CN103840484B - 一种适合新能源接入的通用化电力电子接口 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种适合新能源接入的通用化电力电子接口，管理系统与上级调度部门的信息交换并向本地控制系统发出控制指令，本地控制系统根据控制指令选择合适的控制策略，驱动系统根据选择的控制策略产生对应的驱动信号，执行系统包括电网侧和电源侧变流器，驱动信号控制该执行系统中的变流器中开关器件的通断；本地控制系统选择的控制策略包括对变流器的有功电流控制和无功电流控制，有功电流控制为定频率控制、定有功功率控制或定直流电压控制，无功电流控制为定无功功率控制或定交流电压控制。本发明提供的一种电力电子接口，提出将多种控制策略模块化并且可灵活切换，特别适用于基于面向对象建模的新能源发电系统的并网特性研究。

Description

一种适合新能源接入的通用化电力电子接口
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种适合新能源接入的通用化电力电子接口。
背景技术
近些年来为了应对全球气候变化、保障能源安全与发展经济相协调，各国都在大力推广可再生能源。风力发电、光伏发电、生物质发电等新能源发电方式的兴起，无疑会减少对传统能源的依赖。新能源与常规能源不同，具有很大的波动性、随机性和不确定性，其对电网的影响也不容忽视。
新能源接入电力系统的方式多种多样，根据不同的新能源类型，可以选择不同的接入方式，例如当新能源发出的为直流电时，可以通过直流/直流升压电路后再经过直流/交流逆变电路后接入电网；当新能源发出的电为交电流时，可以通过交--直--交变换电路进行转换后接入电网。电力电子接口的控制结构及控制策略多种多样，如果针对每种新能源都要建立不同的并网接口模型，将浪费研究人员大量时间和精力。
发明内容
本发明基于常见的电力电子变流器控制方式为双环控制，外环实现功率控制、电压控制、下垂控制和恒压恒频控制等控制目标，而内环则以电流控制为目标。提供一种适合新能源接入的通用化电力电子接口，所述电力电子接口包括依次连接的管理系统,、本地控制系统、驱动系统和执行系统；
所述管理系统与上级调度部门的信息交换并向所述本地控制系统发出控制指令，所述本地控制系统根据所述控制指令选择合适的控制策略，所述驱动系统根据所述选择的控制策略产生对应的驱动信号，所述执行系统包括电网侧和电源侧变流器，所述驱动信号控制所述执行系统中的变流器中开关器件的通断；
所述本地控制系统选择的控制策略包括对变流器的有功电流控制和无功电流控制，所述有功电流控制为定频率控制、定有功功率控制或定直流电压控制，所述无功电流控制为定无功功率控制或定交流电压控制；
所述本地控制系统根据所述控制指令选择对所述变流器的有功电流控制和无功电流控制的策略和参数，实现不同种类新能源的接入。
本发明提供的第一优选实施例中：所述本地控制系统的控制策略中包含的所述定频率控制、定有功功率控制、定直流电压控制、定无功功率控制和定交流电压控制为相互独立的控制模块；
节点a、b、c、d和e分别对应连接五个所述控制模块，开关Pmd和Pmq连接所述变流器，将所述开关Pmd置于开关a、b或c，所述开关Pmq置于d或e，使所述变流器分别连接各个所述控制模块，根据需要选择不同的开关信号实现相应的控制策略和参数，所述参数包括比例系数和积分常数。
本发明提供的第二优选实施例中：所述有功电流控制的三个控制模块还选择连接MPPT。
本发明提供的第三优选实施例中：将Pmd置于b、Pmq置于d，选择连接MPPT时，实现对直驱式风机电源侧变流器的控制，其控制策略为定有功功率和定无功功率控制；
将Pmd置于c、Pmq置于e时，实现对直驱式风机并网侧变流器的控制，其控制策略为定直流侧电压和定交流电压控制；
将Pmd置于c、Pmq置于d，选择连接MPPT时，实现对光伏并网逆变器的控制，其控制策略为定直流侧电压和定无功功率控制；
将Pmd置于a、Pmq置于e时，实现对蓄电池网侧变流器的下垂控制，在孤岛运行方式下，蓄电池通过网侧变流器的控制实现调压调频的功能。
本发明提供的第四优选实施例中：所述电力电子接口还包括交流电源、电网、斩波环节和直流电源；
所述驱动系统分别控制连接所述电源侧变流器和电网侧变流器，所述交流电源、电源侧变流器、电网侧变流器和电网依次连接；所述斩波环节一端与所述直流电源连接，另一端与所述电源侧变流器并联。
本发明提供的第五优选实施例中：所述交流电源包括：直驱式风机、微型燃气轮机和飞轮储能；所述直流电源包括：燃料电池、光伏电池和储能电池。
本发明提供的一种适合新能源接入的通用化电力电子接口，相对于最接近的现有技术的有益效果包括：
1、本发明提供的一种适合新能源接入的通用化电力电子接口，参考常用变流器的控制方法，提出将多种控制策略模块化并且可灵活切换，通用化电力电子接口适应性和通用性强，对于各种类型的新能源发电系统具有很好的适应性，特别适用于基于面向对象建模的新能源发电系统的并网特性研究。
2、分层控制有利于各系统模块之间进行数据信息交换，对系统故障的查找提供方便。
3、控制策略模块化仅需对里面的某些参数进行修改，节约搭建控制电路时间，且模块化设计易于工业化生产。
附图说明
如图1所示为本发明提供的一种适合新能源接入的通用化电力电子接口的结构示意图；
如图2所示为本发明提供的本地控制系统控制连接变流器的结构示意图；
如图3所示为本发明提供的实现对直驱式风机电源侧变流器的控制的原理图；
如图4所示为本发明提供的实现对直驱式风机并网侧变流器的控制的原理图；
如图5所示为本发明提供的实现对光伏并网逆变器的控制的原理图；
如图6所示为本发明提供的实现对蓄电池网侧变流器的控制的原理图；
如图7所示为本发明提供的一种适合新能源接入的通用化电力电子接口的实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面根据附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
本发明提供一种适合新能源接入的通用化电力电子接口，其结构示意图如图1所示，由图1可知，该电力电子接口包括依次连接的管理系统、本地控制系统、驱动系统和执行系统。
管理系统与上级调度部门的信息交换并向本地控制系统发出控制指令，本地控制系统根据控制指令选择合适的控制策略，驱动系统根据选择的控制策略产生对应的驱动信号，执行系统包括电网侧和电源侧变流器，驱动信号控制该执行系统中的变流器中开关器件的通断。
本地控制系统选择的控制策略包括对变流器的有功电流控制和无功电流控制，有功电流控制为定频率控制、定有功功率控制或定直流电压控制，无功电流控制为定无功功率控制或定交流电压控制。
本地控制系统根据控制指令选择对变流器的有功电流控制和无功电流控制的策略和参数，实现不同种类新能源的接入。
本地控制系统的控制策略中包含的定频率控制、定有功功率控制、定直流电压控制、定无功功率控制和定交流电压控制为相互独立的控制模块，如图2所示为本地控制系统控制连接变流器的结构示意图，由图2可知，节点a、b、c、d和e分别对应连接五个控制模块，开关Pmd和Pmq连接变流器，将Pmd置于开关a、b或c，Pmq置于d或e，使变流器分别连接各个控制模块，根据需要选择不同的开关信号就可以实现相应的控制策略和参数，参数包括比例系数和积分常数等。其中d、e指变流器无功电流控制，a、b、c指变流器的有功电流控制，有功电流控制的三个模块还可以选择连接MPPT。
将Pmd置于b、Pmq置于d，选择连接MPPT时，就可以实现对直驱式风机电源侧变流器的控制，其控制策略为定有功功率和定无功功率控制，如图3所示为实现对直驱式风机电源侧变流器的控制的原理图。
将Pmd置于c、Pmq置于e时，就可以实现对直驱式风机并网侧变流器的控制，其控制策略为定直流侧电压和定交流电压控制，如图4所示为实现对直驱式风机并网侧变流器的控制的原理图。
将Pmd置于c、Pmq置于d，选择连接MPPT时，就可以实现对光伏并网逆变器的控制，其控制策略为定直流侧电压和定无功功率控制，如图5所示为实现对光伏并网逆变器的控制的原理图。
将Pmd置于a、Pmq置于e时，就可以实现对蓄电池网侧变流器的下垂控制，在孤岛运行方式下，蓄电池通过网侧变流器的控制实现调压调频的功能。其控制策略为定频率和定交流电压控制，如图6所示为实现对蓄电池网侧变流器的控制的原理图。
微型燃气轮机电源侧和网侧变流器的控制与直驱式风机的控制类似。
如图7所示为本发明提供的一种适合新能源接入的通用化电力电子接口的实施例的结构示意图，由图7可知，驱动系统分别控制连接电源侧变流器和电网侧变流器，交流电源、电源侧变流器、电网侧变流器和电网依次连接。斩波环节一端与直流电源连接，另一端与电源侧变流器并联。
交流电源包括：直驱式风机、微型燃气轮机和飞轮储能；直流电源包括：燃料电池、光伏电池和储能电池。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种适合新能源接入的通用化电力电子接口，其特征在于，所述电力电子接口包括依次连接的管理系统、本地控制系统、驱动系统和执行系统；
所述管理系统与上级调度部门的信息交换并向所述本地控制系统发出控制指令，所述本地控制系统根据所述控制指令选择合适的控制策略，所述驱动系统根据所述选择的控制策略产生对应的驱动信号，所述执行系统包括电网侧和电源侧变流器，所述驱动信号控制所述执行系统中的变流器中开关器件的通断；
所述本地控制系统选择的控制策略包括对变流器的有功电流控制和无功电流控制，所述有功电流控制为定频率控制、定有功功率控制或定直流电压控制，所述无功电流控制为定无功功率控制或定交流电压控制；
所述本地控制系统根据所述控制指令选择对所述变流器的有功电流控制和无功电流控制的策略和参数，实现不同种类新能源的接入；
所述本地控制系统的控制策略中包含的所述定频率控制、定有功功率控制、定直流电压控制、定无功功率控制和定交流电压控制为相互独立的控制模块；
节点a、b、c、d和e分别对应连接五个所述控制模块，开关Pmd和Pmq连接所述变流器，将所述开关Pmd置于开关a、b或c，所述开关Pmq置于d或e，使所述变流器分别连接各个所述控制模块，根据需要选择不同的开关信号实现相应的控制策略和参数，所述参数包括比例系数和积分常数；
所述有功电流控制的三个控制模块还选择连接MPPT；
将Pmd置于b、Pmq置于d，选择连接MPPT时，实现对直驱式风机电源侧变流器的控制，其控制策略为定有功功率和定无功功率控制；
将Pmd置于c、Pmq置于e时，实现对直驱式风机并网侧变流器的控制，其控制策略为定直流侧电压和定交流电压控制；
将Pmd置于c、Pmq置于d，选择连接MPPT时，实现对光伏并网逆变器的控制，其控制策略为定直流侧电压和定无功功率控制；
将Pmd置于a、Pmq置于e时，实现对蓄电池网侧变流器的下垂控制，在孤岛运行方式下，蓄电池通过网侧变流器的控制实现调压调频的功能。
2.如权利要求1所述的电力电子接口，其特征在于，所述电力电子接口还包括交流电源、电网、斩波环节和直流电源；
所述驱动系统分别控制连接所述电源侧变流器和电网侧变流器，所述交流电源、电源侧变流器、电网侧变流器和电网依次连接；所述斩波环节一端与所述直流电源连接，另一端与所述电源侧变流器并联。
3.如权利要求2所述的电力电子接口，其特征在于，所述交流电源包括：直驱式风机、微型燃气轮机和飞轮储能；所述直流电源包括：燃料电池、光伏电池和储能电池。
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