一種基于風(fēng)電的電能質(zhì)量串聯(lián)補償裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于風(fēng)電的電能質(zhì)量串聯(lián)補償裝置，其包括：風(fēng)力發(fā)電機、整流模塊、H橋逆變單元、并網(wǎng)逆變器、直流電流檢測裝置、直流電壓檢測裝置、交流電壓檢測裝置以及分別與上述各元件連接的控制器，控制器接收直流電流檢測裝置和直流電壓檢測裝置傳輸?shù)闹绷麟娏髦岛椭绷麟妷褐?，調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)速以控制整流模塊進行最大功率跟蹤，控制器根據(jù)接收自交流電壓檢測裝置傳輸?shù)慕涣麟妷褐蹬袛嚯娋W(wǎng)的工作狀態(tài)，以控制H橋逆變單元輸出交流電壓對電網(wǎng)電壓進行補償。本實用新型利用風(fēng)電解決電壓補償器的儲能問題，在不設(shè)置額外的儲能裝置的前提下能夠?qū)﹄娋W(wǎng)壓降進行快速穩(wěn)定的補償。
【專利說明】—種基于風(fēng)電的電能質(zhì)量串聯(lián)補償裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種動態(tài)電壓補償裝置，尤其涉及一種基于風(fēng)電的電能質(zhì)量串聯(lián)補償裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]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)是其中的主要問題，電壓陷落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，雖然電壓陷落時間短，但是它會引起工業(yè)過程的中斷或停工，而所引起工業(yè)過程的停工時間遠遠大于電壓陷落事故的本身時間，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)0.5到50個周期。
[0003]傳統(tǒng)的方法，如電壓調(diào)節(jié)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驟降的問題，但是，儲能問題一直困擾著動態(tài)電壓補償器的研究，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。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的是提供一種基于風(fēng)電的電能質(zhì)量串聯(lián)補償裝置，該裝置利用風(fēng)電解決電網(wǎng)電壓補償器的儲能問題，不需要設(shè)置額外的諸如電池、電容等儲能元件，其可將風(fēng)力發(fā)電機輸出的電能用于電網(wǎng)電能質(zhì)量串聯(lián)補償，確保負荷電壓不變化，從而保護負荷，減少因電網(wǎng)電能質(zhì)量問題所造成的損失。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型提出了一種基于風(fēng)電的電能質(zhì)量串聯(lián)補償裝置，其包括:
[0006]風(fēng)力發(fā)電機，其將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為交流電輸出；
[0007]整流模塊，其輸入端與所述風(fēng)力發(fā)電機連接，將風(fēng)力發(fā)電機輸出的交流電轉(zhuǎn)換為直流電輸出；
[0008]H橋逆變單元，其直流母線與所述整流模塊的輸出端連接，將整流模塊輸出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電；
[0009]并網(wǎng)逆變器，其直流母線與H橋逆變單元的直流母線連接，將整流模塊輸出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，并網(wǎng)逆變器的輸出端用于與電網(wǎng)連接；
[0010]直流電流檢測裝置，其與整流模塊的輸出端連接，以檢測整流模塊輸出的電流；
[0011]直流電壓檢測裝置，其與整流模塊輸出端的連接，以檢測整流模塊輸出的電壓；
[0012]交流電壓檢測裝置，其用以與電網(wǎng)連接，以檢測電網(wǎng)的電壓；
[0013]控制器，其分別與所述直流電流檢測裝置、直流電壓檢測裝置、整流模塊和風(fēng)力發(fā)電機連接，接收直流電流檢測裝置和直流電壓檢測裝置傳輸?shù)闹绷麟娏髦岛椭绷麟妷褐?，調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)速以對整流模塊進行最大功率跟蹤控制；所述控制器還與交流電壓檢測裝置、H橋逆變單元和并網(wǎng)逆變器連接，接收交流電壓檢測裝置傳輸?shù)慕涣麟妷褐蹬袛嚯娋W(wǎng)的工作狀態(tài)，以控制H橋逆變單元輸出交流電壓對電網(wǎng)電壓進行串聯(lián)補償或是控制并網(wǎng)逆變器將交流電注入電網(wǎng)。
[0014]本實用新型所述的基于風(fēng)電的電能質(zhì)量串聯(lián)補償裝置中的風(fēng)力發(fā)電機將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能輸出，整流模塊將風(fēng)力發(fā)電機輸出的交流電轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電輸出，控制器通過獲得整流模塊輸出的電壓值和電流值來獲得整流模塊輸出的有功功率，在整流模塊沒有輸出最大的有功功率前，通過增大風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)速以提高整流模塊輸出的有功功率，直至整流模塊輸出的有功功率最大，才維持風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)速不變，即對整流模塊進行最大功率跟蹤控制，同時控制器還通過交流電壓檢測裝置獲知電網(wǎng)電壓是否發(fā)生跌落，一旦電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落，控制器便控制H橋逆變單元輸出相應(yīng)跌落量的電壓給電網(wǎng)，對電網(wǎng)跌落的電壓進行補償。也就是說，控制器實時判斷電網(wǎng)的電壓是否正常；若正常，則控制H橋逆變單元輸出交流電電壓為零，控制并網(wǎng)逆變器將電能轉(zhuǎn)換的電能注入電網(wǎng)；若電網(wǎng)電壓發(fā)生壓降，則控制H橋逆變單元輸出交流電，使得其對電網(wǎng)輸出的補償電壓Uj滿足Uj =(Ustl-Usi),其中Ustl為電網(wǎng)正常時電網(wǎng)的電壓值，Usi為電網(wǎng)發(fā)生壓降故障時電網(wǎng)的電壓值，從而控制電網(wǎng)的電壓始終保持正常。
[0015]進一步地，在上述基于風(fēng)電的電能質(zhì)量串聯(lián)補償裝置中，所述控制器可以包括數(shù)
字信號處理器。
[0016]或者，所述控制器可以包括單片機。
[0017]又或者，所述控制器可以包括計算機。
[0018]進一步地，在上述基于風(fēng)電的電能質(zhì)量串聯(lián)補償裝置中，所述直流電流檢測裝置包括直流電流傳感器。
[0019]進一步地，在上述基于風(fēng)電的電能質(zhì)量串聯(lián)補償裝置中，所述直流電壓檢測裝置包括直流電壓傳感器。
[0020]進一步地，上述基于風(fēng)電的電能質(zhì)量串聯(lián)補償裝置還包括變壓器，該變壓器的初級線圈與所述H橋逆變單元的輸出端連接，變壓器的次級線圈用于串接在電網(wǎng)中。
[0021]進一步地，上述基于風(fēng)電的電能質(zhì)量串聯(lián)補償裝置中，所述交流電壓檢測裝置包括交流電壓傳感器。
[0022]本實用新型所述的基于風(fēng)電的電能質(zhì)量串聯(lián)補償裝置具有以下有益效果:
[0023]I)利用了風(fēng)能，從而在不設(shè)置電池、電容等儲能裝置的前提下，能夠有效地對故障電網(wǎng)進行壓降補償；
[0024]2 )通過最大功率跟蹤控制的直流升壓單元輸出直流電，從而保障了電網(wǎng)電路上用電設(shè)備運行的穩(wěn)定和安全；[0025]3)有效地利用了綠色環(huán)保能源，降低了生產(chǎn)成本，減輕了污染排放；
[0026]4)結(jié)構(gòu)簡單，成本降低，電壓補償響應(yīng)速度迅速。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為本實用新型所述的基于風(fēng)電的電能質(zhì)量串聯(lián)補償裝置在一種實施方式下的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實施方式】
[0028]下面將結(jié)合說明書附圖和具體的實施例對本實用新型所述的基于風(fēng)電的電能質(zhì)量串聯(lián)補償裝置做進一步的解釋和說明。
[0029]圖1示意了本實用新型所述的基于風(fēng)電的電能質(zhì)量串聯(lián)補償裝置在一種實施方式下的電路結(jié)構(gòu)。
[0030]如圖1所示，本實施例中的基于風(fēng)電的電能質(zhì)量串聯(lián)補償裝置包括:風(fēng)力發(fā)電機8，其將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為交流電輸出；整流模塊1，其與風(fēng)力發(fā)電機8連接，將風(fēng)力發(fā)電機8輸出的交流電轉(zhuǎn)換為直流電輸出橋逆變單元2，其直流母線與整流模塊I的輸出端連接，將整流模塊I輸出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電輸出；變壓器4，其初級線圈與H橋逆變單元2的輸出端連接，其次級線圈串接在電網(wǎng)9的輸電線路中的供電端和負荷端之間用于輸出補償電壓U j ;并網(wǎng)逆變器10，其直流母線與H橋逆變單元2的直流母線連接，其輸出端與電網(wǎng)9連接，并網(wǎng)逆變器10將輸入的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?；直流電壓傳感?，其與整流模塊I的輸出端連接，檢測整流模塊I輸出的直流電的電壓Uw，并將檢測到的電壓值傳輸給控制器3 ;直流電流傳感器6，其與整流模塊I的輸出端連接，測量整流模塊I輸出的直流電的電流Iw，并將檢測到的電流值傳輸給控制器3 ;交流互感器7，其與電網(wǎng)9連接，測量電網(wǎng)9的電壓Us,并將電網(wǎng)的電壓值傳輸給控制器3 ;控制器3，其分別與直流電流傳感器6、直流電壓傳感器5、整流模塊I和風(fēng)力發(fā)電機8連接，根據(jù)接收到的整流模塊I輸出的直流電流的電流值和電壓值判斷其是否輸出了最大的有功功率，即將本次輸出的有功功率與上一次輸出的有功功率進行比較，若本次輸出的有功功率大于上一次輸出的有功功率，則說明整流模塊I輸出的有功功率還沒有達到最大值，那么控制器3就控制風(fēng)力發(fā)電機8增大轉(zhuǎn)速,直至本次輸出的有功功率不再大于上一次輸出的有功功率，則說明整流模塊I輸出的有功功率達到了最大值，控制器3維持風(fēng)力發(fā)電機8的轉(zhuǎn)速不變，同時控制器3還與交流互感器7、H橋逆變單元2和并網(wǎng)逆變器10連接，控制器3根據(jù)交流互感器7傳輸?shù)慕涣麟妷褐蹬袛嚯娋W(wǎng)9是否發(fā)生了壓降，在電網(wǎng)9未發(fā)生壓降時，控制H橋逆變單元2輸出的交流電為0，同時控制并網(wǎng)逆變器10將風(fēng)能轉(zhuǎn)化的電能注入電網(wǎng)9 ;在電網(wǎng)9發(fā)生了壓降時，控制器則根據(jù)電網(wǎng)跌落的電壓量則控制H橋逆變單元2輸出交流電壓對電網(wǎng)電壓進行補償。具體方法是:控制器3判斷電網(wǎng)9的電壓Us是否正常；若正常，則控制H橋逆變單元2輸出交流電電壓為零，同時控制并網(wǎng)逆變器10將風(fēng)能轉(zhuǎn)化的電能注入電網(wǎng)9 ；;若不正常，設(shè)Ustl為電網(wǎng)正常時電網(wǎng)9的電壓Us的電壓值，Usi為電網(wǎng)發(fā)生故障(電壓驟降)時電網(wǎng)9的電壓Us的電壓值，通過控制H橋逆變單元2輸出的交流電經(jīng)變壓器4對電網(wǎng)9輸出補償電壓Uj，使得補償電壓Uj滿足=Uj = (Uso-Usi)，同時控制剩余的風(fēng)電能通過并網(wǎng)逆變器10注入電網(wǎng)9，在風(fēng)電不足對電網(wǎng)進行壓降補償時，并網(wǎng)逆變器會維持直流母線的電壓穩(wěn)定。[0031]要注意的是，以上列舉的僅為本實用新型的具體實施例，顯然本實用新型不限于以上實施例，隨之有著許多的類似變化。本領(lǐng)域的技術(shù)人員如果從本實用新型公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)屬于本實用新型的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于風(fēng)電的電能質(zhì)量串聯(lián)補償裝置，其特征在于，包括: 風(fēng)力發(fā)電機，其將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為交流電輸出； 整流模塊，其輸入端與所述風(fēng)力發(fā)電機連接，將風(fēng)力發(fā)電機輸出的交流電轉(zhuǎn)換為直流電輸出； H橋逆變單元，其直流母線與所述整流模塊的輸出端連接，將整流模塊輸出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電； 并網(wǎng)逆變器，其直流母線與H橋逆變單元的直流母線連接，將整流模塊輸出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，并網(wǎng)逆變器的輸出端用于與電網(wǎng)連接； 直流電流檢測裝置，其與整流模塊的輸出端連接，以檢測整流模塊輸出的電流； 直流電壓檢測裝置，其與整流模塊輸出端的連接，以檢測整流模塊輸出的電壓； 交流電壓檢測裝置，其用以與電網(wǎng)連接，以檢測電網(wǎng)的電壓； 控制器，其分別與所述直流電流檢測裝置、直流電壓檢測裝置、整流模塊和風(fēng)力發(fā)電機連接，接收直流電流檢測裝置和直流電壓檢測裝置傳輸?shù)闹绷麟娏髦岛椭绷麟妷褐?，調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)速以對整流模塊進行最大功率跟蹤控制；所述控制器還與交流電壓檢測裝置、H橋逆變單元和并網(wǎng)逆變器連接，接收交流電壓檢測裝置傳輸?shù)慕涣麟妷褐蹬袛嚯娋W(wǎng)的工作狀態(tài)，以控制H橋逆變單元輸出交流電壓對電網(wǎng)電壓進行串聯(lián)補償或是控制并網(wǎng)逆變器將交流電注入電網(wǎng)。
2.如權(quán)利要求1所述的基于風(fēng)電的電能質(zhì)量串聯(lián)補償裝置，其特征在于，所述控制器包括數(shù)字信號處理器。
3.如權(quán)利要求1所述的基于風(fēng)電的電能質(zhì)量串聯(lián)補償裝置，其特征在于，所述控制器包括單片機。
4.如權(quán)利要求1所述的基于風(fēng)電的電能質(zhì)量串聯(lián)補償裝置，其特征在于，所述控制器包括計算機。
5.如權(quán)利要求1所述的基于風(fēng)電的電能質(zhì)量串聯(lián)補償裝置，其特征在于，所述直流電流檢測裝置包括直流電流傳感器。
6.如權(quán)利要求1所述的基于風(fēng)電的電能質(zhì)量串聯(lián)補償裝置，其特征在于，所述直流電壓檢測裝置包括直流電壓傳感器。
7.如權(quán)利要求1所述的基于風(fēng)電的電能質(zhì)量串聯(lián)補償裝置，其特征在于，還包括變壓器，該變壓器的初級線圈與所述H橋逆變單元的輸出端連接，該變壓器的次級線圈用于串接在電網(wǎng)中。
8.如權(quán)利要求1所述的基于風(fēng)電的電能質(zhì)量串聯(lián)補償裝置，其特征在于，所述交流電壓檢測裝置包括交流電壓傳感器。
【文檔編號】H02J3/12GK203423491SQ201320563671
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月11日
【發(fā)明者】孫岳, 李永旭, 吳傳濤, 盧之男, 邵光磊, 馬進 申請人:國網(wǎng)山東省電力公司聊城供電公司, 國家電網(wǎng)公司