CN103795082A - 一种分布式电源接网控制器及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式电源接网控制器及控制方法，该装置包括电网公共接入点电压检测单元、三相变压器、连接电抗器、串联变流器、母线电容器、母线电压检测单元、并联变流器、分布式电源电压电流检测单元、触摸屏显示单元、系统控制器。串联变流器和并联变流器通过复合母排与母线电容相连，串联变流器输出端和连接电抗器连接后与三相变压器相连接。系统控制器单元采用DSP信号处理器。本发明能够改善分布式电源的电能质量、提高电力系统的安全性和经济运行水平。

Description

一种分布式电源接网控制器及控制方法

技术领域

本发明属于电力技术领域，涉及一种分布式电源接入电网的控制装置及方法。

背景技术

由于我国常规能源供给的相对不足和环境保护要求的日益提高，可再生能源的开发和利用受到了广泛的重视。我国为发展“低碳经济”提出了“节能减排”的约束性指标，与之相适应的分布式发电（distributed generation，DG）技术得到了国家的高度重视并得到了快速发展。分布式发电（DG）是指：为满足特定用户需要或支持现有配电网的经济运行，以分散式布置在用户附近，发电功率为数千瓦到数十兆瓦不等的小型模块式且与环境兼容的独立电源。它是与传统集中式供电模式完全不同的新型供电模式。发展分布式发电技术是发电系统技术进步的客观要求。第一，发展分布式发电是提高能源利用效率的必然选择。第二，推广分布式发电是改善能源结构的必然选择，增加天然气发电、煤层气发电都需要分布式发电技术，提高可再生能源比例也需要分布式发电技术。第三，发展分布式能源发电是能源安全的必要保障。

分布式电源接入对配电系统的影响：

DG的接入使配电网中各支路的潮流不再是单向流动，由于DG的接入会给整个电力系统带来深刻的影响，又因为各种形式的DG技术本身仍需要进一步研究和改进，所以从DG与传统电网连接的角度，针对含有DG的潮流分布、谐波含量、短路电流、电压稳定、电力调度、继电保护等一系列课题需要进行深入的研究。

（1）对配电网潮流的影响。传统配电网的形式为辐射形网络，系统潮流方向由电源端指向用户端。当配电网中接入DG时，系统潮流的大小和方向将受到DG接入位置和容量等因素的影响。例如风力发电机多为异步发电机，它的运行需要电力系统提供无功，这样就加重了电网的无功负荷，因此需要就近安装无功补偿装置，这样将对配电网的潮流分布产生不可忽视的重要影响。

（2）对配电网电能质量的影响。当配电网运行在稳态状况时，其电压沿潮流方向逐渐降低；一方面，当DG接入配电网后，由于分布式电源出现在用户端，稳态电压的分布规律将会改变。例如，由于风电场多以异步发电机为主，当其并网运行时，将会引起系统无功的变化，从而影响整个系统电压。另一方面，DG装置包含电力电子器件，并以逆变方式接入配电网，还会引发电压的闪变、波动等电能质量问题。为了解决这些问题，可以在DG附近增设滤波器等滤波装置，从而降低系统谐波含量，提高系统电能质量。

（3）对配电网继电保护的影响。在传统配电网中，系统线路发生故障时，短路电流为从电源端指向故障点的单向电流，又因为主馈线上所安装的保护装置为无方向三段式过流保护装置、反时限保护装置、距离保护装置的其中之一，另有重合闸装置，所以必须实时监控DG故障，当DG故障时，必须能够迅速切除DG，使其脱离电网，保证电网的安全运行。

如果在分布式电源并网之前，安装分布式电源接网控制器（distributed generationconnected controller-DGCC）将能够在有效提高能源利用率和灵活性的同时，保证配电网系统的安全可靠运行，这正是目前DG大规模应用的关键问题所在。

发明内容

本发明的目的是克服分布式电源接入对配电网的不利影响，提供一种分布式电源接网控制器及控制方法，它能够补偿电网所需的无功功率，且可进行三相分别补偿，使系统无功处于平衡状态，保障电网各个部分稳定运行；而且该装置还能够抑制电压波动、闪变、谐波污染等电能质量问题。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种分布式电源接网控制器，包括电网公共接入点电压检测单元、三相变压器、连接电抗器、串联变流器、母线电容器、母线电压检测单元、并联变流器、分布式电源电压电流检测单元、系统控制器，串联变流器和并联变流器通过复合母排与母线电容器相连接，串联变流器输出端与连接电抗器连接后再与三相变压器相连接，所述的系统控制器采用DSP信号处理器；所述三相变压器采用三相星形连接的方式；所述的串联变流器采用电压控制型逆变器；所述的分布式电源电压电流检测单元采集分布式电源的三相电压及电流，三相电压参数用于电网公共接入点的电压补偿，三相电流参数用于滤除分布式电源的谐波电流。

一种分布式电源接网控制方法，该方法包括串联变流器控制方法和并联变流器控制方法，具体内容如下：

对于并联变流器部分，包括以下步骤：

步骤1，对分布式电源的三相电压信号进行采集，然后将其传送至数字锁相环，得到与分布式电源三相电压相位相同，幅值为1的正弦信号；

步骤2，将当前直流母线电压值传送至低通滤波器，将直流母线电压的给定值设定在V_ref，并将该值与经过滤波的直流母线电压值进行比较求得差值，然后将差值传送给PI调节器，然后再传送至限幅环节；

步骤3，将步骤1中得到的正弦信号与步骤2中限幅环节的输出值通过乘法器处理，再将经乘法器处理后的输出电流值与分布式电源三相电流通过减法器处理，得到并联变流器的三相电流指令，所述以上过程都是三相分别进行的；

步骤4，将步骤3中得到的三相电流指令传送给三相电流滞环控制器，生成三桥臂六脉冲的控制信号，所述三相电流滞环控制器能实时反馈三相输出电流，并保证三相电流指令波形与反馈电流相等；

所述数字锁相环将幅值为1的50Hz正弦波的全部数据转换为400个元素的正弦波数组，并将其保持在程序中，然后将输入的电压信号传送给过零比较器得到方波信号，然后设定定时器，当方波信号的上升沿到达时触发定时器清零；当控制程序访问数字锁相环时，锁相环根据定时器的数值，取出正弦波数组中的对应元素作为数字锁相环的输出；

对于串联变流器部分包括以下步骤：

步骤1，通过电网公共接入点三相电压检测单元采集电网三相电压信号；

步骤2，通过分布式电源三相电压电流检测单元采集分布式电源三相电压信号；

步骤3，用步骤1的电压信号减去步骤2的电压信号，得到电压补偿的三相电压指令；

步骤4，将步骤3中得到的三相电压指令与三相变压器输出端的电压进行比较，并将比较的结果传送至PI调节器，再经过滞环控制器处理后得到变流器的控制脉冲，所述以上过程都是三相分别进行的。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1）并网电流谐波含量低：并网电流谐波含量符合国家电网公司关于分布式电源接入电网的技术规定。

2）能够实时跟踪分布式电源电压的谐波变化，自动稳定直流母线电压，具有高度可控性和快速响应性。

3）能够稳定电网公共接入点电压，当分布式电源电压发生跌落时，也不会影响电网公共接入点的电压幅值。

4）并网电流具有高度可控性，能够保证并网功率因数大于0.98。

5）使用DSP高速数字处理器，具备标准通讯接口，以太网接口，标准MODBUS通讯协议。对于偏远的发电地区也可使用无线基站通讯方式，方便用户进行远程自动化管理，可以配合电网公司的网络管理，并实施快速灵活的调度，使电网潮流可控，大幅度提高电力系统的安全性和灵活性。

6）采用稳定可靠的控制算法，本发明从稳定直流母线电压的角度出发；以控制并网功率因数和谐波含量为目标，可避开检测系统有功无功分量的复杂过程，简化了控制过程，提高了系统的可靠性和响应速度，且易于实现。

附图说明

图1是装置原理图。

图2是并联变流器的控制原理图。

图3是串联变流器的控制原理图。

图4是串联变流器中某一相的控制原理图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例来详细描述本发明的技术方案。

参照图1，一种分布式电源接入电网控制装置，该装置包括电网公共接入点电压检测单元1、三相变压器T1、T2、T3、连接电抗器L1、L2、L3、串联变流器2、母线电容器C1、C2，母线电压检测单元7、并联变流器3、分布式电源电压电流检测单元4、触摸屏显示单元5、系统控制器。串联变流器2和并联变流器3通过复合母排与母线电容器C1、C2相连，串联变流器2输出端和连接电抗器L1、L2、L3连接后与三相变压器T1、T2、T3相连接。系统控制器单元采用DSP信号处理器。

其中，电网公共接入点电压检测单元1：用于采集电网公共接入点电压信号U_sys；

串联变流器单元2：根据计算出的补偿电压信号U_ctrl，在三相星形连接的变压器T1、T2、T3副边产生相应的补偿电压，并反馈回电网的三相输出电流I_cl；

并联变流器单元3：用于补偿谐波电流，滤除分布式电源产生的谐波，同时稳定母线电压，其中补偿电流的控制信号为I_ctrl，反馈回电网的变流器三相输出电流为I_bl，该单元还有稳定母线电压的功能，反馈回电网的母线电压为U_dc；

分布式电源电压电流检测单元4：用于实时采集分布式电源电压电流数据，其中三相电压为U_abc，三相电流为I_abc，并将其作为并联变流器单元的控制依据；

触摸屏显示单元5：用于现场人机对话，实时显示发电量和电能质量等相关信息；

无线基站通讯单元6：用于偏远地区或无法接入互联网的分布式发电装置与电力公司控制室的通讯；

一种分布式电源接入控制装置的控制方法分为并联变流器部分和串联变流器部分，分别包含以下步骤：

参照图2，对于并联变流器部分包括以下步骤：

步骤1，对分布式电源的三相电压信号进行采集，分别为U_A、U_B、U_C，然后将其传送至数字锁相环，得到与分布式电源三相电压相位相同，幅值为1的正弦信号；

步骤2，将当前母线电压值U_dc传送至低通滤波器，将直流母线电压的给定值设定在V_ref，并将该值与经过滤波的母线电压值进行比较求得差值，然后将差值传送给PI调节器，然后再传送至限幅环节；

步骤3，将步骤1中得到的正弦信号与步骤2中限幅环节的输出值经乘法器处理，再将经乘法器处理后的输出电流值与分布式电源三相电流I_A、I_B、I_C相减，得到并联变流器的三相电流指令

所述以上过程都是三相分别进行的；

步骤4，将步骤3中得到的三相电流指令

传送给三相电流滞环控制器，生成三桥臂六脉冲的控制信号，所述三相电流滞环控制器能实时反馈三相输出电流，并保证三相电流指令波形与反馈电流相等；

所述数字锁相环将幅值为1的50Hz正弦波的全部数据转换为400个元素的正弦波数组，并将其保持在程序中，然后将输入的电压信号传送给过零比较器得到方波信号，然后设定定时器，当方波信号的上升沿到达时触发定时器清零。当控制程序访问数字锁相环时，锁相环根据定时器的数值，取出正弦波数组中的对应元素作为数字锁相环的输出。

参照图3，对于串联变流器部分包括以下步骤：

步骤1，通过电网公共接入点三相电压检测单元1采集电网三相电压信号U_A、U_B、U_C；

步骤2，通过分布式电源三相电压电流检测单元4采集分布式电源三相电压信号U_AS、U_BS、U_CS；

步骤3，用步骤1的电压信号减去步骤2的电压信号，得到电压补偿的三相电压指令

步骤4，为了便于说明，取串联变流器中某一相进行说明，参照图4，将步骤3中得到的三相电压指令取其中一相的指令U^*与三相变压器输出端的电压进行比较，并将比较的结果传送至PI调节器，再经过滞环控制器处理后得到变流器的控制脉冲，其它两相的控制方法与上述方法相同；

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，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 (2)

1.一种分布式电源接网控制器，其特征在于，包括电网公共接入点电压检测单元、三相变压器、连接电抗器、串联变流器、母线电容器、母线电压检测单元、并联变流器、分布式电源电压电流检测单元、系统控制器，串联变流器和并联变流器通过复合母排与母线电容器相连接，串联变流器输出端与连接电抗器连接后再与三相变压器相连接，所述的系统控制器采用DSP信号处理器；所述三相变压器采用三相星形连接的方式；所述的串联变流器采用电压控制型逆变器；所述的分布式电源电压电流检测单元采集分布式电源的三相电压及电流，三相电压参数用于电网公共接入点的电压补偿，三相电流参数用于滤除分布式电源的谐波电流。

2.采用权利要求1所述分布式电源接网控制器的分布式电源接网控制方法，其特征在于，该方法包括串联变流器控制方法和并联变流器控制方法，具体内容如下：

对于并联变流器部分，包括以下步骤：

步骤1，对分布式电源的三相电压信号进行采集，然后将其传送至数字锁相环，得到与分布式电源三相电压相位相同，幅值为1的正弦信号；

步骤2，将当前直流母线电压值传送至低通滤波器，将直流母线电压的给定值设定在V_ref，并将该值与经过滤波的直流母线电压值进行比较求得差值，然后将差值传送给PI调节器，然后再传送至限幅环节；

步骤3，将步骤1中得到的正弦信号与步骤2中限幅环节的输出值通过乘法器处理，再将经乘法器处理后的输出电流值与分布式电源三相电流通过减法器处理，得到并联变流器的三相电流指令，所述以上过程都是三相分别进行的；

步骤4，将步骤3中得到的三相电流指令传送给三相电流滞环控制器，生成三桥臂六脉冲的控制信号，所述三相电流滞环控制器能实时反馈三相输出电流，并保证三相电流指令波形与反馈电流相等；

所述数字锁相环将幅值为1的50Hz正弦波的全部数据转换为400个元素的正弦波数组，并将其保持在程序中，然后将输入的电压信号传送给过零比较器得到方波信号，然后设定定时器，当方波信号的上升沿到达时触发定时器清零；当控制程序访问数字锁相环时，锁相环根据定时器的数值，取出正弦波数组中的对应元素作为数字锁相环的输出；

对于串联变流器部分包括以下步骤：

步骤1，通过电网公共接入点三相电压检测单元采集电网三相电压信号；

步骤2，通过分布式电源三相电压电流检测单元采集分布式电源三相电压信号；

步骤3，用步骤1的电压信号减去步骤2的电压信号，得到电压补偿的三相电压指令；

步骤4，将步骤3中得到的三相电压指令与三相变压器输出端的电压进行比较，并将比较的结果传送至PI调节器，再经过滞环控制器处理后得到变流器的控制脉冲，所述以上过程都是三相分别进行的。

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