專利名稱:微電網電壓攝動控制系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種微電網電壓攝動控制系統，該系統包括：儲能單元、變換器單元、坐標變換和有功功率計算單元、功率控制器、電壓控制器、自適應限幅器、電流控制器、PWM發(fā)生器；自適應限幅器，用于對功率控制器輸出的有功電流參考值和電壓控制器輸出的無功電流參考值進行限幅，輸出有功參考電流和無功參考電流；PWM發(fā)生器，用于對電壓控制信號進行PWM調制產生PWM波形，輸入至變換器單元中。本實用新型解決了現有技術中微電網中電壓頻繁波動和無功功率難以優(yōu)化分配的技術問題，達到了有效抑制微電網的電壓波動，保證電壓穩(wěn)定運行的技術效果。
【專利說明】微電網電壓攝動控制系統
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及微電網【技術領域】，特別涉及一種微電網電壓攝動控制系統。
【背景技術】
[0002] 近些年來，隨著微電網的迅猛發(fā)展，W風力發(fā)電和太陽能發(fā)電形成的微電網逐步 成了新能源供電的主流。由于風力發(fā)電和光伏發(fā)電具有隨機性、波動性和間歇性的特點，使 得風光發(fā)電形成的微電網中的電壓經常出現頻繁波動，造成電壓攝動，從而嚴重影響了微 電網的電壓穩(wěn)定性。為了解決上述問題，在微電網中接入了大規(guī)模儲能裝置，W用來平抑微 電網內的電壓和頻率。通過大規(guī)模儲能技術的引入，可W實時有效地改善間歇式電源運行 特性，提升微電網的調控能力，從而提高微電網運行的穩(wěn)定性和可靠性，同時也增加了微電 網的并網能力。
[0003] 目前，W電化學儲能為代表的新型儲能技術已經從小容量、小規(guī)模發(fā)展為大容量 與規(guī)?；瘍δ芟到y的研究和應用，通過對微電網中的風光儲聯合發(fā)電系統的研究，可W解 決大規(guī)模新能源并網的難題，依巧風光儲示范電站的儲能系統，還可W開展包括聯合發(fā)電 系統全景監(jiān)控、運維技術等多項相關課題的研究。
[0004] 然而，如何充分利用大規(guī)模儲能裝置參與微電網電壓的攝動控制，優(yōu)化調度微電 網中的功率分配，目前尚未提出有效的解決方案。 實用新型內容
[0005] 本實用新型實施例提供了一種微電網電壓攝動控制系統，W解決現有技術中微電 網中電壓頻繁波動和無功功率難W優(yōu)化分配的技術問題。該系統包括：
[0006] 儲能單元、變換器單元、坐標變換和有功功率計算單元、功率控制器、電壓控制器、 自適應限幅器、電流控制器、PWM(Pulse Wi化h Mo化lation，脈沖寬度調制）發(fā)生器；
[0007] 其中，所述儲能單元，用于為微電網供電；
[0008] 所述變換器單元，與所述儲能單元的輸出端相連，用于調節(jié)所述儲能單元的輸出 電流至滿足所述微電網的無功電流需求；
[0009] 所述坐標變換和有功功率計算單元，輸入端與所述變換器單元的輸出端相連，用 于將所述變換器單元輸出的ABC坐標系上的變量轉換至旋轉坐標系dq上的變量，其中，所 述坐標變換和有功功率計算單元的輸出端包括；有功電流反饋輸出端、無功電流反饋輸出 端和有功功率輸出端；
[0010] 所述功率控制器，輸入端與有功功率參考值相連，且與所述坐標變換和有功功率 計算單元的有功功率輸出端相連，輸出端包括：有功電流參考值輸出端；
[0011] 所述電壓控制器，輸入端與微電網電壓和微電網電壓參考值相連，輸出端包括：無 功電流參考值輸出端；
[0012] 所述自適應限幅器，輸入端與所述功率控制器的有功電流參考值輸出端和所述電 壓控制器的無功電流參考值輸出端相連，用于對所述功率控制器輸出的有功電流參考值和 所述電壓控制器輸出的無功電流參考值進行限幅，輸出有功參考電流和無功參考電流；
[0013] 所述電流控制器，輸入端與所述自適應性限幅器的輸出端相連，且與所述坐標變 換和有功功率計算單元的有功電流反饋輸出端和無功電流反饋輸出端相連，用于對微電網 的有功電流和無功電流進行調節(jié)，使有功電流和無功電流能夠跟蹤所述有功參考電流和無 功參考電流，所述電流控制器的輸出端輸出的是電壓控制信號；
[0014] 所述PWM發(fā)生器，與所述電流控制器的輸出端相連，用于對所述電壓控制信號進 行PWM調制產生PWM波形，輸入至所述變換器單元中。
[0015] 在一個實施例中，所述自適應限幅器包括；有功電流限幅電路、無功電流限幅電 路、第一平方處理電路、第二平方處理電路、累加電路、開平方處理電路、求最小值電路，其 中：
[0016] 所述有功電流限幅電路的輸入端與所述功率控制器的有功電流參考值輸出端相 連，所述有功電流限幅電路的輸出端與所述求最小值電路的第一輸入端相連；
[0017] 所述無功電流限幅電路的輸入端與所述電壓控制器的無功電流參考值輸出端相 連，所述無功電流限幅電路的輸出端為所述自適應限幅器的無功參考電流輸出端；
[0018] 所述第一平方處理電路的輸入為所述變換器單元輸出的參考電流限幅值，所述第 一平方處理電路的輸出端與所述累加電路的正值輸入端相連；
[0019] 所述第二平方處理電路的輸入端與所述電壓控制器的無功電流參考值輸出端相 連，所述第二平方處理電路的輸出端與所述累加電路的負值輸入端相連；
[0020] 所述累加電路的輸出端與所述開平方處理電路的輸入端相連，所述開平方處理電 路的輸出端與所述求最小值電路的第二輸出端相連；
[0021] 所述求最小值電路的輸出端為所述自適應限幅器的有功參考電流輸出端。
[0022] 在一個實施例中，所述變換器單元包括；H相變換器，用于將所述儲能單元的能量 變換為微電網電壓攝動時所需補償的能量；
[0023] 濾波電抗，與所述H相變換器相連，用于濾除所述儲能單元中的直流功率轉換為 微電網交流無功功率時產生的高次諧波。
[0024] 在一個實施例中，所述H相變換器包括；用于在PWM控制下將直流電能變換為交 流電能。
[00巧]在一個實施例中，所述功率控制器中設置有第一 PI調節(jié)器，所述第一 PI調節(jié)器用 于將所述H相變換器輸出的有功功率所需補償的功率設定值，輸入到所述微電網中；
[0026] 所述電壓控制器中設置有第二PI調節(jié)器，所述第二PI調節(jié)器用于將所述H相變 換器輸出的無功功率所需補償的電壓攝動設定值，輸入到所述微電網中。
[0027] 在一個實施例中，所述PWM發(fā)生器還用于對主電路同一橋臂上的兩路驅動信號進 行互鎖、電氣隔離和功率放大。
[0028] 在一個實施例中，所述H相變換器由6個全控型開關器件構成。
[0029] 在一個實施例中，所述功率控制器和所述電壓控制器中設置有PI調節(jié)器，用于進 行PI調節(jié)。
[0030] 在一個實施例中，所述PWM發(fā)生器為SKYP邸32型號的PWM發(fā)生器。
[0031] 在本實用新型實施例中，提供了一種微電網電壓攝動控制系統，在微電網中電壓 出現頻繁波動時，通過檢測微電網中的電壓和電流，應用電壓控制攝動裝置，使得大規(guī)模儲 能單元中的能量轉換成穩(wěn)定微電網中的無功電流，使暫態(tài)電壓能夠恢復到正常水平，同時 通過加入自適應限幅器，使微電網電壓能夠在大范圍波動時，更快地穩(wěn)定在正常水平，從而 保證了微電網的安全可靠運行，本實用新型解決了現有技術中微電網中電壓頻繁波動和無 功功率難W優(yōu)化分配的技術問題，達到了有效抑制微電網的電壓波動，保證電壓穩(wěn)定運行 的技術效果。
【附圖說明】
[0032] 此處所說明的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，構成本申請的一部分， 并不構成對本實用新型的限定。在附圖中：
[0033] 圖1是本實用新型實施例的微電網電壓攝動控制系統的結構示意圖；
[0034] 圖2是本實用新型實施例的變換器單元的電路圖；
[0035] 圖3是本實用新型實施例的自適應限幅器的電路圖；
[0036] 圖4是本實用新型實施例的自適應限幅器輸出參考電流軌跡示意圖；
[0037] 圖5是本實用新型實施例的網側電壓下降時電壓攝動裝置輸出功率曲線示意圖；
[0038] 圖6是本實用新型實施例的變換器單元內環(huán)電流控制框圖；
[0039] 圖7是本實用新型實施例的控制系統的總體架構圖；
[0040] 圖8是本實用新型實施例的帶電壓攝動裝置的微電網結構圖；
[0041] 圖9是本實用新型實施例的電壓攝動裝置輸出的相電壓波形示意圖；
[0042] 圖10是本實用新型實施例的電壓攝動裝置輸出的相電流波形示意圖；
[0043] 圖11是本實用新型實施例的補償前微電網電壓幅值波動波形示意圖；
[0044] 圖12是本實用新型實施例的補償后微電網電壓幅值波動波形示意圖；
[0045] 圖13是本實用新型實施例的電壓攝動裝置輸出的有功功率波形示意圖；
[0046] 圖14是本實用新型實施例的電壓攝動裝置輸出的無功功率波形示意圖；
[0047] 圖15是本實用新型實施例的電壓攝動裝置的硬件原理電路框圖；
[0048] 圖16是本實用新型實施例的微電網電壓攝動控制方法流程圖。
【具體實施方式】
[0049] 為使本實用新型的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結合實施方式和附 圖，對本實用新型做進一步詳細說明。在此，本實用新型的示意性實施方式及其說明用于解 釋本實用新型，但并不作為對本實用新型的限定。
[0050] 在本例中，提供了一種微電網電壓攝動控制系統，如圖1所示，包括：儲能單元、變 換器單元、坐標變換和有功功率計算單元、功率控制器、電壓控制器、自適應限幅器、電流控 制器、PWM發(fā)生器，下面對該幾個組成單元的功能和相互之間的連接關系和信號流向進行說 明；
[0051] 1)儲能單元，用于為微電網供電；
[0052] 2)變換器單元，與儲能單元的輸出端相連，用于調節(jié)儲能單元的輸出電流至滿足 所述微電網的無功電流需求；
[0053] 3)坐標變換和有功功率計算單元，輸入端與變換器單元的輸出端相連，用于將所 述變換器單元輸出的ABC坐標系上的變量轉換至旋轉坐標系dq上的變量，其中，所述坐標 變換和有功功率計算單元的輸出端包括；有功電流反饋輸出端、無功電流反饋輸出端和有 功功率輸出端；
[0054] 4)功率控制器，輸入端與有功功率參考值相連，且與所述坐標變換和有功功率計 算單元的有功功率輸出端相連，輸出端包括：有功電流參考值輸出端；
[005引 W電壓控制器，輸入端與微電網電壓和微電網電壓參考值相連，輸出端包括：無 功電流參考值輸出端；
[0056] 6)自適應限幅器，輸入端與所述功率控制器的有功電流參考值輸出端和所述電壓 控制器的無功電流參考值輸出端相連，用于對所述功率控制器輸出的有功電流參考值和所 述電壓控制器輸出的無功電流參考值進行限幅，輸出有功參考電流和無功參考電流；
[0057] 7)電流控制器，輸入端與所述自適應性限幅器的輸出端相連，且與所述坐標變換 和有功功率計算單元的有功電流反饋輸出端和無功電流反饋輸出端相連，用于對微電網的 有功電流和無功電流進行調節(jié)，使有功電流和無功電流能夠跟蹤所述有功參考電流和無功 參考電流，所述電流控制器的輸出端輸出的是電壓控制信號；
[005引 8)PWM發(fā)生器，與所述電流控制器的輸出端相連，用于對所述電壓控制信號進行 PWM調制產生PWM波形，輸入至所述變換器單元中。
[0059] 在本例中，提供了一種微電網電壓攝動控制系統，在微電網中電壓出現頻繁波動 時，通過檢測微電網中的電壓和電流，應用電壓控制攝動裝置，使得大規(guī)模儲能單元中的能 量轉換成穩(wěn)定微電網中的無功電流，使暫態(tài)電壓能夠恢復到正常水平，同時通過加入自適 應限幅器，使微電網電壓能夠在大范圍波動時，更快地穩(wěn)定在正常水平，從而保證了微電網 的安全可靠運行，本實用新型解決了現有技術中微電網中電壓頻繁波動和無功功率難W優(yōu) 化分配的技術問題，達到了有效抑制微電網的電壓波動，保證電壓穩(wěn)定運行的技術效果。
[0060] 下面結合圖1，對上述幾個組成單元的具體作用和工作原理進行說明：
[0061] 1)大規(guī)模儲能單元（即，上述的儲能單元）
[0062] 微電網中的大規(guī)模儲能單元主要由多組各種類型電池組成，將風能和太陽能的能 量存儲在電池中，用于微電網供電和平抑電壓。
[0063] 2)變換器單元
[0064] 變換器單元可W由H相電力電子變換器和濾波電抗組成，采用同步補償器的基 本原理，將自換相橋式電路經一個串聯電抗與微電網相連，根據輸入微電網電壓和有功功 率的指令，適當地調節(jié)其交流側電流，W滿足微電網無功電流需求，實現動態(tài)無功補償的目 的，最終實現電壓的快速穩(wěn)定。具體的，該變換器單元中的H相變換器將大規(guī)模儲能單元的 能量變換為微電網電壓攝動時所需補償的能量，變換器單元中的濾波電抗用于濾除儲能單 元中的直流功率轉換為微電網交流無功功率時產生的高次諧波。
[0065] 具體的，變換器的結構可W如圖2所示，由直流電容C、IGBT、濾波電感L和電阻R 等組成，控制器根據微電網電壓波動情況，通過6個全控型開關器件構成的H相變換器向 系統輸入感性或容性無功電流，通過H相變換器中設置的6個全控型開關器件IGBT可W在 PWM控制方法下更加快速地將直流電能變換為交流電能。
[006引 W Ua表不變換器輸出電壓U Aa、UAb和Uac的空間矢量，W U康不微電網電壓U sa、Usb、 Us。的空間矢量。
[0067]貝Ij，變換器輸出電壓與直流側電壓的關系為：
[0068]
【權利要求】
1. 一種微電網電壓攝動控制系統，其特征在于，包括：儲能單元、變換器單元、坐標變 換和有功功率計算單元、功率控制器、電壓控制器、自適應限幅器、電流控制器、PWM發(fā)生 器； 其中，所述儲能單元，用于為微電網供電； 所述變換器單元，與所述儲能單元的輸出端相連，用于調節(jié)所述儲能單元的輸出電流 至滿足所述微電網的無功電流需求； 所述坐標變換和有功功率計算單元，輸入端與所述變換器單元的輸出端相連，用于將 所述變換器單元輸出的ABC坐標系上的變量轉換至旋轉坐標系dq上的變量，其中，所述坐 標變換和有功功率計算單元的輸出端包括；有功電流反饋輸出端、無功電流反饋輸出端和 有功功率輸出端； 所述功率控制器，輸入端與有功功率參考值相連，且與所述坐標變換和有功功率計算 單元的有功功率輸出端相連，輸出端包括：有功電流參考值輸出端； 所述電壓控制器，輸入端與微電網電壓和微電網電壓參考值相連，輸出端包括；無功電 流參考值輸出端； 所述自適應限幅器，輸入端與所述功率控制器的有功電流參考值輸出端和所述電壓控 制器的無功電流參考值輸出端相連，用于對所述功率控制器輸出的有功電流參考值和所述 電壓控制器輸出的無功電流參考值進行限幅，輸出有功參考電流和無功參考電流； 所述電流控制器，輸入端與所述自適應性限幅器的輸出端相連，且與所述坐標變換和 有功功率計算單元的有功電流反饋輸出端和無功電流反饋輸出端相連，用于對微電網的有 功電流和無功電流進行調節(jié)，使有功電流和無功電流能夠跟蹤所述有功參考電流和無功參 考電流，所述電流控制器的輸出端輸出的是電壓控制信號； 所述PWM發(fā)生器，與所述電流控制器的輸出端相連，用于對所述電壓控制信號進行PWM 調制產生PWM波形，輸入至所述變換器單元中。2. 如權利要求1所述的微電網電壓攝動控制系統，其特征在于，所述自適應限幅器包 括；有功電流限幅電路、無功電流限幅電路、第一平方處理電路、第二平方處理電路、累加電 路、開平方處理電路、求最小值電路，其中： 所述有功電流限幅電路的輸入端與所述功率控制器的有功電流參考值輸出端相連，所 述有功電流限幅電路的輸出端與所述求最小值電路的第一輸入端相連； 所述無功電流限幅電路的輸入端與所述電壓控制器的無功電流參考值輸出端相連，所 述無功電流限幅電路的輸出端為所述自適應限幅器的無功參考電流輸出端； 所述第一平方處理電路的輸入為所述變換器單元輸出的參考電流限幅值，所述第一平 方處理電路的輸出端與所述累加電路的正值輸入端相連； 所述第二平方處理電路的輸入端與所述電壓控制器的無功電流參考值輸出端相連，所 述第二平方處理電路的輸出端與所述累加電路的負值輸入端相連； 所述累加電路的輸出端與所述開平方處理電路的輸入端相連，所述開平方處理電路的 輸出端與所述求最小值電路的第二輸出端相連； 所述求最小值電路的輸出端為所述自適應限幅器的有功參考電流輸出端。3. 如權利要求1所述的微電網電壓攝動控制系統，其特征在于，所述變換器單元包括： H相變換器，用于將所述儲能單元的能量變換為微電網電壓攝動時所需補償的能量； 濾波電抗，與所述H相變換器相連，用于濾除所述儲能單元中的直流功率轉換為微電 網交流無功功率時產生的高次諧波。4. 如權利要求3所述的微電網電壓攝動控制系統，其特征在于，所述H相變換器包括： 用于在PWM控制下將直流電能變換為交流電能。5. 如權利要求3所述的微電網電壓攝動控制系統，其特征在于： 所述功率控制器中設置有第一 PI調節(jié)器，所述第一 PI調節(jié)器用于將所述H相變換器 輸出的有功功率所需補償的功率設定值，輸入到所述微電網中； 所述電壓控制器中設置有第二PI調節(jié)器，所述第二PI調節(jié)器用于將所述H相變換器 輸出的無功功率所需補償的電壓攝動設定值，輸入到所述微電網中。6. 如權利要求1所述的微電網電壓攝動控制系統，其特征在于，所述PWM發(fā)生器還用于 對主電路同一橋臂上的兩路驅動信號進行互鎖、電氣隔離和功率放大。
【文檔編號】H02J3-12GK204290321SQ201420746289
【發(fā)明者】劉輝, 高文忠, 吳林林, 閆世杰, 崔正湃, 王靖然, 王皓靖 [申請人]國家電網公司, 國網冀北電力有限公司電力科學研究院, 東北大學