CN103606951B - 基于风能发电的电能质量补偿控制装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于风能发电的电能质量补偿控制装置与方法,装置包括风电转换模块、中央控制模块、直流处理模块、交流电压互感模块、H桥逆变模块和旁路晶闸管模块,中央控制模块通过直流处理模块测量直流电的电流值和电压值,并计算直流处理模块的实时输出功率,对直流处理模块进行最大功率追踪,通过交流互感模块测量交流电网的电压值,当中央控制模块检测到交流电网的电压值低于所述交流电网预设的额定电压值的预设范围时,控制旁路晶闸管模块关断,并控制H桥逆变模块向交流电网补偿交流电网预设的额定电压值与交流电网电压值的差额电压值。本发明基于风能发电的电能质量补偿控制装置没有采用串联变压器,因而体积小、成本低廉。
Description
技术领域
本发明涉及电能质量技术领域,特别是涉及基于风能发电的电能质量补偿控制装置与方法。
背景技术
电能质量问题不仅会给工业界带来很大的经济损失,如停工和再启动导致生产成本增加,损坏反应灵敏设备,报废半成品,降低产品质量,造成营销困难而损害公司形象及和用户的良好商业关系等,而且也会给医疗等重要用电部门的设备带来危害,引起严重的生产和运行事故,美国电力研究院研究显示,电能质量问题每年导致美国工业在数据,材料和生产力上的损失达300亿美元,在新加坡,每次电压瞬间下降都会造成低于100万新元的经济损失;随着我国高科技工业的迅速发展,对电能质量水平的要求也越来越高,电压骤降(陷落、跌落)是其中的主要问题,电压陷落不仅会引起电力***的电压质量问题,也会危及用电设备的安全工作,电力***故障,大型电机启动,支路电路短路等都会引起电压陷落,虽然电压陷落时间短,但是它会引起工业过程的中断或停工,而所引起工业过程的停工期间远远大于电压陷落事故的本身时间,因此所造成的损失很大,电压陷落的特征是电源电压骤然下降至10%到预设范围的正常电压值并持续0.5到50个周期。
过去传统的方法,如电压调节器并不能解决上述电能质量缺陷问题,为此,有科研人员研发出了不间断电源UPS装置,虽然不间断电源UPS装置能够解决上述电能质量缺陷的问题,但是其成本和运行费用都极其昂贵,且响应处理速度不够理想,不能满足当前生产生活的需求,也无法得到广泛的推广与应用。
发明内容
基于此,有必要针对现有基于风能发电的电能质量补偿控制装置响应处理速度低、结构复杂且成本高昂的问题,提供一种结构简单且生成成本低廉的基于风能发电的电能质量补偿控制装置与方法。
一种基于风能发电的电能质量补偿控制装置,包括风电转换模块、中央控制模块、直流处理模块、交流电压互感模块、H桥逆变模块和旁路晶闸管模块,所述旁路晶闸管模块包括多个反串联连接的绝缘栅双极性晶体管;
所述风电转换模块与所述直流处理模块的输入端连接,所述直流处理模块的控制端与所述中央控制模块的控制端连接,所述交流电压互感模块的输入端与交流电网接入端连接,所述交流电压互感模块的输出端与所述中央控制模块的交流输入端连接,所述H桥逆变模块的输入端与所述直流处理模块的输出端连接,所述H桥逆变模块的控制端与所述中央控制模块的逆变控制端连接,所述H桥逆变模块的输出端输出经过所述中央控制端控制调节的交流电,所述旁路晶闸管模块的控制端与所述中央控制模块的旁路开关控制端连接,所述旁路晶闸管模块的输入端与所述交流电网的供电端连接,所述旁路晶闸管模块的输出端与所述交流电网的负荷端连接;
所述风电转换模块将风能转化为直流电能,并将直流电传输到直流处理模块,所述中央控制模块通过所述直流处理模块测量所述直流电的电流值和电压值,并计算所述直流处理模块的实时输出功率,对所述所述直流处理模块进行最大功率追踪,所述中央控制模块通过所述交流互感模块测量所述交流电网的电压值,当所述中央控制模块检测到所述交流电网的电压值低于所述交流电网预设的额定电压值的预设范围时,控制所述旁路晶闸管模块关断,并控制所述H桥逆变模块向所述交流电网补偿所述交流电网预设的额定电压值与所述交流电网电压值的差额电压值。
一种如上述的基于风能发电的电能质量补偿控制装置的电能质量补偿控制方法,包括步骤:
将风能转化为直流电能,并将产生的直流电传输到直流处理模块;
检测所述直流电的电流值和电压值,并将检测结果反馈到中央控制模块;
计算所述直流处理模块的实时输出功率,并对所述直流处理模块进行最大功率跟踪;
检测交流电网的实时电压值,当所述交流电网的实时电压值低于所述交流电网预设的额定电压值的预设范围时,控制所述旁路晶闸管模块关断,向所述交流电网补偿所述交流电网预设的额定电压值与所述交流电网电压值的差额电压值。
本发明基于风能发电的电能质量补偿控制装置,风电转换模块将风能转化为直流电能,并将直流电传输到直流处理模块,中央控制模块通过直流处理模块测量直流电的电流值和电压值,并计算直流处理模块的实时输出功率,对所述直流处理模块进行最大功率追踪,中央控制模块通过交流互感模块测量交流电网的电压值,当中央控制模块检测到交流电网的电压值低于所述交流电网预设的额定电压值的预设范围时,控制旁路晶闸管模块关断,并控制H桥逆变模块向交流电网补偿交流电网预设的额定电压值与交流电网电压值的差额电压值。本发明基于风能发电的电能质量补偿控制装置没有采用串联变压器,因而体积小、成本低廉。
附图说明
图1为本发明基于风能发电的电能质量补偿控制装置第一个实施例的结构示意图;
图2为本发明基于风能发电的电能质量补偿控制装置第二个实施例的结构示意图;
图3为本发明基于风能发电的电能质量补偿控制装置的电能质量补偿控制方法第一个实施例的流程示意图;
图4为本发明基于风能发电的电能质量补偿控制装置的电能质量补偿控制方法第二个实施例的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下根据附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施仅仅用以解释本发明,并不限定本发明。
如图1所示,一种基于风能发电的电能质量补偿控制装置,包括风电转换模块100、中央控制模块200、直流处理模块300、交流电压互感模块400、H桥逆变模块500和旁路晶闸管模块600,所述旁路晶闸管模块600包括多个反串联连接的绝缘栅双极性晶体管;
所述风电转换模块100与所述直流处理模块300的输入端连接,所述直流处理模块300的控制端与所述中央控制模块200的控制端连接,所述交流电压互感模块400的输入端与交流电网接入端连接,所述交流电压互感模块400的输出端与所述中央控制模块200的交流输入端连接,所述H桥逆变模块500的输入端与所述直流处理模块300的输出端连接,所述H桥逆变模块500的控制端与所述中央控制模块200的逆变控制端连接,所述H桥逆变模块500的输出端输出经过所述中央控制端控制调节的交流电,所述旁路晶闸管模块600的控制端与所述中央控制模块200的旁路开关控制端连接,所述旁路晶闸管模块600的输入端与所述交流电网的供电端连接,所述旁路晶闸管模块600的输出端与所述交流电网的负荷端连接;
所述风电转换模块100将风能转化为直流电能,并将直流电传输到直流处理模块300,所述中央控制模块200通过所述直流处理模块300测量所述直流电的电流值和电压值,并计算所述直流处理模块300的实时输出功率,对所述所述直流处理模块300进行最大功率追踪,所述中央控制模块200通过所述交流互感模块测量所述交流电网的电压值,当所述中央控制模块200检测到所述交流电网的电压值低于所述交流电网预设的额定电压值的预设范围时,控制所述旁路晶闸管模块600关断,并控制所述H桥逆变模块500向所述交流电网补偿所述交流电网预设的额定电压值与所述交流电网电压值的差额电压值。
本发明基于风能发电的电能质量补偿控制装置,风电转换模块将风能转化为直流电能,并将直流电传输到直流处理模块,中央控制模块通过直流处理模块测量直流电的电流值和电压值,并计算直流处理模块的实时输出功率,对所述直流处理模块进行最大功率追踪,中央控制模块通过交流互感模块测量交流电网的电压值,当中央控制模块检测到交流电网的电压值低于所述交流电网预设的额定电压值的预设范围时,控制旁路晶闸管模块关断,并控制H桥逆变模块向交流电网补偿交流电网预设的额定电压值与交流电网电压值的差额电压值。在本实施例中,预设的额定电压值的预设范围优选的为预设额定电压值的90%。本发明基于风能发电的电能质量补偿控制装置没有采用串联变压器,因而体积更小、成本更低,由于采用绝缘栅双极型性晶体管(IGBT)作为旁路晶闸管模块,因而旁路晶闸管模块的关断、导通更加迅速。综上所述,本发明基于风能发电的电能质量补偿控制装置是一种处理速度快,结构简单且生成成本低廉的基于风能发电的电能质量补偿控制装置。
如图2所示,在其中一个实施例中,本发明基于风能发电的电能质量补偿控制装置还包括并网逆变器700,所述并网逆变器700的输入端与所述直流处理模块300的输出端连接,所述并网逆变器700的输出端与所述交流电网连接,所述并网逆变器700的控制端与所述中央控制模块200的并网逆变控制端连接。
在本实施例中,本发明基于风能发电的电能质量补偿控制装置还包括并网逆变器,并网逆变器能够将直流处理模块输出的直流电转化为交流电并网输入到交流电网中,这样就使得本发明基于风能发电的电能质量补偿控制装置不但能对交流电网发生故障时进行电压补偿还能在其正常工作时提供电能。
如图2所示,在其中一个实施例中,本发明基于风能发电的电能质量补偿控制装置还包括滤波电感800,所述滤波电感800将所述H桥逆变模块500的输出端与所述旁路晶闸管模块600的输出端连接。
滤波电感能够对电流进行滤波,确保本发明基于风能发电的电能质量补偿控制装置的正常工作。
如图2所示,在其中一个实施例中,还包括滤波电容900,所述滤波电容900与所述旁路晶闸管模块600并联连接。
滤波电容能够对电流进行滤波,确保本发明基于风能发电的电能质量补偿控制装置的正常工作
如图2所示,在其中一个实施例中,所述直流处理模块300包括直流升压单元320、直流电压传感器340和直流电流传感器360,所述直流升压单元320的输入端与所述风电转换模块100连接,所述直流升压单元320的控制端与所述中央控制模块200连接,所述直流升压单元320的输出端与所述H桥逆变模块500的输入端连接,所述直流电压传感器340的输入端连接于所述直流升压单元320的输出端,所述直流电压传感器340的输出端与所述中央控制模块200的直流电压输入端连接,所述直流电流传感器340的输入端串联于所述直流升压单元320的输出端,所述直流电流传感器340的输出端与所述中央控制模块200的直流电输入端连接。
在本实施例中,直流处理模块包括有直流升压单元、直流电压传感器和直流电流传感器,其中,直流电压传感器和直流电流传感器分别检测风电转换模块输出的直流电的电压值和电流值并将检测获得的数据传输到中央控制模块,中央控制模块根据检测结果计算直流升压单元的输出功率,并控制直流升压单元对其进行最大功率追踪。
在其中一个实施例中,所述中央控制模块包括相互连接的信号处理器和计算机。
中央控制模块需要对接收的各种信号进行处理计算,并发出相应的调节指令。
在其中一个实施例中,所述风电转换模块为风力发电机。
风力发电机是一种高性能、高转换率的风电转换装置,在实施例中选用风力发电机作为风电转换模块能够良好的将采集到的风能转化为直流电能。
如图3所示,一种如上述的基于风能发电的电能质量补偿控制装置的电能质量补偿控制方法,包括步骤:
S200:将风能转化为直流电能,并将产生的直流电传输到直流处理模块;
S400:检测所述直流电的电流值和电压值,并将检测结果反馈到中央控制模块;
S600:计算所述直流处理模块的实时输出功率,并对所述直流处理模块进行最大功率跟踪;
S800:检测交流电网的实时电压值,当所述交流电网的实时电压值低于所述交流电网预设的额定电压值的预设范围时,控制所述旁路晶闸管模块关断,向所述交流电网补偿所述交流电网预设的额定电压值与所述交流电网电压值的差额电压值。
本发明基于风能发电的电能质量补偿控制装置的电能质量补偿控制方法,对直流处理模块进行最大功率跟踪,根据检测交流电网的实时电压值,当所述交流电网的实时电压值低于所述交流电网预设的额定电压值的预设范围时,控制所述旁路晶闸管模块关断,向所述交流电网补偿所述交流电网预设的额定电压值与所述交流电网电压值的差额电压值。
如图4所示,在其中一个实施例中,所述步骤S600具体包括步骤:
S620:计算所述直流处理模块的实时输出功率;
S640:判断所述直流处理模块的当前输出功率是否大于所述直流处理模块上一时刻的输出功率,若大于,则增大输出功率的占空比,若不大于,则维持输出功率的占空比不变。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种基于风能发电的电能质量补偿控制装置,其特征在于,包括风电转换模块、中央控制模块、直流处理模块、交流电压互感模块、H桥逆变模块、并网逆变器和旁路晶闸管模块;
所述风电转换模块与所述直流处理模块的输入端连接,所述直流处理模块的控制端与所述中央控制模块的控制端连接,所述交流电压互感模块的输入端与交流电网接入端连接,所述交流电压互感模块的输出端与所述中央控制模块的交流输入端连接,所述H桥逆变模块的输入端与所述直流处理模块的输出端连接,所述H桥逆变模块的控制端与所述中央控制模块的逆变控制端连接,所述H桥逆变模块的输出端输出经过所述中央控制模块控制调节的交流电,所述旁路晶闸管模块的控制端与所述中央控制模块的旁路开关控制端连接,所述旁路晶闸管模块的输入端与所述交流电网的供电端连接,所述旁路晶闸管模块的输出端与所述交流电网的负荷端连接,所述并网逆变器的输入端与所述直流处理模块的输出端连接,所述并网逆变器的输出端与所述交流电网连接,所述并网逆变器的控制端与所述中央控制模块的并网逆变控制端连接;
所述风电转换模块将风能转化为直流电能,并将直流电传输到直流处理模块,所述中央控制模块通过所述直流处理模块测量所述直流电的电流值和电压值,并计算所述直流处理模块的实时输出功率,对所述直流处理模块进行最大功率追踪,所述中央控制模块通过所述交流电压互感模块测量所述交流电网的电压值,当所述中央控制模块检测到所述交流电网的电压值低于所述交流电网预设的额定电压值的预设范围时,控制所述旁路晶闸管模块关断,并控制所述H桥逆变模块向所述交流电网补偿所述交流电网预设的额定电压值与所述交流电网电压值的差额电压值。
2.根据权利要求1所述的基于风能发电的电能质量补偿控制装置,其特征在于,还包括滤波电感,所述滤波电感将所述H桥逆变模块的输出端与所述旁路晶闸管模块的输出端连接。
3.根据权利要求1或2所述的基于风能发电的电能质量补偿控制装置,其特征在于,还包括滤波电容,所述滤波电容与所述旁路晶闸管模块并联连接。
4.根据权利要求1或2所述的基于风能发电的电能质量补偿控制装置,其 特征在于,所述直流处理模块包括直流升压单元、直流电压传感器和直流电流传感器,所述直流升压单元的输入端与所述风电转换模块连接,所述直流升压单元的控制端与所述中央控制模块连接,所述直流升压单元的输出端与所述H桥逆变模块的输入端连接,所述直流电压传感器的输入端连接于所述直流升压单元的输出端,所述直流电压传感器的输出端与所述中央控制模块的直流电压输入端连接,所述直流电流传感器的输入端串联于所述直流升压单元的输出端,所述直流电流传感器的输出端与所述中央控制模块的直流电输入端连接。
5.根据权利要求1或2所述的基于风能发电的电能质量补偿控制装置,其特征在于,所述中央控制模块包括相互连接的信号处理器和计算机。
6.根据权利要求1或2所述的基于风能发电的电能质量补偿控制装置,其特征在于,所述风电转换模块为风力发电机。
7.一种如权利要求1-6所述的基于风能发电的电能质量补偿控制装置的电能质量补偿控制方法,其特征在于,包括步骤:
将风能转化为直流电能,并将产生的直流电传输到直流处理模块;
检测所述直流电的电流值和电压值,并将检测结果反馈到中央控制模块;
计算所述直流处理模块的实时输出功率,并对所述直流处理模块进行最大功率跟踪;
检测交流电网的实时电压值,当所述交流电网的实时电压值低于所述交流电网预设的额定电压值的预设范围时,控制所述旁路晶闸管模块关断,向所述交流电网补偿所述交流电网预设的额定电压值与所述交流电网电压值的差额电压值。
8.根据权利要求7所述的基于风能发电的电能质量补偿控制装置的电能质量补偿控制方法,其特征在于,所述步骤计算所述直流处理模块的实时输出功率,并对所述直流处理模块进行最大功率跟踪具体包括步骤:
计算所述直流处理模块的实时输出功率;
判断所述直流处理模块的当前输出功率是否大于所述直流处理模块上一时刻的输出功率,若大于,则增大输出功率的占空比,若不大于,则维持输出功率的占空比不变。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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C56 | Change in the name or address of the patentee | ||
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