CN203423491U - 一种基于风电的电能质量串联补偿装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于风电的电能质量串联补偿装置，其包括：风力发电机、整流模块、H桥逆变单元、并网逆变器、直流电流检测装置、直流电压检测装置、交流电压检测装置以及分别与上述各元件连接的控制器，控制器接收直流电流检测装置和直流电压检测装置传输的直流电流值和直流电压值，调节风力发电机的转速以控制整流模块进行最大功率跟踪，控制器根据接收自交流电压检测装置传输的交流电压值判断电网的工作状态，以控制H桥逆变单元输出交流电压对电网电压进行补偿。本实用新型利用风电解决电压补偿器的储能问题，在不设置额外的储能装置的前提下能够对电网压降进行快速稳定的补偿。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种动态电压补偿装置，尤其涉及一种基于风电的电能质量串联补偿装置。
背景技术
发达国家对电能质量水平的要求很高，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(EPRI)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(Electric PowerResearch Institute,1999)；在新加坡，每次电压瞬间下降都会造成超过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时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90%的正常电压值并持续0.5到50个周期。
传统的方法，如电压调节器并不能解决这些问题，而不间断电源UPS装置虽能解决这些问题，但是其成本和运行费用都极其昂贵。为了解决上述问题，国内外对动态电压补偿器开展了研究。相比于UPS，动态电压补偿器能有效解决电压骤降的问题，但是，储能问题一直困扰着动态电压补偿器的研究，虽然有人提出最小能量注入法等先进的方法，但是额外的储能始终影响其进一步推广、发展。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种基于风电的电能质量串联补偿装置，该装置利用风电解决电网电压补偿器的储能问题，不需要设置额外的诸如电池、电容等储能元件，其可将风力发电机输出的电能用于电网电能质量串联补偿，确保负荷电压不变化，从而保护负荷，减少因电网电能质量问题所造成的损失。
为了实现上述目的，本实用新型提出了一种基于风电的电能质量串联补偿装置，其包括：
风力发电机，其将风能转化为交流电输出；
整流模块，其输入端与所述风力发电机连接，将风力发电机输出的交流电转换为直流电输出；
H桥逆变单元，其直流母线与所述整流模块的输出端连接，将整流模块输出的直流电转换为交流电；
并网逆变器，其直流母线与H桥逆变单元的直流母线连接，将整流模块输出的直流电转换为交流电，并网逆变器的输出端用于与电网连接；
直流电流检测装置，其与整流模块的输出端连接，以检测整流模块输出的电流；
直流电压检测装置，其与整流模块输出端的连接，以检测整流模块输出的电压；
交流电压检测装置，其用以与电网连接，以检测电网的电压；
控制器，其分别与所述直流电流检测装置、直流电压检测装置、整流模块和风力发电机连接，接收直流电流检测装置和直流电压检测装置传输的直流电流值和直流电压值，调节风力发电机的转速以对整流模块进行最大功率跟踪控制；所述控制器还与交流电压检测装置、H桥逆变单元和并网逆变器连接，接收交流电压检测装置传输的交流电压值判断电网的工作状态，以控制H桥逆变单元输出交流电压对电网电压进行串联补偿或是控制并网逆变器将交流电注入电网。
本实用新型所述的基于风电的电能质量串联补偿装置中的风力发电机将风能转换为电能输出，整流模块将风力发电机输出的交流电转换为稳定的直流电输出，控制器通过获得整流模块输出的电压值和电流值来获得整流模块输出的有功功率，在整流模块没有输出最大的有功功率前，通过增大风力发电机的转速以提高整流模块输出的有功功率，直至整流模块输出的有功功率最大，才维持风力发电机的转速不变，即对整流模块进行最大功率跟踪控制，同时控制器还通过交流电压检测装置获知电网电压是否发生跌落，一旦电网电压发生跌落，控制器便控制H桥逆变单元输出相应跌落量的电压给电网，对电网跌落的电压进行补偿。也就是说，控制器实时判断电网的电压是否正常；若正常，则控制H桥逆变单元输出交流电电压为零，控制并网逆变器将电能转换的电能注入电网；若电网电压发生压降，则控制H桥逆变单元输出交流电，使得其对电网输出的补偿电压Uj满足Uj＝(US0-US1)，其中US0为电网正常时电网的电压值，US1为电网发生压降故障时电网的电压值，从而控制电网的电压始终保持正常。
进一步地，在上述基于风电的电能质量串联补偿装置中，所述控制器可以包括数字信号处理器。
或者，所述控制器可以包括单片机。
又或者，所述控制器可以包括计算机。
进一步地，在上述基于风电的电能质量串联补偿装置中，所述直流电流检测装置包括直流电流传感器。
进一步地，在上述基于风电的电能质量串联补偿装置中，所述直流电压检测装置包括直流电压传感器。
进一步地，上述基于风电的电能质量串联补偿装置还包括变压器，该变压器的初级线圈与所述H桥逆变单元的输出端连接，变压器的次级线圈用于串接在电网中。
进一步地，上述基于风电的电能质量串联补偿装置中，所述交流电压检测装置包括交流电压传感器。
本实用新型所述的基于风电的电能质量串联补偿装置具有以下有益效果：
1）利用了风能，从而在不设置电池、电容等储能装置的前提下，能够有效地对故障电网进行压降补偿；
2）通过最大功率跟踪控制的直流升压单元输出直流电，从而保障了电网电路上用电设备运行的稳定和安全；
3）有效地利用了绿色环保能源，降低了生产成本，减轻了污染排放；
4）结构简单，成本降低，电压补偿响应速度迅速。
附图说明
图1为本实用新型所述的基于风电的电能质量串联补偿装置在一种实施方式下的结构框图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图和具体的实施例对本实用新型所述的基于风电的电能质量串联补偿装置做进一步的解释和说明。
图1示意了本实用新型所述的基于风电的电能质量串联补偿装置在一种实施方式下的电路结构。
如图1所示，本实施例中的基于风电的电能质量串联补偿装置包括：风力发电机8，其将风能转化为交流电输出；整流模块1，其与风力发电机8连接，将风力发电机8输出的交流电转换为直流电输出；H桥逆变单元2，其直流母线与整流模块1的输出端连接，将整流模块1输出的直流电转换为交流电输出；变压器4，其初级线圈与H桥逆变单元2的输出端连接，其次级线圈串接在电网9的输电线路中的供电端和负荷端之间用于输出补偿电压Uj；并网逆变器10，其直流母线与H桥逆变单元2的直流母线连接，其输出端与电网9连接，并网逆变器10将输入的直流电转变为交流电；直流电压传感器5，其与整流模块1的输出端连接，检测整流模块1输出的直流电的电压Uw，并将检测到的电压值传输给控制器3；直流电流传感器6，其与整流模块1的输出端连接，测量整流模块1输出的直流电的电流Iw，并将检测到的电流值传输给控制器3；交流互感器7，其与电网9连接，测量电网9的电压Us,并将电网的电压值传输给控制器3；控制器3，其分别与直流电流传感器6、直流电压传感器5、整流模块1和风力发电机8连接，根据接收到的整流模块1输出的直流电流的电流值和电压值判断其是否输出了最大的有功功率，即将本次输出的有功功率与上一次输出的有功功率进行比较，若本次输出的有功功率大于上一次输出的有功功率，则说明整流模块1输出的有功功率还没有达到最大值，那么控制器3就控制风力发电机8增大转速，直至本次输出的有功功率不再大于上一次输出的有功功率，则说明整流模块1输出的有功功率达到了最大值，控制器3维持风力发电机8的转速不变，同时控制器3还与交流互感器7、H桥逆变单元2和并网逆变器10连接，控制器3根据交流互感器7传输的交流电压值判断电网9是否发生了压降，在电网9未发生压降时，控制H桥逆变单元2输出的交流电为0，同时控制并网逆变器10将风能转化的电能注入电网9；在电网9发生了压降时，控制器则根据电网跌落的电压量则控制H桥逆变单元2输出交流电压对电网电压进行补偿。具体方法是：控制器3判断电网9的电压Us是否正常；若正常，则控制H桥逆变单元2输出交流电电压为零，同时控制并网逆变器10将风能转化的电能注入电网9；；若不正常，设US0为电网正常时电网9的电压Us的电压值，US1为电网发生故障（电压骤降）时电网9的电压Us的电压值，通过控制H桥逆变单元2输出的交流电经变压器4对电网9输出补偿电压Uj，使得补偿电压Uj满足：Uj＝(US0-US1)，同时控制剩余的风电能通过并网逆变器10注入电网9，在风电不足对电网进行压降补偿时，并网逆变器会维持直流母线的电压稳定。
要注意的是，以上列举的仅为本实用新型的具体实施例，显然本实用新型不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于风电的电能质量串联补偿装置，其特征在于，包括：
风力发电机，其将风能转化为交流电输出；
整流模块，其输入端与所述风力发电机连接，将风力发电机输出的交流电转换为直流电输出；
H桥逆变单元，其直流母线与所述整流模块的输出端连接，将整流模块输出的直流电转换为交流电；
并网逆变器，其直流母线与H桥逆变单元的直流母线连接，将整流模块输出的直流电转换为交流电，并网逆变器的输出端用于与电网连接；
直流电流检测装置，其与整流模块的输出端连接，以检测整流模块输出的电流；
直流电压检测装置，其与整流模块输出端的连接，以检测整流模块输出的电压；
交流电压检测装置，其用以与电网连接，以检测电网的电压；
控制器，其分别与所述直流电流检测装置、直流电压检测装置、整流模块和风力发电机连接，接收直流电流检测装置和直流电压检测装置传输的直流电流值和直流电压值，调节风力发电机的转速以对整流模块进行最大功率跟踪控制；所述控制器还与交流电压检测装置、H桥逆变单元和并网逆变器连接，接收交流电压检测装置传输的交流电压值判断电网的工作状态，以控制H桥逆变单元输出交流电压对电网电压进行串联补偿或是控制并网逆变器将交流电注入电网。
2.如权利要求1所述的基于风电的电能质量串联补偿装置，其特征在于，所述控制器包括数字信号处理器。
3.如权利要求1所述的基于风电的电能质量串联补偿装置，其特征在于，所述控制器包括单片机。
4.如权利要求1所述的基于风电的电能质量串联补偿装置，其特征在于，所述控制器包括计算机。
5.如权利要求1所述的基于风电的电能质量串联补偿装置，其特征在于，所述直流电流检测装置包括直流电流传感器。
6.如权利要求1所述的基于风电的电能质量串联补偿装置，其特征在于，所述直流电压检测装置包括直流电压传感器。
7.如权利要求1所述的基于风电的电能质量串联补偿装置，其特征在于，还包括变压器，该变压器的初级线圈与所述H桥逆变单元的输出端连接，该变压器的次级线圈用于串接在电网中。
8.如权利要求1所述的基于风电的电能质量串联补偿装置，其特征在于，所述交流电压检测装置包括交流电压传感器。
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