基于電池儲能的風(fēng)力發(fā)電機(jī)電能質(zhì)量控制器及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于電池儲能的風(fēng)力發(fā)電機(jī)電能質(zhì)量控制器，它包括：兩個并聯(lián)的逆變器I和逆變器II，所述逆變器I和逆變器I的三相交流側(cè)依次經(jīng)濾波電感、接觸器并接于電網(wǎng)三相進(jìn)線端，所述逆變器I和逆變器II的直流側(cè)接直流母線；并聯(lián)于逆變器II兩側(cè)的儲能電池組，雙向DC/DC變換器和控制電路，并公開了一種控制方法，本發(fā)明采用獨(dú)立的對風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率波動和諧波進(jìn)行補(bǔ)償，精確控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的電能質(zhì)量；借助直流母線，共用儲能電池，減少電池容量冗余，本發(fā)明通過PI控制平抑風(fēng)力發(fā)電機(jī)能量輸出的波動，同時對電池組充、放電進(jìn)行控制，響應(yīng)速度快。
【專利說明】基于電池儲能的風(fēng)力發(fā)電機(jī)電能質(zhì)量控制器及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)電能質(zhì)量控制器及控制方法，尤其涉及一種基于電池儲能的風(fēng)力發(fā)電機(jī)電能質(zhì)量控制器及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)力發(fā)電在電力系統(tǒng)中所占的比重日益增加，我國風(fēng)力資源豐富的地區(qū)多分布于電網(wǎng)相對薄弱的中西部，大量風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)給現(xiàn)有電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來極大的挑戰(zhàn)。由于風(fēng)能的能量密度低、隨機(jī)性和不穩(wěn)定性等特點(diǎn)，給大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)控制帶來困難。
[0003]風(fēng)力發(fā)電機(jī)的能量具有很大的波動性和不確定性，這一特點(diǎn)極易造成配電網(wǎng)電壓跌落、閃變，甚至短時供電中斷。同時，大部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)不能直接提供50Hz交流電能輸出，需經(jīng)電力電子器件進(jìn)行電能形式變化后接入電網(wǎng)，這樣可能會向電網(wǎng)注入大量諧波電流，增加了電網(wǎng)中發(fā)生諧振的可能性，嚴(yán)重威脅供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全運(yùn)行。因此，考慮配電網(wǎng)安全和用戶需求，必須綜合研究風(fēng)力發(fā)電機(jī)對配電網(wǎng)電能質(zhì)量的眾多影響因素，對風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)處注入電能的質(zhì)量進(jìn)行控制，這主要集中在電壓波動和諧波兩方面。
[0004]為了減小風(fēng)力發(fā)電機(jī)能量輸出的波動性，一般通過儲能電池與風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行互補(bǔ)來實(shí)現(xiàn)，主要在交流側(cè)進(jìn)行控制，各系統(tǒng)完全獨(dú)立，硬件成本高，協(xié)調(diào)控制復(fù)雜。特別是考慮到分布式電源和負(fù)荷所具有的分散性，以及不同類型的分布式電源與儲能裝置的不同組合方式時，其不同控制策略的協(xié)調(diào)和切換尤為復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)。
[0005]對于諧波的控制，常利用有源濾波器和無源濾波器。有源濾波器利用電容組，針對特定次諧波的平抑效果很好，但是無法應(yīng)對諧波的動態(tài)變化。有源濾波器能大大彌補(bǔ)無源濾波器的不足，但是需要另外加裝補(bǔ)償補(bǔ)償設(shè)備和電源，費(fèi)用較高，資源投入大，不利于風(fēng)力發(fā)電的推廣。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]一種基于電池儲能的風(fēng)力發(fā)電機(jī)電能質(zhì)量控制器，它包括:
[0008]兩個并聯(lián)的逆變器I和逆變器II，所述逆變器I和逆變器I的三相交流側(cè)依次經(jīng)濾波電感、接觸器并接于電網(wǎng)三相進(jìn)線端，所述逆變器I和逆變器II的直流側(cè)接直流母線，兩個并聯(lián)的逆變器I和逆變器II組成了諧波補(bǔ)償裝置；
[0009]儲能電池組:并聯(lián)于逆變器II的兩側(cè)；
[0010]雙向DC/DC變換器:并聯(lián)在所述儲能電池組的兩側(cè)，直流側(cè)接直流母線；
[0011]控制電路:控制電路包括控制器，控制器通過相應(yīng)的驅(qū)動電路分別與并聯(lián)的逆變器1、逆變器II和雙向DC/DC變換器連接，所述控制器通過相應(yīng)的信號調(diào)理電路分別與霍爾電壓傳感器和霍爾電流傳感器連接，所述控制器還與接觸器連接。
[0012]所述逆變器I和逆變器II均由三組絕緣雙極型晶體管反并聯(lián)二極管模塊構(gòu)成的三相全控橋組成。
[0013]所述雙向DC/DC變換器包括兩個絕緣柵雙極型晶體管反并聯(lián)二極管構(gòu)成的模塊，該模塊之間設(shè)有儲能電感。
[0014]所述逆變器I的直流側(cè)還與DC/DC變換器連接，DC/DC變換器與風(fēng)力發(fā)電機(jī)連接，逆變器I兩側(cè)并聯(lián)由電容C。
[0015]所述控制器為DSP控制器。
[0016]一種利用基于電池儲能的風(fēng)力發(fā)電機(jī)電能質(zhì)量控制器的控制方法，具體步驟為:
[0017]步驟一:根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的有功功率確定雙向DC/DC變換器的調(diào)制電流參考值，雙向DC/DC變換器的調(diào)制電流參考值與儲能電池組輸出電流相比較，輸出信號被送入控制電路，用來控制雙向DC/DC變換器；
[0018]步驟二:根據(jù)生成的諧波補(bǔ)償電流的三相控制信號確定abc坐標(biāo)小并聯(lián)逆變器補(bǔ)償電流的指令信號；該指令信號被送入控制電路，用來控制并聯(lián)逆變器；
[0019]步驟三:控制電路通過霍爾電流采集傳感器和霍爾電壓傳感器實(shí)時采集檢測點(diǎn)處的電壓、電流信息，并結(jié)合步驟一和步驟二中獲得的并聯(lián)逆變器和雙向DC/DC變換器的控制信號，通過相應(yīng)的驅(qū)動電路對并聯(lián)逆變器和雙向DC/DC變換器進(jìn)行控制。
[0020]所述步驟一的具體步驟為:
[0021](1-1)設(shè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的有功功率為Pc,風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的有功功率Pc經(jīng)一階低通濾波器得到并網(wǎng)有功功率參考值Z5/為:
[0022]P; = P -~其中，T為時間常數(shù)，s為復(fù)參數(shù)；
【權(quán)利要求】
1.一種基于電池儲能的風(fēng)力發(fā)電機(jī)電能質(zhì)量控制器，其特征是，它包括: 兩個并聯(lián)的逆變器I和逆變器II，所述逆變器I和逆變器I的三相交流側(cè)依次經(jīng)濾波電感、接觸器并接于電網(wǎng)三相進(jìn)線端，所述逆變器I和逆變器II的直流側(cè)接直流母線，兩個并聯(lián)的逆變器I和逆變器II組成了諧波補(bǔ)償裝置； 儲能電池組:并聯(lián)于逆變器II的兩側(cè)； 雙向DC/DC變換器:并聯(lián)在所述儲能電池組的兩側(cè)，直流側(cè)接直流母線； 控制電路:控制電路包括控制器，控制器通過相應(yīng)的驅(qū)動電路分別與并聯(lián)的逆變器1、逆變器II和DC/DC雙向變換器連接，所述控制器通過相應(yīng)的信號調(diào)理電路分別與霍爾電壓傳感器和霍爾電流傳感器連接，所述控制器還與接觸器連接。
2.如權(quán)利要求1所述一種基于電池儲能的風(fēng)力發(fā)電機(jī)電能質(zhì)量控制器，其特征是，所述逆變器I和逆變器II均由三組絕緣雙極型晶體管反并聯(lián)二極管模塊構(gòu)成的三相全控橋組成。
3.如權(quán)利要求1所述一種基于電池儲能的風(fēng)力發(fā)電機(jī)電能質(zhì)量控制器，其特征是，所述雙向DC/DC變換器包括兩個絕緣柵雙極型晶體管反并聯(lián)二極管構(gòu)成的模塊，該模塊之間設(shè)有儲能電感。
4.如權(quán)利要求1所述一種基于電池儲能的風(fēng)力發(fā)電機(jī)電能質(zhì)量控制器，其特征是，所述逆變器I的直流側(cè)還與DC/DC變換器連接，DC/DC變換器與風(fēng)力發(fā)電機(jī)連接，逆變器I兩側(cè)并聯(lián)由電容C。
5.如權(quán)利要求1所述一種基于電池儲能的風(fēng)力發(fā)電機(jī)電能質(zhì)量控制器，其特征是，所述控制器為DSP控制器。
6.利用權(quán)利要求1所述的一種利用基于電池儲能的風(fēng)力發(fā)電機(jī)電能質(zhì)量控制器的控制方法，其特征是，具體步驟為: 步驟一:根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的有功功率確定雙向DC/DC變換器的調(diào)制電流參考值，雙向DC/DC變換器的調(diào)制電流參考值與儲能電池組輸出電流相比較，輸出信號被送入控制電路，用來控制雙向DC/DC變換器； 步驟二:根據(jù)生成的諧波補(bǔ)償電流的三相控制信號確定abc坐標(biāo)小并聯(lián)逆變器補(bǔ)償電流的指令信號；該指令信號被送入控制電路，用來控制并聯(lián)逆變器； 步驟三:控制電路通過霍爾電流采集傳感器和霍爾電壓傳感器實(shí)時采集檢測點(diǎn)處的電壓、電流信息，并結(jié)合步驟一和步驟二中獲得的并聯(lián)逆變器和雙向DC/DC變換器的控制信號，通過相應(yīng)的驅(qū)動電路對并聯(lián)逆變器和雙向DC/DC變換器進(jìn)行控制。
7.如權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征是，所述步驟一的具體步驟為: (1-1)設(shè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的有功功率為Pc，風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的有功功率Pc經(jīng)一階低通濾波器得到并網(wǎng)有功功率參考值為: K = pG 1 1 τ，其中，T為時間常數(shù)，S為自然數(shù)；
(1-2)設(shè)并網(wǎng)參考有功功率為Pt，并網(wǎng)平均有功功率參考值與并網(wǎng)參考有功功率為Pt的偏差值通過PI調(diào)節(jié)器得到雙向DC/DC變換器的調(diào)制電流參考值^力:
8.如權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征是，所述步驟二的具體步驟為: (2-1)諧波補(bǔ)償裝置生成諧波補(bǔ)償電流i。的三項(xiàng)控制信號iM、icb> icc ； (2-2)設(shè)iLb, iLc是電池儲能系統(tǒng)并聯(lián)接入點(diǎn)處的三相負(fù)荷電流，采用基于瞬時無功功率理論的dqO檢測法檢測到電池儲能系統(tǒng)并聯(lián)接入點(diǎn)處的三相負(fù)荷電流的諧波成分I Lha、I Lhb、I Lhc ? (2-3)利用轉(zhuǎn)換矩陣將abc坐標(biāo)系下的三相負(fù)荷電流ka、iLb.1Lc變換到dqO坐標(biāo)系下的d軸、q軸和O軸電流id、iq、i。，所述轉(zhuǎn)換矩陣為:
9.如權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征是，所述步驟三的具體步驟為: (3-1)控制電路利用霍爾電壓傳感器和霍爾電流傳感器實(shí)時采集監(jiān)測點(diǎn)出的電壓、電流信息，并經(jīng)過信號調(diào)理電路送入控制器中； (3-2)控制器對采集的電壓和電流信號進(jìn)行處理，并結(jié)合病歷啊逆變器和雙向DC/DC變換器的控制信號，通過驅(qū)動電路根據(jù)設(shè)定好的調(diào)控指標(biāo)和控制參數(shù)對并聯(lián)逆變器和雙向DC/DC變換器進(jìn) 行控制，實(shí)現(xiàn)調(diào)控風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出電能質(zhì)量的功能。
【文檔編號】H02J3/32GK103475014SQ201310370117
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月22日
【發(fā)明者】王彥良, 金立軍, 魏然, 陳曉紅, 周科, 劉宗杰, 王一飛, 鄭凱, 張磊, 尚鵬, 孫浩 申請人:國家電網(wǎng)公司, 山東電力集團(tuán)公司濟(jì)寧供電公司