用于可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的工作范圍可以調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供用于可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)，該穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)連接于可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中，該穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)包括相互連接的電壓補(bǔ)償模塊、非關(guān)鍵負(fù)載模塊Ⅰ、非關(guān)鍵負(fù)載模塊Ⅱ、關(guān)鍵負(fù)載模塊和工作范圍調(diào)節(jié)模塊。同時(shí)，提供一種用于可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)的控制方法。本發(fā)明改變非關(guān)鍵負(fù)載模塊阻值與關(guān)鍵負(fù)載模塊阻值的比例，進(jìn)而改變該穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)的有效工作范圍，能夠?qū)⒎€(wěn)壓結(jié)構(gòu)的工作范圍擴(kuò)大35％。本發(fā)明的穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且可以廣泛嵌入到如熱水器、空調(diào)等非關(guān)鍵負(fù)載之中，提供了一種分布式的電壓補(bǔ)償策略，強(qiáng)化可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，有利于促進(jìn)可再生能源的大規(guī)模應(yīng)用。
【專利說明】
用于可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的工作范圍可以調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)及 控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及交流電網(wǎng)運(yùn)行控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種用于可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的 工作范圍可以調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著可再生能源(如風(fēng)能、太陽能等)發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，其并網(wǎng)容量正在逐年增長。 對于大型電網(wǎng)而言，因?yàn)槠渥晕艺{(diào)節(jié)能力較強(qiáng)，而且可再生能源發(fā)電量所占比重還不大，電 網(wǎng)穩(wěn)定性不會(huì)受到太大影響。對于容量較小的孤立微電網(wǎng)而言，可再生能源發(fā)電量所占比 重往往大于15%，如果其不規(guī)則變化的輸出功率不能與電網(wǎng)負(fù)荷相互平衡，會(huì)造成電網(wǎng)電 壓有效值的明顯波動(dòng)。這種交流電壓有效值的波動(dòng)會(huì)對電網(wǎng)穩(wěn)定性和接入微電網(wǎng)的用電設(shè) 備產(chǎn)生不利影響。
[0003] 針對可再生能源發(fā)電的間歇性特點(diǎn)，傳統(tǒng)的解決辦法是利用儲(chǔ)能電池或者靜止同 步補(bǔ)償器等裝置來補(bǔ)償發(fā)電量與電網(wǎng)負(fù)荷之間的差異，進(jìn)而達(dá)到維持電網(wǎng)電壓穩(wěn)定的效 果，但是這些方法會(huì)使成本顯著增加或者由于依賴于復(fù)雜的集中式補(bǔ)償策略難以實(shí)現(xiàn)及時(shí) 的補(bǔ)償。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種用于可再生能源發(fā)電系統(tǒng) 的穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)及控制方法，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)電量與用電負(fù)荷相互平衡，對關(guān)鍵負(fù)載模塊兩端 電壓有效值的波動(dòng)進(jìn)行有效抑制，而且穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)能夠有效抑制的波動(dòng)電壓的范圍是可以調(diào) 節(jié)的，可以提高穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)的可靠性。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提供一種用于可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的 穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)，該穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)連接于可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中，其中：所述穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)包括電壓補(bǔ)償模 塊、非關(guān)鍵負(fù)載模塊I、非關(guān)鍵負(fù)載模塊Π 、關(guān)鍵負(fù)載模塊、工作范圍調(diào)節(jié)模塊、工作電壓檢 測模塊和線電壓檢測模塊，所述關(guān)鍵負(fù)載模塊通過傳輸導(dǎo)線接到所述可再生能源發(fā)電系統(tǒng) 的發(fā)電單元的輸出端，所述非關(guān)鍵負(fù)載模塊I與所述電壓補(bǔ)償模塊串聯(lián)后，通過傳輸導(dǎo)線接 到所述可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電單元的輸出端，所述非關(guān)鍵負(fù)載模塊Π 中的單個(gè)負(fù)載與 開關(guān)器件相串聯(lián)，可以通過工作范圍調(diào)節(jié)模塊控制開關(guān)器件與非關(guān)鍵負(fù)載模塊I并聯(lián)或者 與關(guān)鍵負(fù)載模塊并聯(lián);所述電壓補(bǔ)償模塊包含直流電壓源、LC低通濾波器、單相電壓源型逆 變器模塊和線電壓控制模塊，所述單相電壓源型逆變器模塊7的交流輸出側(cè)與所述LC低通 濾波器相連接，所述單相電壓源型逆變器模塊7的直流輸入側(cè)接所述直流電壓源，所述LC低 通濾波器的濾波電容與所述非關(guān)鍵負(fù)載模塊I串聯(lián)。
[0006] 同時(shí)提供一種用于可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)的控制方法。
[0007] 本發(fā)明的效果是該穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)用于可再生能源發(fā)電系統(tǒng)，有效工作范圍是可以調(diào)節(jié) 的，能夠強(qiáng)化可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，有利于促進(jìn)可再生能源發(fā)電的大規(guī) 模應(yīng)用。
[0008] (1)本發(fā)明的穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)通過電壓補(bǔ)償模塊使非關(guān)鍵負(fù)載模塊上的電壓有效值隨可 再生能源發(fā)電單元輸出電壓變化而變化，而關(guān)鍵負(fù)載模塊上的電壓保持穩(wěn)定。與傳統(tǒng)的集 中式補(bǔ)償裝置如靜止同步補(bǔ)償器比較，所述電壓補(bǔ)償模塊可以廣泛嵌入到非關(guān)鍵負(fù)載(如 熱水器、電冰箱）中，提供一種簡單的、分布式的電壓補(bǔ)償策略，使關(guān)鍵負(fù)載上的電壓得到更 有效的補(bǔ)償。同時(shí)因?yàn)樵摲€(wěn)壓結(jié)構(gòu)只需補(bǔ)償關(guān)鍵負(fù)載模塊上的電壓使之穩(wěn)定而不需要補(bǔ)償 非關(guān)鍵負(fù)載模塊上的電壓，所以可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中用于維持輸出電壓穩(wěn)定的儲(chǔ)能電池 的容量可以減小50%，減少可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的成本。
[0009] (2)本發(fā)明的穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)通過工作范圍調(diào)節(jié)模塊控制與非關(guān)鍵負(fù)載模塊Π 中單個(gè)負(fù) 載相串聯(lián)的開關(guān)器件的連接通路，改變非關(guān)鍵負(fù)載模塊阻值與關(guān)鍵負(fù)載模塊阻值的比例， 進(jìn)而改變穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)的有效工作范圍，將穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)的工作范圍擴(kuò)大35%。
【附圖說明】
[0010] 圖1是本發(fā)明的用于可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的工作范圍可以調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)的拓?fù)?圖；
[0011] 圖2是本發(fā)明穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)的工作流程圖；
[0012] 圖3是本發(fā)明可再生能源發(fā)電單元輸出電壓Vg有效值與關(guān)鍵負(fù)載兩端電壓Vs有效 值波形圖；
[0013] 圖4是本發(fā)明可再生能源發(fā)電單元輸出電壓Vg有效值與關(guān)鍵負(fù)載兩端電壓Vs有效 值波形圖；
[0014] 圖5是本發(fā)明可再生能源發(fā)電單元輸出電壓Vg有效值與關(guān)鍵負(fù)載兩端電壓Vs有效 值波形圖。
[0015] 圖中：
[0016] 1、發(fā)電單元2、非關(guān)鍵負(fù)載模塊I 3、非關(guān)鍵負(fù)載模塊Π
[0017] 4、關(guān)鍵負(fù)載模塊5、電壓補(bǔ)償模塊6、直流電壓源
[0018] 7、單相電壓源型逆變器8、濾波電感9、濾波電容
[0019] 10、線電壓控制模塊11、工作范圍調(diào)節(jié)模塊12、開關(guān)器件
[0020] 13、輸電線路等效電感14、輸電線路等效電阻15、工作電壓檢測模塊
[0021] 16、線電壓檢測模塊
【具體實(shí)施方式】
[0022] 結(jié)合附圖對本發(fā)明的用于可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)及控制方法做更近一 步的解釋。
[0023] 本發(fā)明的用于可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)及控制方法設(shè)計(jì)思想是基于所述 可再生能源發(fā)電系統(tǒng)，由于可再生能源發(fā)電的間歇性特點(diǎn)，可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電單 元1輸出的交流電壓的有效值是在一定范圍不規(guī)則變化的。該穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)是在可再生能源發(fā) 電系統(tǒng)中用于維持關(guān)鍵負(fù)載模塊4上交流電壓穩(wěn)定的、工作范圍可以調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)。
[0024] 本發(fā)明的用于可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)是，該穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)連接于可再生能源 發(fā)電系統(tǒng)中，所述穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)包括電壓補(bǔ)償模塊5、非關(guān)鍵負(fù)載模塊12、非關(guān)鍵負(fù)載模塊Π 3、 關(guān)鍵負(fù)載模塊4、工作范圍調(diào)節(jié)模塊11、工作電壓檢測模塊15、線電壓檢測模塊16,所述關(guān)鍵 負(fù)載模塊4通過傳輸導(dǎo)線接到所述可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電單元1的輸出端，所述非關(guān)鍵 負(fù)載模塊12與所述電壓補(bǔ)償模塊5串聯(lián)后，通過傳輸導(dǎo)線接到所述可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的 發(fā)電單元1的輸出端，所述非關(guān)鍵負(fù)載模塊Π 3中的單個(gè)負(fù)載與開關(guān)器件12相串聯(lián)，通過工 作范圍調(diào)節(jié)模塊11控制開關(guān)器件12與非關(guān)鍵負(fù)載模塊12并聯(lián)或者與關(guān)鍵負(fù)載模塊4并聯(lián)； 所述電壓補(bǔ)償模塊5包含直流電壓源6、LC低通濾波器、單相電壓源型逆變器模塊7和線電壓 控制模塊10,所述單相電壓源型逆變器模塊7的交流輸出側(cè)與所述LC低通濾波器相連接，所 述單相電壓源型逆變器模塊7的直流輸入側(cè)接所述直流電壓源6,所述LC低通濾波器的濾波 電容9與所述非關(guān)鍵負(fù)載模塊12串聯(lián)。
[0025]所述非關(guān)鍵負(fù)載模塊12、非關(guān)鍵負(fù)載模塊Π 3均包含一個(gè)或多個(gè)相并聯(lián)的工作電 壓范圍在150V-280V的非關(guān)鍵負(fù)載。
[0026]所述關(guān)鍵負(fù)載模塊4包含一個(gè)或多個(gè)相并聯(lián)的工作電壓范圍在215V-225V的關(guān)鍵 負(fù)載。所述線電壓檢測模塊16通過電壓傳感器檢測關(guān)鍵負(fù)載模塊4兩端電壓的有效值，并且 將該線電壓有效值傳送給所述電壓補(bǔ)償模塊5。所述直流電壓源5是蓄電池組或者整流電路 并聯(lián)電解電容模塊。所述單相電壓源型逆變器模塊7是4個(gè)開關(guān)管組成的單相全橋逆變電路 或者是2個(gè)開關(guān)管組成的單相半橋逆變電路或者多級逆變電路。所述線電壓控制模塊10根 據(jù)所述線電壓檢測模塊16傳送的線電壓有效值，產(chǎn)生PWM信號控制所述單相電壓源型逆變 器模塊7輸出補(bǔ)償交流電壓。所述電壓補(bǔ)償模塊5使非關(guān)鍵負(fù)載模塊12兩端的電壓有效值隨 可再生能源發(fā)電單元1的輸出電壓變化而變化，而所述關(guān)鍵負(fù)載模塊4上的電壓保持穩(wěn)定。
[0027] 所述工作范圍調(diào)節(jié)模塊11根據(jù)所述工作電壓檢測模塊15傳送的可再生能源發(fā)電 單元11的輸出電壓的有效值，選擇所述穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)的工作范圍，控制與所述非關(guān)鍵負(fù)載模塊 Π 3中單個(gè)負(fù)載相串聯(lián)的開關(guān)器件12的連接通路，選擇非關(guān)鍵負(fù)載模塊Π 3中單個(gè)負(fù)載與所 述非關(guān)鍵負(fù)載模塊12并聯(lián)或者與所述關(guān)鍵負(fù)載模塊4并聯(lián)，調(diào)整非關(guān)鍵負(fù)載模塊阻值與關(guān) 鍵負(fù)載模塊阻值的比例，并調(diào)整該穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)的有效工作范圍。所述工作電壓檢測模塊15通 過電壓傳感器檢測所述可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電單元1的輸出電壓的有效值，并且將該 工作電壓有效值傳送給所述工作范圍調(diào)節(jié)模塊11。
[0028] 本發(fā)明的用于可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)的控制方法步驟為：
[0029] A):可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電單元1輸出的交流電壓有效值發(fā)生不規(guī)則的變化， 用工作電壓檢測模塊15檢測Vg有效值，并且傳送給工作范圍調(diào)節(jié)模塊(11);
[0030] B):工作范圍調(diào)節(jié)模塊11根據(jù)Vg有效值判斷該電壓是否處于穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)的工作范圍 1內(nèi)，如果Vg有效值高于或低于工作范圍1，工作范圍調(diào)節(jié)模塊11就依次控制與非關(guān)鍵負(fù)載 模塊Π 3中單個(gè)負(fù)載相串聯(lián)的開關(guān)器件12的連接通路，使非關(guān)鍵負(fù)載模塊Π 3與非關(guān)鍵負(fù)載 模塊14并聯(lián)，從而擴(kuò)大該穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)的工作范圍1至工作范圍2,使Vg的有效值在工作范圍2 內(nèi)；
[0031] C):如果工作范圍調(diào)節(jié)模塊11判斷Vg有效值在穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)的工作范圍1或工作范圍2 內(nèi)，線電壓檢測模塊16就檢測關(guān)鍵負(fù)載模塊4兩端的電壓Vs有效值，并且傳送給線電壓控制 豐旲塊10;
[0032] D):線電壓控制模塊10將Vs的有效值與關(guān)鍵負(fù)載模塊4額定工作電壓Vref設(shè)定為 220V相比較，如果Vs有效值等于Vref，線電壓控制模塊10的輸出就保持不變，電壓補(bǔ)償模塊 5的補(bǔ)償電壓Vc保持不變;如果Vs有效值不等于Vref，線電壓控制模塊10的輸出就變化，控 制單相電壓源型逆變器7的交流輸出電壓變化，補(bǔ)償電壓Vc幅值發(fā)生變化，直至關(guān)鍵負(fù)載模 塊4兩端的電壓Vs有效值與Vref相等。
[0033] 本發(fā)明的用于可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)及控制方法是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0034] 如圖1所示，是本發(fā)明的用于可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D。該系統(tǒng)主要 包括再生能源發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電單元1、非關(guān)鍵負(fù)載模塊12、非關(guān)鍵負(fù)載模塊Π 3、關(guān)鍵負(fù)載模 塊4、電壓補(bǔ)償模塊5、工作范圍調(diào)節(jié)模塊11、工作電壓檢測模塊15與線電壓檢測模塊16。
[0035] 所述非關(guān)鍵負(fù)載模塊12與非關(guān)鍵負(fù)載模塊Π 3均包含一個(gè)或多個(gè)相并聯(lián)的非關(guān)鍵 負(fù)載。關(guān)鍵負(fù)載模塊4包含一個(gè)或多個(gè)相并聯(lián)的關(guān)鍵負(fù)載。非關(guān)鍵負(fù)載是指工作電壓范圍達(dá) 到150V-280V的負(fù)載，常見非關(guān)鍵負(fù)載如熱水器、空調(diào)等。關(guān)鍵負(fù)載是指工作電壓范圍限制 在215V-225V的負(fù)載，常見關(guān)鍵負(fù)載如電腦、心電監(jiān)護(hù)儀等。
[0036] 所述非關(guān)鍵負(fù)載模塊12與電壓補(bǔ)償模塊5串聯(lián)后，通過傳輸導(dǎo)線接到可再生能源 發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電單元1的輸出端。關(guān)鍵負(fù)載模塊4也通過輸電線路接到可再生能源發(fā)電系統(tǒng) 的發(fā)電單元1輸出端。非關(guān)鍵負(fù)載模塊Π 3中的單個(gè)負(fù)載與開關(guān)器件12相串聯(lián)，由工作范圍 調(diào)節(jié)模塊11控制開關(guān)器件12與非關(guān)鍵負(fù)載模塊12并聯(lián)或者關(guān)鍵負(fù)載模塊4并聯(lián)。
[0037] 所述電壓補(bǔ)償模塊5包括一個(gè)單相電壓源型逆變器模塊7、一個(gè)直流電壓源6、一個(gè) LC低通濾波器和和一個(gè)線電壓控制模塊10。單相電壓源逆變器模塊7的直流輸入側(cè)接直流 電壓源6,交流輸出側(cè)接LC低通濾波器。單相電壓源逆變器模塊7可以是4個(gè)開關(guān)管組成的單 相全橋逆變電路或者是2個(gè)開關(guān)管組成的單相半橋逆變電路或者多級逆變電路。直流電壓 源6是蓄電池組或者整流電路并聯(lián)電解電容模塊。LC低通濾波器的濾波電容9C f與關(guān)鍵負(fù)載 模塊12串聯(lián)后通過輸電線路接到再生能源發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電單元1輸出端。線電壓控制模塊 10輸出PffM信號，驅(qū)動(dòng)單相電壓源型逆變器7中的開關(guān)管，控制濾波電容9C f上交流電壓Vc的 有效值。
[0038] 所述非關(guān)鍵負(fù)載模塊Π 3通過開關(guān)器件12選擇與非關(guān)鍵負(fù)載模塊12并聯(lián)或者與關(guān) 鍵負(fù)載模塊4并聯(lián)。如果非關(guān)鍵負(fù)載模塊Π 3與非關(guān)鍵負(fù)載模塊12相并聯(lián)，就可以將非關(guān)鍵 負(fù)載模塊12與非關(guān)鍵負(fù)載模塊Π 3-起看作1個(gè)非關(guān)鍵負(fù)載模塊。同理，如果非關(guān)鍵負(fù)載模 塊Π 3與關(guān)鍵負(fù)載模塊4相并聯(lián)，就將非關(guān)鍵負(fù)載模塊Π 與關(guān)鍵負(fù)載模塊一起看作一個(gè)非關(guān) 鍵負(fù)載模塊。改變非關(guān)鍵負(fù)載模塊阻值與關(guān)鍵負(fù)載模塊阻值的比例可以改變穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)的工 作范圍。因此工作范圍調(diào)節(jié)模塊11通過控制與非關(guān)鍵負(fù)載模塊Π 3中單個(gè)負(fù)載相串聯(lián)的開 關(guān)器件12的連接通路，可以改變非關(guān)鍵負(fù)載模塊阻值與關(guān)鍵負(fù)載模塊阻值的比例，進(jìn)而改 變穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)的工作范圍。
[0039] 所述工作電壓檢測模塊15檢測再生能源發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電單元1輸出電壓Vg有效 值，線電壓檢測模塊16檢測關(guān)鍵負(fù)載模塊4兩端線電壓Vs的有效值，Vg與Vs分別反饋給工作 范圍調(diào)節(jié)模塊11與線電壓控制模塊10。
[0040] 由于太陽光照強(qiáng)度、風(fēng)速不斷變化，基于太陽能或風(fēng)能的再生能源發(fā)電系統(tǒng)的發(fā) 電單元1輸出功率也不斷變化，再生能源發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電單元1輸出有效值不斷變化的單相 交流電壓Vg，造成關(guān)鍵負(fù)載模塊4兩端的線電壓Vs也會(huì)不斷變化。線電壓Vs的這種不斷波動(dòng) 不僅會(huì)對關(guān)鍵負(fù)載的可靠運(yùn)行帶來不利影響，有時(shí)甚至?xí)l(fā)更為嚴(yán)重的后果。比如醫(yī)院 用的心電監(jiān)護(hù)儀，對工作電壓的要求就比較嚴(yán)格，一旦電壓波動(dòng)導(dǎo)致儀器不能可靠工作，就 可能會(huì)危及患者安全。
[0041]本發(fā)明穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)的工作原理：（1)用電壓補(bǔ)償模塊5控制濾波電容9Cf的交流電壓 Vc，使非關(guān)鍵負(fù)載模塊12上的電壓隨Vg的波動(dòng)而波動(dòng)，非關(guān)鍵負(fù)載模塊12消耗的功率隨發(fā) 電單元1輸出功率變化而變化，保證關(guān)鍵負(fù)載模塊4消耗的功率保持不變，從而使關(guān)鍵負(fù)載 模塊4兩端的線電壓Vs維持穩(wěn)定；（2)通過控制與非關(guān)鍵負(fù)載模塊Π 3中單個(gè)負(fù)載相串聯(lián)的 開關(guān)器件12的連接通路，改變非關(guān)鍵負(fù)載模塊阻值與關(guān)鍵負(fù)載模塊阻值的比例，進(jìn)而調(diào)節(jié) 穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)的工作范圍。
[0042]如圖2所示是該穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)工作的流程圖，下面結(jié)合實(shí)施例說明該穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)的工作 流程與效果。
[0043] 建立如圖1所示的用于可再生能源發(fā)電的穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)，其中再生能源發(fā)電系統(tǒng)的發(fā) 電單元1是輸出可以調(diào)節(jié)的單相電壓源，輸電線路以及線路損耗用0.1 Ω電阻14和2.2mH電 感13串聯(lián)等效，LC低通濾波器參數(shù)分別為3mH和50uF。單相電壓源型逆變器模塊，7是四個(gè) MOSFET構(gòu)成的單相全橋電路，其直流輸入側(cè)接350V電池組。非關(guān)鍵負(fù)載模塊12有10個(gè)100 Ω 的電阻相互并聯(lián)，非關(guān)鍵負(fù)載模塊Π 3有5個(gè)100 Ω的電阻相互并聯(lián)，關(guān)鍵負(fù)載模塊4也有5個(gè) 100 Ω電阻相互并聯(lián)。
[0044] (a)使非關(guān)鍵負(fù)載模塊Π 的5個(gè)電阻全部與關(guān)鍵負(fù)載模塊相并聯(lián)，則此時(shí)關(guān)鍵負(fù)載 阻值與非關(guān)鍵負(fù)載阻值的比例男
[0045] 如圖3所示是電壓補(bǔ)償模塊不工作時(shí)，通過旁路開關(guān)使圖1中濾波電容9Cf短路，可 再生能源發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電單元1輸出電壓Vg有效值與關(guān)鍵負(fù)載模塊4兩端電壓Vs有效值的 波形圖，實(shí)線為Vs有效值，虛線為Vg有效值。通過設(shè)定單相電壓源輸出電壓Vg有效值的變化 來模擬再生能源發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電單元1輸出電壓的變化，其中0-1.5s Vg為220V，1.5s-3s Vg下降為217V，3s-4.5s Vg上升為233V，4.5s-6s Vg上升為234.5V，6s-7.5s Vg下降為 215V。從圖3實(shí)線可以看出關(guān)鍵負(fù)載模塊4兩端電壓Vs有效值總是在隨Vg的變化而變化的， 不能穩(wěn)定在其額定工作電壓220V，這種工作電壓有效值的波動(dòng)會(huì)對關(guān)鍵負(fù)載，如精密設(shè)備 與儀器的可靠運(yùn)行帶來不利影響。
[0046] 如圖4所示是電壓補(bǔ)償模塊5工作時(shí)，再生能源發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電單元1輸出電壓Vg 有效值與關(guān)鍵負(fù)載模塊4兩端電壓Vs有效值的波形圖，實(shí)線為Vs有效值，虛線為Vg有效值。 同樣，通過設(shè)定單相電壓源輸出電壓Vg有效值的變化來模擬再生能源發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電單元 1輸出電壓的變化，其中〇-1.5s Vg為220V，1.5s-3s Vg下降為217V，3s-4.5s Vg上升為 233V，4.5s-6s Vg上升為234.5V，6s-7.5s Vg下降為215V。從圖4實(shí)線可以看出，在0-4.5s 內(nèi)，當(dāng)Vg發(fā)生變化后，關(guān)鍵負(fù)載模塊4兩端電壓Vs的有效值都能很快穩(wěn)定到220V。但是，在 4.5s-7.5s，當(dāng)Vg超過一定范圍后，Vs最終不能收斂到220V。因此當(dāng)關(guān)鍵負(fù)載阻值與非關(guān)鍵 負(fù)載阻值的比例固定時(shí)，穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)的有效工作范圍是有限制的。例如，圖4例中關(guān)鍵負(fù)載阻 100 ,、100r、 值與非關(guān)鍵負(fù)載阻值的比例是此時(shí)穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)的工作范圍是工作范圍丄 (216.3V-233V)，當(dāng)再生能源發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電單元1輸出電壓Vg有效值處在工作范圍1內(nèi)時(shí)， 穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)能夠?qū)㈥P(guān)鍵負(fù)載模塊4上的電壓有效值穩(wěn)定在220V，當(dāng)再生能源發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電 單元1輸出電壓Vg有效值超出穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)的有效工作范圍1時(shí)，穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)的工作范圍也應(yīng)該作 出相應(yīng)調(diào)整，才能使關(guān)鍵負(fù)載模塊4兩端的電壓穩(wěn)定在其額定工作電壓。
[0047] (b)當(dāng)再生能源發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電單元1輸出電壓Vg有效值超出穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)的有效工 作范圍1時(shí)，結(jié)合圖2說明本發(fā)明的工作范圍可以調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)的工作步驟如下：
[0048] 工作電壓檢測模塊15用電壓傳感器檢測出再生能源發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電單元1輸出電 壓Vg有效值并且傳送給工作范圍調(diào)節(jié)模塊11，工作范圍調(diào)節(jié)模塊11將Vg有效值，例如235V 與穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)工作范圍1(216.3V-233V)相比較，發(fā)現(xiàn)再生能源發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電單元1輸出電 壓Vg有效值超出了穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)工作范圍1，此時(shí)就通過工作范圍調(diào)節(jié)模塊11控制開關(guān)器件12 的連接通路將非關(guān)鍵負(fù)載模塊Π 3中的2個(gè)電阻保持與關(guān)鍵負(fù)載模塊4相并聯(lián)，而其余3個(gè)電 阻與非關(guān)鍵負(fù)載模塊I 2相并聯(lián)，此時(shí)關(guān)鍵負(fù)載阻值與非關(guān)鍵負(fù)載阻值的比例是
而穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)的工作范圍已經(jīng)擴(kuò)大至工作范圍2(213.2V-235V)。
[0049] 此時(shí)線電壓檢測模塊16就檢測關(guān)鍵負(fù)載模塊4兩端的電壓Vs有效值，并且傳送給 線電壓控制模塊10;線電壓控制模塊10將Vs的有效值與關(guān)鍵負(fù)載模塊4額定工作電壓Vref 設(shè)定為220V相比較，如果Vs有效值等于Vref，線電壓控制模塊10的輸出就保持不變，電壓補(bǔ) 償模塊5的補(bǔ)償電壓Vc保持不變;如果Vs有效值不等于Vref，線電壓控制模塊10的輸出就變 化，控制單相電壓源型逆變器7的交流輸出電壓變化，補(bǔ)償電壓Vc幅值發(fā)生變化，直至關(guān)鍵 負(fù)載模塊4兩端的電壓Vs有效值與Vref相等。
[0050] 如圖5所示是電壓補(bǔ)償模塊5工作時(shí)，再生能源發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電單元1輸出電壓Vg 有效值與關(guān)鍵負(fù)載模塊4兩端電壓Vs有效值的波形圖，實(shí)線為Vs有效值，虛線為Vg有效值。 同樣，通過設(shè)定單相電壓源輸出電壓Vg有效值的變化來模擬再生能源發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電單元 1輸出電壓的變化，其中〇-1.5s Vg為220V，1.5s-3s Vg下降為217V，3s-4.5s Vg上升為 233V，4.5s-6s Vg上升為234.5V，6s-7.5s Vg下降為215V。從圖5實(shí)線可以看出，在0-7.5s 中，當(dāng)Vg發(fā)生變化后，關(guān)鍵負(fù)載模塊4兩端電壓Vs的有效值都能很快穩(wěn)定到220V，而這在圖4 中是不能實(shí)現(xiàn)的。因此，通過改變關(guān)鍵負(fù)載阻值與非關(guān)鍵負(fù)載阻值的比例來改變穩(wěn)壓結(jié)構(gòu) 的工作范圍是可行的。
[0051] 本發(fā)明提供的穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)根據(jù)再生能源發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電單元1輸出電壓Vg有效值的 波動(dòng)范圍自動(dòng)調(diào)節(jié)穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)的工作范圍，從而將維持關(guān)鍵負(fù)載模塊4兩端維持在其額定工 作電壓，能夠強(qiáng)化可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，有利于促進(jìn)可再生能源發(fā)電的 大規(guī)模應(yīng)用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)，該穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)連接于可再生能源發(fā)電系統(tǒng) 中，其特征是:所述穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)包括電壓補(bǔ)償模塊(5)、非關(guān)鍵負(fù)載模塊1(2)、非關(guān)鍵負(fù)載模塊 Π (3)、關(guān)鍵負(fù)載模塊(4)、工作范圍調(diào)節(jié)模塊（11)、線電壓檢測模塊(16)和工作電壓檢測模 塊(15)，所述關(guān)鍵負(fù)載模塊(4)通過傳輸導(dǎo)線接到所述可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電單元(1) 的輸出端，所述非關(guān)鍵負(fù)載模塊1(2)與所述電壓補(bǔ)償模塊(5)串聯(lián)后，通過傳輸導(dǎo)線接到所 述可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電單元(1)的輸出端，所述非關(guān)鍵負(fù)載模塊Π (3)中的單個(gè)負(fù)載 與開關(guān)器件（12)相串聯(lián)，通過工作范圍調(diào)節(jié)模塊(11)控制開關(guān)器件（12)與非關(guān)鍵負(fù)載模塊 1(2)并聯(lián)或者與關(guān)鍵負(fù)載模塊(4)并聯(lián);所述電壓補(bǔ)償模塊(5)包含直流電壓源(6)、LC低通 濾波器、單相電壓源型逆變器模塊(7)和線電壓控制模塊(10)，所述單相電壓源型逆變器模 塊(7)的交流輸出側(cè)與所述LC低通濾波器相連接，所述單相電壓源型逆變器模塊(7)的直流 輸入側(cè)接所述直流電壓源(6)，所述LC低通濾波器的濾波電容(9)與所述非關(guān)鍵負(fù)載模塊I (2)串聯(lián)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)，其特征是:所述非關(guān)鍵負(fù) 載模塊I(2)、非關(guān)鍵負(fù)載模塊Π (3)均包含一個(gè)或多個(gè)相并聯(lián)的工作電壓范圍在150V-280V 的非關(guān)鍵負(fù)載。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)，其特征是:所述關(guān)鍵負(fù)載 模塊(4)包含一個(gè)或多個(gè)相并聯(lián)的工作電壓范圍在215V-225V的關(guān)鍵負(fù)載。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)，其特征是:所述線電壓檢 測模塊（16)通過電壓傳感器檢測關(guān)鍵負(fù)載模塊(4)兩端電壓的有效值，并且將該線電壓有 效值傳送給所述電壓補(bǔ)償模塊(5)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)，其特征是:所述工作電壓 檢測模塊(15)通過電壓傳感器檢測所述可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電單元(1)的輸出電壓的 有效值，并且將該工作電壓有效值傳送給所述工作范圍調(diào)節(jié)模塊(11)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)，其特征是:所述直流電壓 源(5)是蓄電池組或者整流電路并聯(lián)電解電容模塊。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)，其特征是:所述單相電壓 源型逆變器模塊(7)是4個(gè)開關(guān)管組成的單相全橋逆變電路或者是2個(gè)開關(guān)管組成的單相半 橋逆變電路或者多級逆變電路。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)，其特征是:所述線電壓控 制模塊（10)根據(jù)所述線電壓檢測模塊（16)傳送的線電壓有效值，產(chǎn)生PWM信號控制所述單 相電壓源型逆變器模塊(7)輸出補(bǔ)償交流電壓。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)，其特征是:所述工作范圍 調(diào)節(jié)模塊（11)根據(jù)所述工作電壓檢測模塊（15)傳送的可再生能源發(fā)電單元（11)的輸出電 壓的有效值，選擇所述穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)的工作范圍，控制與所述非關(guān)鍵負(fù)載模塊Π (3)中單個(gè)負(fù)載 相串聯(lián)的開關(guān)器件（12)的連接通路，選擇非關(guān)鍵負(fù)載模塊Π (3)中單個(gè)負(fù)載與所述非關(guān)鍵 負(fù)載模塊1(2)并聯(lián)或者與所述關(guān)鍵負(fù)載模塊(4)并聯(lián)，調(diào)整非關(guān)鍵負(fù)載模塊阻值與關(guān)鍵負(fù) 載模塊阻值的比例，并調(diào)整該穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)的有效工作范圍。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)的控制方法，其特征是： 該方法步驟為： A) :可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電單元（1)輸出的交流電壓有效值發(fā)生不規(guī)則的變化，用 工作電壓檢測模塊(15)檢測Vg有效值，并且傳送給工作范圍調(diào)節(jié)模塊(11); B) :工作范圍調(diào)節(jié)模塊（11)根據(jù)Vg有效值判斷該電壓是否處于穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)的工作范圍1 內(nèi)，如果Vg有效值高于或低于工作范圍1，工作范圍調(diào)節(jié)模塊（11)就依次控制與非關(guān)鍵負(fù)載 模塊Π (3)中單個(gè)負(fù)載相串聯(lián)的開關(guān)器件（12)的連接通路，使非關(guān)鍵負(fù)載模塊Π (3)與非關(guān) 鍵負(fù)載模塊1(4)并聯(lián)，從而擴(kuò)大該穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)的工作范圍1至工作范圍2,使Vg的有效值在工 作范圍2內(nèi)； C) :如果工作范圍調(diào)節(jié)模塊（11)判斷Vg有效值在穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)的工作范圍1或工作范圍2 內(nèi)，線電壓檢測模塊(16)就檢測關(guān)鍵負(fù)載模塊(4)兩端的電壓Vs有效值，并且傳送給線電壓 控制模塊(10); D) :線電壓控制模塊（10)將Vs的有效值與關(guān)鍵負(fù)載模塊(4)額定工作電壓Vref設(shè)定為 220V相比較，如果Vs有效值等于Vref，線電壓控制模塊(10)的輸出就保持不變，電壓補(bǔ)償模 塊(5)的補(bǔ)償電壓Vc保持不變;如果Vs有效值不等于Vref，線電壓控制模塊（10)的輸出就變 化，控制單相電壓源型逆變器(7)的交流輸出電壓變化，補(bǔ)償電壓Vc幅值發(fā)生變化，直至關(guān) 鍵負(fù)載模塊(4)兩端的電壓Vs有效值與Vref相等。
【文檔編號】H02J3/38GK105914745SQ201610322076
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月16日
【發(fā)明人】魏熙樂, 劉陽, 張鎮(zhèn), 鄧斌, 于海濤, 劉晨, 伊國勝, 王江
【申請人】天津大學(xué)