專利名稱：一種基于太陽能光伏發(fā)電的電能質(zhì)量串聯(lián)補償器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電能質(zhì)量技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于太陽能發(fā)電的電能質(zhì)量技術(shù)。
背景技術(shù)：
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(dǎo)致生產(chǎn)成本增加，損壞反應(yīng)靈敏設(shè)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(shè)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(dǎo)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),在新加坡,每次電壓瞬間下降都會造成超過100萬新元的經(jīng)濟損失；隨著我國高科技工業(yè)的迅速發(fā)展，對電能質(zhì)量水平的要求也越來越高，電壓驟降(陷落、跌落)和驟升(浪涌)是其中的主要問題，電壓陷落和浪涌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(shè)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，電壓浪涌是由閃電、接通供電系統(tǒng)和其他原因造成過壓而引起的，大型電機和空調(diào)器是大的電壓浪涌產(chǎn)生源，雖然電壓陷落和浪涌時間短，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和浪涌事故的本身時間，因此所造成的損失很大，電壓陷落的特征是電源電壓驟然下降至10%到90%的正常電壓值并持續(xù)O. 5到50個周期，電壓浪涌的特征是電源電壓驟然上升至110%到180%的正常電壓值并持續(xù)O. 5到50個周期，絕大部分電壓陷落和浪涌，其電壓變化幅度在·50%以內(nèi)，且持續(xù)時間不超過500毫秒；傳統(tǒng)的方法，如電壓調(diào)節(jié)器和浪涌抑制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、浪涌的問題。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
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于太陽能光伏發(fā)電的電能質(zhì)量串聯(lián)補償器，它充分利用了太陽能，電網(wǎng)正常時，它利用綠色的太陽能，將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，供給負荷；當(dāng)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)故障時，如陷落或浪涌時，它輸出相應(yīng)的電壓量，補償電網(wǎng)電壓的差值，確保負荷電壓不變化，因而保護了負荷。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種基于太陽能光伏發(fā)電的電能質(zhì)量串聯(lián)補償器，特點在于其構(gòu)成包括太陽能光伏電池板、直流升壓單元、逆變單元和串聯(lián)變壓器；上述部件的連接關(guān)系如下所述的太陽能光伏電池板將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，其直流電壓輸出端的兩電線與所述的直流升壓單元的直流輸入端的兩電線相連，該直流升壓單元的輸入端的兩電線之間并連一直流電容，所述的直流升壓單元的輸出端的兩電線與所述逆變單元的直流輸入端的兩電線相連，該逆變單元的直流輸入端的兩電線之間并連一直流電容，所述的逆變單元的交流輸出端的兩 電線與所述的串聯(lián)變壓器的初級線圈的兩端相連，所述串聯(lián)變壓器的次級線圈串接在電網(wǎng)的輸電線中，分別與電網(wǎng)的公共端和負荷端相連。本發(fā)明原理如下電源電壓Fy、負荷電壓G、所述電能質(zhì)量串聯(lián)補償器向電網(wǎng)注入電壓ξ之間關(guān)系如下式所示 V1 =Vi + Es — ZsJi(!)其中，fs.為電網(wǎng)電源等值阻抗，Ji為所述電能質(zhì)量串聯(lián)補償器向電網(wǎng)注入電流， 為向量符號。負荷表示為Sl=Pl+JQl(2)設(shè)Ii為負荷電流，則F1-I =Pl ^JQl(3)V-r r + /o:(4)上式中，7,為7,的共軛值，文中上標為共軛符號。負荷電流與所述電能質(zhì)量串聯(lián)補償器向電網(wǎng)注入電流分別為h = (5)
* LJ1(6)5由于所述電能質(zhì)量串聯(lián)補償器串接于電網(wǎng)中，因此，所述電能質(zhì)量串聯(lián)補償器向電網(wǎng)注入的電流Ji與負荷電流/'相等,即Ji =Il，根據(jù)上述(5) (6)兩式，可得F,
STT P； ~￥ i (X TTVi=J.....;賞匕(7)將上述式(7)代入(I)，可得VllPl-Pt)+j(Qi-QM=Wiin +JQihzsSi (8)上述(8)式子實部、虛部分別相等，可得^Q,)+^EsP1VlSme)^ XH$l = ο] (9)其中，Θ為負荷電壓相角，八為負荷電壓幅值；式(9)表明通過調(diào)節(jié)所述電能質(zhì)量串聯(lián)補償器輸出的有功功率？1與無功功率Qi,可維持負荷電壓相角與幅值的不變；所述逆變單元的容量Sn!必須符合下列關(guān)系Srj > Jlf+Qf(10)與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點如下I.利用了太陽能，既環(huán)保、又解決了電壓串聯(lián)補償儲能的問題；2.解決電網(wǎng)電壓陷落(驟降、跌落)與浪涌(驟升)的問題，保護了重要負荷；
3.電網(wǎng)正常時，將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，供電給負荷。


圖I是本發(fā)明一種基于太陽能光伏發(fā)電的電能質(zhì)量串聯(lián)補償器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明電壓補償原理示意圖。圖3是本發(fā)明電網(wǎng)電壓陷落電壓補償仿真圖。圖4是本發(fā)明電網(wǎng)電壓陷落有功功率與無功功率輸出仿真圖。圖5是本發(fā)明電網(wǎng)電壓浪涌電壓補償仿真圖。圖6是本發(fā)明電網(wǎng)電壓浪涌有功功率與無功功率輸出仿真圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護范圍。先請參閱圖1，圖I是本發(fā)明一 種基于太陽能光伏發(fā)電的電能質(zhì)量串聯(lián)補償器的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可見，一種基于太陽能光伏發(fā)電的電能質(zhì)量串聯(lián)補償器，包括太陽能光伏電池板2、DC/DC直流升壓單元3、DC/AC (直流變交流)的逆變單元4、串聯(lián)變壓器5構(gòu)成所述的太陽能光伏電池板2將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，其直流電壓輸出端的兩電線與所述的直流升壓單元3的直流輸入端的兩電線相連，該直流升壓單元3的輸入端的兩電線之間并連一直流電容Cpv，所述的直流升壓單元3的輸出端的兩電線與所述逆變單元4的直流輸入端的兩電線相連，該逆變單元4的直流輸入端的兩電線之間并連一直流電容Cdc，所述的逆變單元4的交流輸出端的兩電線與所述的串聯(lián)變壓器5的初級線圈的兩端相連，所述串聯(lián)變壓器5的次級線圈串接在電網(wǎng)的輸電線中，分別與電網(wǎng)的公共端PCC和負荷端相連。圖2為電壓補償原理示意圖，以&為Ref erence(參考)畫出了注入電壓寫、PCC (公共點)母線電壓巧、負荷電壓^、負荷電流J￡等各向量之間的關(guān)系，從圖2中看出，根據(jù)電網(wǎng)電壓/Ts，本發(fā)明的電能質(zhì)量串聯(lián)補償器向電網(wǎng)注入電壓 %就可以得到負荷所需的電壓F；。圖3為電網(wǎng)電壓陷落(驟降)時的仿真圖，當(dāng)電網(wǎng)故障引起電網(wǎng)電壓陷落時，本發(fā)明的電能質(zhì)量串聯(lián)補償器注入電網(wǎng)電壓吏得負荷電壓的幅值與相角都不受電網(wǎng)故障影響，有太陽能時，直流母線電壓將不受影響，而夜晚電網(wǎng)發(fā)生故障需要保護負荷時，則需要依靠直流母線電容CD。的儲能，圖4為夜晚電網(wǎng)故障時為了保護負荷，本發(fā)明的電能質(zhì)量串聯(lián)補償器直流母線電壓下降的波形；同樣的，圖5、圖6為電網(wǎng)電壓浪涌(驟升)時的仿真圖，當(dāng)電網(wǎng)故障引起電網(wǎng)電壓浪涌時，本發(fā)明的電能質(zhì)量串聯(lián)補償器注入電網(wǎng)電壓G ·使得負荷電壓的幅值與相角都不受電網(wǎng)故障影響，從而保護了負荷。
權(quán)利要求
1.一種基于風(fēng)電的電能質(zhì)量串聯(lián)補償器，特征在于構(gòu)成包括風(fēng)輪機(2)、同步發(fā)電機(3)、整流單元(4)、三相H橋逆變單元(5)和串聯(lián)變壓器(6)； 上述部件的連接關(guān)系如下 所述的風(fēng)輪機(2)將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機械能，其輸出機械軸與所述的同步發(fā)電機(3)的轉(zhuǎn)子軸相連，該同步發(fā)電機(3)的定子交流電輸出端與所述整流單元(4)的輸入端相連；該整流單元(4)的輸出端與所述的三相H橋逆變單元(5)的直流輸入端相連，該三相H橋逆變單元(5)的交流輸出端的兩電線與所述的串聯(lián)變壓器(6)的初級線圈的兩端相連，所述串聯(lián)變壓器(6)的次級線圈串接在電網(wǎng)的輸電線中，分別與電網(wǎng)的公共端(PCC)和負荷端相連。
全文摘要
一種基于太陽能光伏發(fā)電的電能質(zhì)量串聯(lián)補償器，由太陽能光伏電池板、直流升壓單元(DC/DC)、逆變單元(DC/AC)、串聯(lián)變壓器構(gòu)成，它串接在電網(wǎng)中，電網(wǎng)正常運行時，該電能質(zhì)量補償器將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，輸出功率給負荷，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障引起電網(wǎng)電壓驟降(陷落、跌落)或驟升(浪涌)時，該電能質(zhì)量補償器輸出相應(yīng)的補償電壓量，使得負荷端的電壓保持不變，從而保護負荷免受電網(wǎng)故障的影響，它利用了太陽能，解決了傳統(tǒng)串聯(lián)補償器儲能的問題，本發(fā)明具有利用太陽能發(fā)電與儲能，同時解決電壓驟降與驟升的問題，提高電能質(zhì)量的特點。
文檔編號H02N6/00GK102904485SQ20121035636
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月21日
發(fā)明者李國杰, 江秀臣, 盛戈皞 申請人:上海交通大學(xué)