一種基于互聯(lián)網(wǎng)的功率平衡控制方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種功率平衡控制系統(tǒng)及方法，尤其涉及一種基于互聯(lián)網(wǎng)的功率平衡 控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力系統(tǒng)的互聯(lián)能夠帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益：一方面可以解決我國(guó)一次能源地理分 布不均勻的問題；另一方面可以利用時(shí)差削峰填谷，減少電力系統(tǒng)的備用，充分合理地利用 電力系統(tǒng)的容量。但隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，其中任一元件發(fā)生故障都有可能引起事故 范圍的蔓延。倘若電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不夠強(qiáng)壯，或者安全自動(dòng)裝置不夠健全，或者措施失當(dāng)，都有可 能使系統(tǒng)陷入穩(wěn)定危機(jī)，甚至造成系統(tǒng)穩(wěn)定破壞，乃至全網(wǎng)崩潰，從而給國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶 來嚴(yán)重影響。自2003年美加"8 ? 4"大停電以來，世界各地不斷出現(xiàn)大規(guī)模停電事故。
[0003] 電力系統(tǒng)一個(gè)重要的特征是電力供應(yīng)與需求實(shí)時(shí)平衡，由于電力不能大容量?jī)?chǔ) 存，而負(fù)荷是時(shí)刻變化的，因此，電力供應(yīng)要求動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，以滿足負(fù)荷實(shí)際變化的需求。但 是，隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的日益擴(kuò)大，負(fù)荷與電源相距甚遠(yuǎn)，當(dāng)?shù)氐碾娏?yīng)可能來自幾千公 里之外的發(fā)電廠，這給實(shí)時(shí)性功率平衡帶來很大的問題，雖然電力系統(tǒng)是一個(gè)具有很大慣 性的系統(tǒng)，但一旦負(fù)荷需求變化過大，電源反應(yīng)來不及跟上，就可能會(huì)引起功率失衡，導(dǎo)致 系統(tǒng)崩潰等事故發(fā)生。另外，隨著風(fēng)電、光伏發(fā)電等可再生能源的大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電，由于功 率平衡而導(dǎo)致的電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性顯得日益突出。
[0004] 互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)將提高能源的利用效率與電網(wǎng)的穩(wěn)定性，但是，由于可再生能源的 波動(dòng)與負(fù)荷的變化、特別是可再生能源的隨機(jī)性引起的功率不平衡問題仍然很嚴(yán)峻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于互聯(lián)網(wǎng)的功率平衡控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能使得低成 本實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)功率平衡。
[0006] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于互聯(lián)網(wǎng)的功率平衡控制方法，該方法可基于 上述系統(tǒng)達(dá)到上述功能。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種基于互聯(lián)網(wǎng)的功率平衡控制系統(tǒng)，其與電 網(wǎng)連接，該基于互聯(lián)網(wǎng)的功率平衡控制系統(tǒng)包括：電阻負(fù)荷，控制單元，電力海綿，直流電壓 檢測(cè)裝置，交流電流檢測(cè)裝置和交流電壓檢測(cè)裝置；其中：
[0008] 所述電力海綿串接于電網(wǎng)的交流母線和電阻負(fù)荷之間，所述電力海綿的控制端與 所述控制單元的控制信號(hào)輸出端連接；
[0009] 所述直流電壓檢測(cè)裝置，其與電力海綿的直流母線連接，以檢測(cè)電力海綿的直流 電壓UDe，所述直流電壓檢測(cè)裝置還與控制單元的直流信號(hào)輸入端連接；
[0010] 所述交流電流檢測(cè)裝置串接于所述電網(wǎng)的交流母線和電力海綿之間，以檢測(cè)輸入 電力海綿的交流電流is，所述交流電流檢測(cè)裝置還與控制單元的交流電流信號(hào)輸入端連 接；
[0011] 所述交流電壓檢測(cè)裝置與電網(wǎng)的交流母線連接，以檢測(cè)輸入電力海綿的交流電壓 us，所述交流電壓檢測(cè)裝置還與控制單元的交流電壓信號(hào)輸入端連接；
[0012] 所述控制單元還與互聯(lián)網(wǎng)連接，以從互聯(lián)網(wǎng)獲取功率偏差A(yù)P;所述控制單元包 括第一比例積分控制器和第二比例積分控制器；所述控制單元根據(jù)下述模型獲得電力海綿 交流電壓控制量u q和電力海綿直流電壓控制量u d:
[0013] Uq= / (Piref-Pjdt
[0014] ud= kp2*(UDCref-UDC)+kl2* J (UDCref-UDC)dt
[0015] 式中，kpl為第一比例積分控制器的比例系數(shù)；ku為第一比例積分控制器的積分系 數(shù)；P lraf表示所述電阻負(fù)荷的功率參考值，其為設(shè)定的電阻負(fù)荷初始功率P i。和從互聯(lián)網(wǎng)獲 取的功率偏差A(yù) P之和；Pi表示電阻負(fù)荷功率，* /s * ，其中Us是由接收自 交流電壓檢測(cè)裝置的交流電壓^得到的交流電壓幅值，I 3是由接收自交流電流檢測(cè)裝置 的交流電流1得到的交流電流幅值，-表示交流電壓與交流電流的功角；kp2為第二比例積 分控制器的比例系數(shù)，k l2為第二比例積分控制器的積分系數(shù)；U 為設(shè)定的直流電壓給定 值；
[0016] 所述控制單元將電力海綿交流電壓控制量uq和電力海綿直流電壓控制量u d進(jìn)行 dq-abc派克反變換，得到與交流三相分別對(duì)應(yīng)的電力海綿脈寬調(diào)制信號(hào)ua、u b、u。，控制單元 通過其控制信號(hào)輸出端將與交流三相分別對(duì)應(yīng)的電力海綿脈寬調(diào)制信號(hào)113、1^、1!。傳輸給電 力海綿的控制端，以控制電力海綿加在所述電阻負(fù)荷上的電壓，使得電阻負(fù)荷功率Pi為設(shè) 定的電阻負(fù)荷初始功率P w與從互聯(lián)網(wǎng)獲取的功率偏差A(yù) P之和。
[0017] 本發(fā)明所述的基于互聯(lián)網(wǎng)的功率平衡控制系統(tǒng)，用于平抑電網(wǎng)的功率波動(dòng)，使得 低成本實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)功率平衡。具體來說，該系統(tǒng)通過在電網(wǎng)的交流母線與電阻負(fù)荷之間串聯(lián) 接入電力海綿，以比例積分、dq/abc坐標(biāo)變換為控制手段，控制所述電力海綿以電阻負(fù)荷初 始功率Pi。與從互聯(lián)網(wǎng)獲取的功率偏差A(yù) P之和作為電阻負(fù)荷功率P i的控制目標(biāo)，調(diào)節(jié)與 其串聯(lián)的所述電阻負(fù)荷上的電壓，以控制電阻負(fù)荷功率Pi滿足自身功率需求的同時(shí)吸收或 輸出從互聯(lián)網(wǎng)獲取的功率偏差A(yù)P，從而平衡電網(wǎng)功率。
[0018] 在本發(fā)明所述的基于互聯(lián)網(wǎng)的功率平衡控制系統(tǒng)中，所述功率偏差A(yù)P為電網(wǎng)中 的功率擾動(dòng)，該功率擾動(dòng)可由在電網(wǎng)遠(yuǎn)端任意點(diǎn)（或稱為非本地任意點(diǎn)）并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)、光 電等分布式電源功率波動(dòng)引起，該功率擾動(dòng)也可由風(fēng)、光電等分布式電源在電網(wǎng)遠(yuǎn)端任意 點(diǎn)（或稱為非本地任意點(diǎn)）接入或分離引起。在本技術(shù)方案中該功率偏差A(yù)P可在上述遠(yuǎn) 端任意點(diǎn)測(cè)量得到并通過互聯(lián)網(wǎng)通訊傳輸和獲取。本發(fā)明所述的基于互聯(lián)網(wǎng)的功率平衡控 制系統(tǒng)在電網(wǎng)線路中的位置和數(shù)量沒有限制，引起功率擾動(dòng)的位置和數(shù)量也沒有限制。
[0019] 在本發(fā)明所述的基于互聯(lián)網(wǎng)的功率平衡控制系統(tǒng)中，所述將電力海綿交流電壓控 制量uq和電力海綿直流電壓控制量u d進(jìn)行dq-abc派克反變換的變換公式如下：
[0020]
[0021] 式中，0為相位角，其可由接收自交流電壓檢測(cè)裝置的交流電壓us和接收自交流 電流檢測(cè)裝置的交流電流i s得到。
[0022] 進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的基于互聯(lián)網(wǎng)的功率平衡控制系統(tǒng)中，所述控制器為數(shù)字 信號(hào)處理器。
[0023] 進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的基于互聯(lián)網(wǎng)的功率平衡控制系統(tǒng)中，所述直流電壓檢測(cè) 裝置包括直流電壓傳感器。
[0024] 進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的基于互聯(lián)網(wǎng)的功率平衡控制系統(tǒng)中，所述交流電壓檢測(cè) 裝置包括交流電壓互感器。
[0025] 進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的基于互聯(lián)網(wǎng)的功率平衡控制系統(tǒng)中，所述交流電流檢測(cè) 裝置包括交流電流傳感器。
[0026] 優(yōu)選地，本發(fā)明所述的基于互聯(lián)網(wǎng)的功率平衡控制系統(tǒng)中，所述第一比例積分控 制的比例系數(shù)k pl的范圍取0 < kpl< 100,第一比例積分控制的積分系數(shù)k ^的范圍取0 < ku< 10〇
[0027] 優(yōu)選地，本發(fā)明所述的基于互聯(lián)網(wǎng)的功率平衡控制系統(tǒng)中，所述第二比例積分控 制的比例系數(shù)k p2的范圍取0 < kp2< 100,第二比例積分控制的積分系數(shù)k 12的范圍取0 < kl2< 10〇
[0028] 進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的基于互聯(lián)網(wǎng)的功率平衡控制系統(tǒng)中，所述電力海綿包括 與交流三相分別對(duì)應(yīng)的三個(gè)半橋結(jié)構(gòu)，其中每一個(gè)半橋結(jié)構(gòu)均包括：第一 IGBT(絕緣柵雙 極型晶體管）、第二IGBT以及直流電容，其中所述第一 IGBT的發(fā)射極連接所述第二IGBT的 集電極，所述第一 IGBT的集電極通過所述直流電容與所述第二IGBT的發(fā)射極連接，作為電 力海綿的控制端的所述第一 IGBT和第二IGBT的控制端，其與對(duì)應(yīng)相電力海綿脈寬調(diào)制信 號(hào)對(duì)應(yīng)的控制單元的控制信號(hào)輸出端相連，其中所述第一 IGBT和第二IGB