā)電電壓，I為負(fù)荷電流大小，0為 電流滯后電壓的角度，cos 0為功率因數(shù)； 根據(jù)微網(wǎng)所需補(bǔ)償?shù)娜萘浚肚须娙莼騿蜗喈惒诫妱訖C(jī)的數(shù)量具體方法如下： (1) 當(dāng)（UWT+UPV)-UMf<0,選擇投切電容組；采用提高電壓確定補(bǔ)償容量的方法或者暫 態(tài)下直接補(bǔ)償電容值的方法； ① 提高電壓確定補(bǔ)償容量的方法： 按下式計(jì)算補(bǔ)償容量：
其中，Q。為需投入的容性無功，AU = UMf-(UWT+UPV)，UMf為微網(wǎng)參考電壓，U wt為風(fēng)力發(fā) 電電源模塊的發(fā)電電壓，Upv為光伏發(fā)電電源模塊的發(fā)電電壓，X為線路電抗； ② 直接補(bǔ)償電容值的方法：
其中，QMf為上述計(jì)算所得微網(wǎng)所需補(bǔ)償?shù)娜萘?，C為補(bǔ)償電容值； (2) 當(dāng)（UWT+UPV)-UMf>0,選擇投切單相異步電動機(jī)組；采用降低電壓確定補(bǔ)償容量的 方法：
其中，QMf為上述計(jì)算所得微網(wǎng)所需補(bǔ)償?shù)娜萘?，《為電網(wǎng)角頻率， AU = UMf-(UWT+UPV)，UMf為微網(wǎng)參考電壓，Uwt為風(fēng)力發(fā)電電源模塊的發(fā)電電壓，％為 光伏發(fā)電電源模塊的發(fā)電電壓，L為所需補(bǔ)償?shù)碾姼写笮 ?br>【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微網(wǎng)穩(wěn)壓裝置及其控制方法，包括風(fēng)力發(fā)電電源模塊、光伏發(fā)電電源模塊、電容組模塊、單相異步電動機(jī)組模塊和PLC控制器模塊；風(fēng)力發(fā)電電源模塊與光伏發(fā)電電源模塊相連構(gòu)成公共耦合點(diǎn)，電容組模塊、單相異步電動機(jī)組模塊分別連接公共耦合點(diǎn)；PLC控制器模塊分別監(jiān)測微網(wǎng)電壓、風(fēng)力發(fā)電電源模塊的發(fā)電電壓和光伏發(fā)電電源模塊的發(fā)電電壓，并根據(jù)監(jiān)測到的信號計(jì)算微網(wǎng)所需補(bǔ)償?shù)娜萘?，產(chǎn)生邏輯信號控制電容組模塊或單相異步電動機(jī)組模塊按微網(wǎng)所需補(bǔ)償?shù)娜萘垦a(bǔ)償微網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓控制。本發(fā)明采用雙閉環(huán)PI控制選擇投切電容組和異步電動機(jī)的數(shù)目，精確控制投切量，降低系統(tǒng)復(fù)雜度，提高穩(wěn)定性及可靠性，提高控制效率，降低成本。
【IPC分類】H02J3-16
【公開號】CN104821588
【申請?zhí)枴緾N201510259314
【發(fā)明人】盧子廣, 田向渝, 龍軍, 羅群, 盧泉, 李曉東, 宮萍萍, 李捷, 李瀛
【申請人】廣西大學(xué)
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年5月20日