CN103986136B - 一种基于光储技术的新型多功能故障限流***及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于光储技术的新型多功能故障限流***及其控制方法，其新型多功能故障限流器***主要包括了光伏发电、蓄电池储能，PWM变流器和故障限流部分。光伏发电、蓄电池储能和PWM变流器共用直流母线，能量在三者之间交换。当电网电压发生跌落、抬升、三相不平衡的电压质量问题时，通过PWM变流器向电网提供补偿电压，同时在电网发生不同类型的短路故障时，***通过控制故障限流部分将电感串入***进行限流。一种基于光储技术的新型多功能故障限流***及其控制方法可实现利用太阳能资源来稳定负载供电电压、提高供电质量、限制短路电流的目的。

Description

一种基于光储技术的新型多功能故障限流***及其控制方法
技术领域
本发明属于电力与新能源技术领域，涉及一种基于光储技术的新型多功能故障限流***及其控制方法。
背景技术
随着现代电力***的不断发展与***规模的不断扩大，***的短路容量随之增加，导致故障情况下短路电流增大，对一次设备容量的要求越来越高。然而，一次侧设备制造技术却没有取得令人欣喜的成果，致使这两者之间的矛盾不断突显。同时随着各种非线性、冲击性和不平衡负载不断接入电网，引起电网电流、电压波形发生畸变，造成电网电压跌落等电压质量问题，并由此给电力***以及用户造成了大量的经济损失。
现有的比较成熟的限流技术方案主要是在母线上串联电抗器或在线路上增加断流设备。母线串联电抗仅能实现故障限流的功能，由于长期串接在电网内，耗费大量功率，并且串联电抗的选取不能太大，导致限流效果不佳，同时也不能解决电压质量问题对电网及用户的影响。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于光储技术的新型多功能故障限流***及其控制方法，不但能实现电网短路限流功能，而且能解决电压暂升、暂降及三相不平衡问题等电能质量问题。本发明阐述了基于光储技术的新型多功能故障限流***的拓扑结构以及控制方法。
本发明的技术方案如下：
一种基于光储技术的新型多功能故障限流***，本发明特征在于，将故障限流***连接PWM变流器，而PWM变流器又分别连接光伏发电***、蓄电池储能***；其中故障限流***由串联变压器，双向可控硅和电抗电容滤波器组成；光伏发电***由光伏阵列和boost升压电路组成；蓄电池储能***由蓄电池组和buck/boost充放电电路组成；PWM变流器由三相H全控桥组成。
本发明所述光伏发电***的boost升压电路直流母线、蓄电池储能***buck/boost充放电电路直流母线与PWM变流器直流母线采用并联形式连接。
本发明所述并联形式连接的直流母线，其储能平波电容采用电容串并联连接实现，且电容采用电阻均压。
本发明所述故障限流***串联变压器二次侧采用星形接法，且星形中点连接到直流母线电容中点。
本发明所述的一种基于光储技术的新型多功能故障限流***的控制方法，其特征在于，控制步骤如下：
<1>检测光伏列阵的输出电压Upv和输出电流IPV,计算MPPT控制器的输出电压参考值与光伏阵列实际值Upv的偏差，经过PI调节器控制后进行调制，得到boost电路的开关信号，从而控制光伏列阵的输出电压Upv实现MPPT跟踪；
<2>计算光伏列阵的输出功率Ppv和输入到PWM变流器功率Pin，当Ppv>Pin时，蓄电池工作再充电模式，k＝1；当Ppv<Pin时，蓄电池工作在放电模式，k＝-1；
<3>直流侧电压稳定标准值与实际值之差采用PI控制调节，调节后的指令作为电流指令，实际电流为Ibat，指令电流与kIbat之差采用PI控制调节，经过调制后得到buck/boost充放电电路的开关信号；
<4>捕获电压相位，生成所需要补偿到的各相电压的标准指令，根据标准指令与实际电压的数值计算电压波动补偿指令；电压波动补偿指令与输出电压相减，经过定频滞环比较器后得到该相桥臂的PWM信号；
<5>依据线路电流判断电网短路故障情况，当短路电流超过动作值时形成两路信号：一路信号作为闭锁信号将故障相PWM变流器功率器件IGBT封锁；一路信号作为双向可控硅的导通控制信号，将故障相双向可控硅导通；
<6>当短路故障消除后，先去除双向可控硅的导通信号，待可控硅关断后，恢复故障相变流器的控制，去除其闭锁信号。
本发明的有益效果：本发明提供的基于光储技术的新型多功故障限流***及其控制方法，其可以迅速抑制***不同类型短路故障下的短路电流，保护电力***与用户负荷的设备；限流***可补偿电压抬升、跌落和三相电压不平衡，提高电力***供电可靠性、稳定性，提高用户侧的供电电压质量；通过光储技术提供限流***的直流侧电源，在电压补偿时将转化后的太阳能能量送入电网，充分利用了清洁能源。本发明提供的基于光储技术的新型多功故障限流***及其控制方法，克服了传统限流***功能单一、利用率低下的缺点，在新能源利用与故障限流、电压质量补偿领域具有良好的发展前景。
附图说明
图1是基于光储技术的新型多功能故障限流***的拓扑结构图；
图2是基于光储技术的新型多功能故障限流***控制原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
一种基于光储技术的新型多功能故障限流***，本发明特征在于，将故障限流***连接PWM变流器，而PWM变流器又分别连接光伏发电***、蓄电池储能***；其中故障限流***由串联变压器，双向可控硅和电抗电容滤波器组成；光伏发电***由光伏阵列和boost升压电路组成；蓄电池储能***由蓄电池组和buck/boost充放电电路组成；PWM变流器由三相H全控桥组成。
本发明所述光伏发电***的boost升压电路直流母线、蓄电池储能***buck/boost充放电电路直流母线与PWM变流器直流母线采用并联形式连接。
本发明所述并联形式连接的直流母线，其储能平波电容采用电容串并联连接实现，且电容采用电阻均压。
本发明所述故障限流***串联变压器二次侧采用星形接法，且星形中点连接到直流母线电容中点。
本发明所述的一种基于光储技术的新型多功能故障限流***的控制方法，其特征在于，控制步骤如下：
<1>检测光伏列阵的输出电压Upv和输出电流IPV,计算MPPT控制器的输出电压参考值与光伏阵列实际值Upv的偏差，经过PI调节器控制后进行调制，得到boost电路的开关信号，从而控制光伏列阵的输出电压Upv实现MPPT跟踪；
<2>计算光伏列阵的输出功率Ppv和输入到PWM变流器功率Pin，当Ppv>Pin时，蓄电池工作再充电模式，k＝1；当Ppv<Pin时，蓄电池工作在放电模式，k＝-1；
<3>直流侧电压稳定标准值与实际值之差采用PI控制调节，调节后的指令作为电流指令，实际电流为Ibat，指令电流与kIbat之差采用PI控制调节，经过调制后得到buck/boost充放电电路的开关信号；
<4>捕获电压相位，生成所需要补偿到的各相电压的标准指令，根据标准指令与实际电压的数值计算电压波动补偿指令；电压波动补偿指令与输出电压相减，经过定频滞环比较器后得到该相桥臂的PWM信号；
<5>依据线路电流判断电网短路故障情况，当短路电流超过动作值时形成两路信号：一路信号作为闭锁信号将故障相PWM变流器功率器件IGBT封锁；一路信号作为双向可控硅的导通控制信号，将故障相双向可控硅导通；
<6>当短路故障消除后，先去除双向可控硅的导通信号，待可控硅关断后，恢复故障相变流器的控制，去除其闭锁信号。
以上所述，仅为本发明最佳实施方式，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于光储技术的新型多功能故障限流***，其特征在于，将故障限流***连接PWM变流器，而PWM变流器又分别连接光伏发电***、蓄电池储能***；其中故障限流***由串联变压器，双向可控硅和电抗电容滤波器组成；光伏发电***由光伏阵列和boost升压电路组成；蓄电池储能***由蓄电池组和buck/boost充放电电路组成；PWM变流器由三相H全控桥组成；
所述故障限流***串联变压器二次侧采用星形接法，且星形中点连接到串联连接的储能平波电容中点。
2.根据权利要求1所述的一种基于光储技术的新型多功能故障限流***，其特征在于，所述光伏发电***的boost升压电路直流母线、蓄电池储能***buck/boost充放电电路直流母线与PWM变流器直流母线采用并联形式连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于光储技术的新型多功能故障限流***，其特征在于，所述并联形式连接的直流母线，其储能平波电容采用电容串并联连接实现，且电容采用电阻均压。
4.根据权利要求1所述的一种基于光储技术的新型多功能故障限流***的控制方法，其特征在于，控制步骤如下：
<1>检测光伏列阵的输出电压Upv和输出电流IPV,计算MPPT控制器的输出电压参考值与光伏列阵的输出电压Upv的偏差，经过PI调节器控制后进行调制，得到boost电路的开关信号，从而控制光伏列阵的输出电压Upv实现MPPT跟踪；
<2>计算光伏列阵的输出功率Ppv和输入到PWM变流器功率Pin，当Ppv＞Pin时，蓄电池工作再充电模式，k＝1；当Ppv＜Pin时，蓄电池工作在放电模式，k＝-1；
<3>直流侧电压稳定标准值与实际值之差采用PI控制调节，调节后的指令作为电流指令，实际电流为Ibat，指令电流与kIbat之差采用PI控制调节，经过调制后得到buck/boost充放电电路的开关信号；
<4>捕获电压相位，生成所需要补偿到的各相电压的标准指令，根据标准指令与实际电压的数值计算电压波动补偿指令；电压波动补偿指令与输出电压相减，经过定频滞环比较器后得到该相桥臂的PWM信号；
<5>依据线路电流判断电网短路故障情况，当短路电流超过动作值时形成两路信号：一路信号作为闭锁信号将故障相PWM变流器功率器件IGBT封锁；一路信号作为双向可控硅的导通控制信号，将故障相双向可控硅导通；
<6>当短路故障消除后，先去除双向可控硅的导通信号，待可控硅关断后，恢复故障相变流器的控制，去除其闭锁信号。
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