CN102122819A

CN102122819A - 可用于微电网的有载调压变压器控制器

Info

Publication number: CN102122819A
Application number: CN2010105924864A
Authority: CN
Inventors: 肖朝霞; 方红伟; 肖冰
Original assignee: Tianjin Polytechnic University
Current assignee: Tianjin Polytechnic University
Priority date: 2010-12-16
Filing date: 2010-12-16
Publication date: 2011-07-13

Abstract

本发明属于分布式发电和智能电网控制领域，涉及一种微网拓扑结构和相应的有载调压变压器控制器。具体提供一种能够结合无触点有载调压变压器来实现包括太阳能发电单元、风力发电单元、燃料电池、光伏发电、直流负载和交流负载等单元的微电网智能控制的微网拓扑结构及其控制方式。实施过程为利用有载调压变压器实现微电网与大电网的连接，并对有载调压变压器DSP控制器采用先进的智能无功补偿控制方法，以电能质量指标中的频率和电压建立联合优化目标函数，实现对电压调节装置OLTC的优化控制，同时实现智能微电网内各种发电单元、负荷的优化控制。本发明所提出微电网拓扑结构和相应控制方法能达到对微电网内任意节点进行静态电压调节控制，实现微网与大电网的自适应连接。

Description

可用于微电网的有载调压变压器控制器

技术领域

本发明属于分布式发电和智能电网控制领域，具体涉及一种微网拓扑结构和相应的有载调压变压器控制器。

背景技术

微电网的概念及其相关技术在本世纪初世界上已经有很多国家展开了相关研究。以美国、欧盟和日本为代表，他们积极推广微电网技术，并且已经取得了一定的进展。美国相关研究机构主要对微电网的概念及热电联产式微电网的发展做出了重要贡献。欧盟第五和第六框架计划对微电网及多微电网的概念及相关技术进行了研究，内容主要包括微电网中分布式电源的控制、保护方案、实验平台建设、多个微电网连接到配电网的协调管理方案及微电网的高渗透率对大电网的影响等。日本在分布式发电应用和微网展示工程的建设方面走在了世界前列，已分别在Hachinohe，Aichi，Kyoto和Sendai等地建立了微网展示工程。

2009年，Galvin Electricity Initiative提出了智能微电网的概念，他认为智能微电网是大型电力***的现代化、小型化，能够提供更高的供电可靠性，更易满足用户增长的需求，最大可能的利用清洁能源和促进技术创新。所以智能微电网就是微电网的智能化，在微电网中利用先进的设备和先进的控制手段对多种发电设备和终端用户进行优化管理，使之为用户提供更可靠更高质量的电能和为大电网提供服务的措施均属于智能微电网的研究范畴。

微型电网的构建可以借鉴许多传统配电网的成功经验，但它与传统配电网存在很多不同之处，比如，传统配电网中的有载调压变压器功率流向一般是单方向的，微型电网中要求有载调压变压器必须是双向的，否则***会不稳定甚至瘫痪。由此可见，智能微电网拓扑和控制技术种类将是多样化的，实用化的智能微电网结构和控制技术还有待于进一步深入研究。

发明内容

本发明正是应微电网智能化发展的需求，提供一种能够结合无触点有载调压变压器来实现微电网智能控制的微网拓扑结构及其控制方式，达到对任意节点进行静态调节的电压控制策略。实现微网与大电网的自适应连接。为此，本发明采用如下的技术方案：

所述的微电网包括风力发电单元、燃料电池、光伏发电、蓄电池、直流负载和交流负载。其中，不同分布式电源组成微电网后，结合一种无触点有载调压变压器与电网连接。所述的有载调压变压器，采用DSP对其进行电子控制。

所述的有载调压变压器DSP控制器采用先进的智能无功补偿控制方法，以电能质量指标中的频率和电压建立联合优化目标函数，实现对电压调节装置OLTC的优化控制，同时实现智能微电网内各种发电单元、负荷的优化控制。

鉴于配电网线路阻抗呈阻性，微网内节点电压控制不仅与无功功率有关也与有功功率有关。所述的有载调压变压器通过测量各分布式电源输出的有功和无功功率，计算每个节点的电压变化，一旦某个节点电压不满足用户需求，OLTC控制器将自动调节有载调压变压器的分接头使电压满足要求。

本发明提出的基于无触点有载调压变压器的智能微网拓扑结构和控制方式，采用电子控制的有载调压变压器对微网内各节点电压进行静态控制，电子控制的有载调压变压器具有无级无触点自动调压功能，该有载调压变压器DSP控制器具有与上位机通信和故障报警等功能。同时，该有载调压变压器DSP控制器还具有负载自适应功能。当负载变化时，采用下垂控制和无功补偿相结合的手段对微网内各个微型电源节点和负载节点的静态电压进行及时控制。

具体而言，具有如下的技术有益效果：

1)有载调压变压器采用无触点DSP控制，使微电网与大***能自适应连接；

2)有载调压变压器具有功率双向流动功能；

3)根据节点负载和电压变化，实现微网内任意节点的静态电压控制；

4)有载调压变压器控制器采用特有的无功补偿技术，具有智能控制和负压消除功能；

5)有载调压变压器控制器具有过压、过载等保护功能，可提高微电网的运行可靠性；

6)有载调压变压器无机械触点，将不产生电弧，延长其使用寿命，减少维修成本。

附图说明

图1是基于有载调压变压器的微网拓扑结构示意图。

图1中，1是电网、2是有载调压变压器、3是光伏发电单元、4是逆变器、5是整流器、6是风力发电单元、7是燃料电池单元、8是蓄电池单元、9是电阻性负载、10是电动机负载、11是其他类负载、S是并网开关电路。

图2为有载调压变压器DSP控制原理图。

图3为无功补偿技术原理图。

具体实施方式

图1为基于有载调压变压器的微网拓扑结构示意图，其中1为配电网，负责在微网自身供电不足的时候，向负载供电。S为联网开关，负责配电网与微网的连接与分离。2为无触点的OLTC变压器及其控制***。3为光伏发电单元，通过逆变装置4后与微型电网母线连接。6为风力发电单元，它通过整流单元5先将频率不稳定的交流电变化为直流电，然后通过逆变装置4变化为频率稳定的交流电与微型电网母线连接。7为燃料电池单元，它也通过逆变装置4后与微型电网母线连接。8是蓄电池单元，它也通过逆变装置4后与微型电网母线连接。各个微型电源与微型电网母线连接后，共同向电阻性负载9、电动机负载10、以及其它类型负载11进行供电。当微型电网内自身发电量大于负载所需时，它将通过有载调压变压器2向配电网1输送部分功率。

如图2所示，本发明的智能微电网用有载调压变压器控制器首先利用电压传感器和电流传感器获得各微型电源节点和负载节点的电压和电流信号，并将其输入到DSP的A/D转换单元，将其变换为数字信号，然后根据电压电流的数字信号得到各节点相应的有功功率和无功功率。然后采用死区控制环节和相应的V-Q下垂特性曲线，对有载调压变压器的晶闸管开关进行控制，从而达到自适应调整微网内各节点静态电压的目的。死区控制单元主要用来负责消除在微型电源有功供给增加时，有载调压变压器的调节可能给其它节点带来的电压跌落问题。这里用到了一种无功补偿技术，该技术框图如图3所示。图3中输入OLTC控制器死区环节前的无功控制量通过在原来直接利用微型电源节点电压的无功功率Q加上一个补偿量Kc*P来进行补偿。补偿系数Kc可以根据微型电源的数目，下垂特性曲线特性，以及各个微型电源与有载调压变压器之间的线路阻抗计算而得。无功补偿后，DSP控制器将发出相应的PWM信号对无触点式有载调压变压器进行控制，从而实现对微网内各个微型电源节点和负载节点的静态电压控制。同时，有载调压变压器控制器还设计有通过串口与上位机通信的功能，并具有相应的过电压、过电流等报警显示和保护电子控制单元。

Claims

1.一种能够用于微电网的无触点有载调压变压器控制器，所述的微电网拓扑结构包括风力发电单元、燃料电池、光伏发电、蓄电池单元、直流负载和交流负载，其中不同分布式电源组成微电网后，结合一种无触点有载调压变压器与大电网连接；所述的有载调压变压器，采用DSP实现对微电网内各节点电压进行控制。

2.根据权利要求1所述的有载调压变压器DSP控制器，基于下垂控制和无功补偿策略的控制方法，其特征是：

(1)利用电压传感器和电流传感器获得各微型电源节点和负载节点的电压和电流信号，并将其输入到DSP的A/D转换单元，将其变换为数字信号；

(2)根据电压电流的数字信号得到各节点相应的有功功率和无功功率；

(3)采用死区控制环节和相应的V-Q下垂特性曲线，对有载调压变压器的晶闸管开关进行控制，从而达到自适应调整微网内各节点静态电压的目的。

3.根据权利要求2所述的无功补偿控制策略，其特征在于：通过在原来直接利用微型电源节点电压的无功功率Q加上一个补偿量Kc*P来进行补偿后，再输入到OLTC控制器死区环节。补偿系数Kc可以根据微型电源的数目，下垂特性曲线特性，以及各个微型电源与有载调压变压器之间的线路阻抗计算而得。