CN108306305A - 一种混合供电系统的电压稳定控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混合供电系统的电压稳定控制系统，混合供电系统包括电力网、太阳能电站、风力发电站、监测装置、控制器，所述电力网与所述太阳能电站、风力发电站均包括信息共享的共享通讯模块；所述控制器包括比较单元、无功调节单元，所述比较单元对接收的所述输出功率进行比较判断，当某个节点的输出低于预设阈值时，输出高电平给所述无功调节单元；所述无功调节单元控制与该节点的电气距离在预定范围内且最近的发电机或者电容器在对应的方向上改变其自身的无功出力水平。本发明能够维持新能源与电力网混合供电的供电节点的稳定性。

Description

一种混合供电系统的电压稳定控制系统
技术领域
本发明涉及新能源稳定供电技术领域，尤其是涉及一种混合供电系统的电压稳定控制系统。
背景技术
随着能源的不断损耗，对于新能源的充分利用越来越得到社会和国家的认可，然后新能源的间隙性，导致其无法稳定的供电，现有的方式通常采用新能源与电力网混合供电的方式，但是，电能质量无法得到有效保障。
为了保障提供给负载的电能质量处于合理的范围进而保障负载能够被正常使用且不会被过高的电压损坏，电力系统中的电压需要实时处于合适的范围，而该合适的范围的实现通常是通过调整发电装置的出力来操作。
而现有技术中，通常针对某一个特定的发电装置设置无功出力的上、下限，而不管在实际中该发电装置是处于空载、轻载、还是满载，均采用这个上、下限作为无功出力的约束进行判断从而来调整电压。这种情况虽然使得判断变得简单，但是与实际情况相差较远，因为载重的不同导致会影响无功的范围，即固定的某一个数值无法准确的表达变动的范围。
调整混合供电的供电节点的稳定性是维持新能源大面积应用迫切需要解决的技术难题。
发明内容
因此，针对上述问题，本发明提供了一种混合供电系统的电压稳定控制系统，混合供电系统包括电力网、太阳能电站、风力发电站、监测装置、控制器，所述电力网与所述太阳能电站、风力发电站均包括信息共享的共享通讯模块；
所述监测装置用于实时监测混合供电系统中各个节点的输出功率，并将监测的输出功率传输到所述控制器；
所述控制器包括比较单元、无功调节单元，所述比较单元对接收的所述输出功率进行比较判断，当某个节点的输出低于预设阈值时，输出高电平给所述无功调节单元；
所述无功调节单元控制与该节点的电气距离在预定范围内且最近的发电机或者电容器在对应的方向上改变其自身的无功出力水平。
所述共享通讯模块实时更新所述无功调节单元调节的无功出力水平以及具体的节点位置。
所述的一种混合供电系统的电压稳定控制系统，所述控制器包括有功功率调节速率单元，所述有功功率调节速率单元包括上调速率控制模块和下调速率控制模块，所述下调控制模块接收所述无功调节单元的信息，当所述无功调节单元判断所述节点的电气距离在预定范围内且最近的发电机或者电容器在对应的方向上改变其自身的无功出力水平无法满足无功出力水平时，加快有功功率下调速率，同时反馈给所述无功调节单元已加快有功功率下调速率，所述无功调节单元接收到所述下调速率控制模块的反馈信息后，判断如果所述节点的功率是否恢复到允许范围内，如果恢复，则结束；否则，继续控制与该节点的电气距离在所述预定范围内的其他发电机按照与该节点的电气距离由近到远的顺序依次在与所述方向上改变其自身的无功出力水平，如果所述节点的功率恢复到允许范围内，则结束；如果当与该节点的电气距离在所述预定范围内的所有发电机的无功出力均处于自身限值时，所述节点的功率仍然没有恢复到允许范围内，则控制无功补偿装置在所述方向上动作。
所述的一种混合供电系统的电压稳定控制系统，所述共享通讯模块采用主从结构，接收所述控制器的控制指令确定主从特性，所述控制器检测当前的天气状况以及历史负荷需求确定共享通讯模块的主从结构的分配，当处于白天时，确定所述太阳能电站中的共享通讯模块为主机，风力发电站和电力网中的共享通讯模块为从机，如果所述太阳能电站中的共享通讯模块出现故障，则自动切换到所述风力发电站的共享通讯模块为主机；当风力大于第一风力阈值时，则确定风力发电站的共享通讯模块为主机，太阳能电站和电力网中的共享通讯模块为从机。
所述的一种混合供电系统的电压稳定控制系统，所述方向与所述功率不满足要求的情况相关，当所述电压幅值降低到电压范围下限且持续一定时间时，所述方向为使得无功增加的方向；当所述电压幅值升高到电压范围上限且持续一定时间时，所述方向为使得无功减少的方向。
所述的一种混合供电系统的电压稳定控制系统，所述无功调节单元还包括无功限值计算模块，用于计算所述无功出力上、下限，其计算方法如下：
针对某一发电机，绘制该发电机的PQ特性曲线，所述PQ特性曲线为考虑该发电机的发电机的定子、转子热量限制约束的曲线，所述PQ特性曲线以P为横坐标，以Q为纵坐标；
根据所述PQ特性曲线得到该发电机对应的特征数值，所述特征数值包括所述发电机的最大无功出力Qmax，最小无功出力Qmin，最大有功出力Pmax，所述发电机的功率因数角为额定数值时的有功出力Pset、无功出力Qset；
基于所述特征数值、所述PQ特性曲线形成基准坐标，所述基准坐标包括（0，Qmax），（0，Qmin），（Pmax，0），（Pset，Qset），所述PQ特性曲线与经由（（V2tanθmax）/Xd，0）、（0，-V2/Xd）的直线的交点中横坐标数值较大的交点的坐标（Pcross，Qcross），所述V为发电机的额定电压，所述θ为功角，所述Xd为直轴同步电抗；
拟合通过（0，Qmax）、（Pset，Qset）的二次函数，得到第一曲线；拟合通过（Pset，Qset）、（Pmax，0）的二次函数，得到第二曲线；拟合通过（Pmax，0）、（Pcross，Qcross）的二次函数，得到第三曲线；拟合通过（Pcross，Qcross）、（0，-V2/Xd）的直线，得到第一直线；所述第一曲线、第二曲线、第三曲线、第一直线和直线P=0在以P为横坐标，以Q为纵坐标的坐标平面上形成封闭图形，所述封闭图形的边界即为所述第一曲线、第二曲线、第三曲线、第一直线和直线P=0的一部分；
根据发电机i的所述边界与直线P=Pti的交点的坐标得到所述发电机i在当前有功出力数值Pti对应的无功出力上、下限。
所述的一种混合供电系统的电压稳定控制系统，所述无功补偿装置包括SVG。
所述的一种混合供电系统的电压稳定控制系统，所述发电机包括水利发电机、火力发电机、核能发电机，所述电容器为超级电容。
所述的一种混合供电系统的电压稳定控制系统，所述太阳能电站、风力发电站均设置主最大功率跟踪模块、副最大功率跟踪模块，所述主最大功率跟踪模块、副最大功率跟踪模块之间互为备用的并联连接。
本发明通过调节新能源与电力网输出的有功、无功，能够维持混合供电的稳定性和准确性，在进行混合供电时，共享不同供电系统之间的功率输出，及时更新出力信息，能够根据历史数据和环境因素，进行信息共享的主从控制，确保数据快速实现共享，对新能源实现最大功率跟踪的备用控制，提高新能源发电的准确实现最大功率跟踪。
附图说明
图1是混合供电系统的电压稳定控制系统示意图。
具体实施方式
如图1所示，为本申请混合供电系统的电压稳定控制系统示意图。
本发明提供了一种混合供电系统的电压稳定控制系统，混合供电系统包括电力网、太阳能电站、风力发电站、监测装置、控制器，所述电力网与所述太阳能电站、风力发电站均包括信息共享的共享通讯模块；
所述监测装置用于实时监测混合供电系统中各个节点的输出功率，并将监测的输出功率传输到所述控制器；
所述控制器包括比较单元、无功调节单元，所述比较单元对接收的所述输出功率进行比较判断，当某个节点的输出低于预设阈值时，输出高电平给所述无功调节单元；
所述无功调节单元控制与该节点的电气距离在预定范围内且最近的发电机或者电容器在对应的方向上改变其自身的无功出力水平。
所述共享通讯模块实时更新所述无功调节单元调节的无功出力水平以及具体的节点位置。
所述的一种混合供电系统的电压稳定控制系统，所述控制器包括有功功率调节速率单元，所述有功功率调节速率单元包括上调速率控制模块和下调速率控制模块，所述下调控制模块接收所述无功调节单元的信息，当所述无功调节单元判断所述节点的电气距离在预定范围内且最近的发电机或者电容器在对应的方向上改变其自身的无功出力水平无法满足无功出力水平时，加快有功功率下调速率，同时反馈给所述无功调节单元已加快有功功率下调速率，所述无功调节单元接收到所述下调速率控制模块的反馈信息后，判断如果所述节点的功率是否恢复到允许范围内，如果恢复，则结束；否则，继续控制与该节点的电气距离在所述预定范围内的其他发电机按照与该节点的电气距离由近到远的顺序依次在与所述方向上改变其自身的无功出力水平，如果所述节点的功率恢复到允许范围内，则结束；如果当与该节点的电气距离在所述预定范围内的所有发电机的无功出力均处于自身限值时，所述节点的功率仍然没有恢复到允许范围内，则控制无功补偿装置在所述方向上动作。
所述的一种混合供电系统的电压稳定控制系统，所述共享通讯模块采用主从结构，接收所述控制器的控制指令确定主从特性，所述控制器检测当前的天气状况以及历史负荷需求确定共享通讯模块的主从结构的分配，当处于白天时，确定所述太阳能电站中的共享通讯模块为主机，风力发电站和电力网中的共享通讯模块为从机，如果所述太阳能电站中的共享通讯模块出现故障，则自动切换到所述风力发电站的共享通讯模块为主机；当风力大于第一风力阈值时，则确定风力发电站的共享通讯模块为主机，太阳能电站和电力网中的共享通讯模块为从机。
所述的一种混合供电系统的电压稳定控制系统，所述方向与所述功率不满足要求的情况相关，当所述电压幅值降低到电压范围下限且持续一定时间时，所述方向为使得无功增加的方向；当所述电压幅值升高到电压范围上限且持续一定时间时，所述方向为使得无功减少的方向。
所述的一种混合供电系统的电压稳定控制系统，所述无功调节单元还包括无功限值计算模块，用于计算所述无功出力上、下限，其计算方法如下：
针对某一发电机，绘制该发电机的PQ特性曲线，所述PQ特性曲线为考虑该发电机的发电机的定子、转子热量限制约束的曲线，所述PQ特性曲线以P为横坐标，以Q为纵坐标；
根据所述PQ特性曲线得到该发电机对应的特征数值，所述特征数值包括所述发电机的最大无功出力Qmax，最小无功出力Qmin，最大有功出力Pmax，所述发电机的功率因数角为额定数值时的有功出力Pset、无功出力Qset；
基于所述特征数值、所述PQ特性曲线形成基准坐标，所述基准坐标包括（0，Qmax），（0，Qmin），（Pmax，0），（Pset，Qset），所述PQ特性曲线与经由（（V2tanθmax）/Xd，0）、（0，-V2/Xd）的直线的交点中横坐标数值较大的交点的坐标（Pcross，Qcross），所述V为发电机的额定电压，所述θ为功角，所述Xd为直轴同步电抗；
拟合通过（0，Qmax）、（Pset，Qset）的二次函数，得到第一曲线；拟合通过（Pset，Qset）、（Pmax，0）的二次函数，得到第二曲线；拟合通过（Pmax，0）、（Pcross，Qcross）的二次函数，得到第三曲线；拟合通过（Pcross，Qcross）、（0，-V2/Xd）的直线，得到第一直线；所述第一曲线、第二曲线、第三曲线、第一直线和直线P=0在以P为横坐标，以Q为纵坐标的坐标平面上形成封闭图形，所述封闭图形的边界即为所述第一曲线、第二曲线、第三曲线、第一直线和直线P=0的一部分；
根据发电机i的所述边界与直线P=Pti的交点的坐标得到所述发电机i在当前有功出力数值Pti对应的无功出力上、下限。
所述的一种混合供电系统的电压稳定控制系统，所述无功补偿装置包括SVG。
所述的一种混合供电系统的电压稳定控制系统，所述发电机包括水利发电机、火力发电机、核能发电机，所述电容器为超级电容。
所述的一种混合供电系统的电压稳定控制系统，所述太阳能电站、风力发电站均设置主最大功率跟踪模块、副最大功率跟踪模块，所述主最大功率跟踪模块、副最大功率跟踪模块之间互为备用的并联连接。
本发明通过调节新能源与电力网输出的有功、无功，能够维持混合供电的稳定性和准确性，在进行混合供电时，共享不同供电系统之间的功率输出，及时更新出力信息，能够根据历史数据和环境因素，进行信息共享的主从控制，确保数据快速实现共享，对新能源实现最大功率跟踪的备用控制，提高新能源发电的准确实现最大功率跟踪。
需要注意的是，以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，在本发明的上述指导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种混合供电系统的电压稳定控制系统，其特征在于，混合供电系统包括电力网、太阳能电站、风力发电站、监测装置、控制器，所述电力网与所述太阳能电站、风力发电站均包括信息共享的共享通讯模块；
所述监测装置用于实时监测混合供电系统中各个节点的输出功率，并将监测的输出功率传输到所述控制器；
所述控制器包括比较单元、无功调节单元，所述比较单元对接收的所述输出功率进行比较判断，当某个节点的输出低于预设阈值时，输出高电平给所述无功调节单元；
所述无功调节单元控制与该节点的电气距离在预定范围内且最近的发电机或者电容器在对应的方向上改变其自身的无功出力水平；
所述共享通讯模块实时更新所述无功调节单元调节的无功出力水平以及具体的节点位置。
2.如权利要求1所述的一种混合供电系统的电压稳定控制系统，其特征在于，所述控制器包括有功功率调节速率单元，所述有功功率调节速率单元包括上调速率控制模块和下调速率控制模块，所述下调控制模块接收所述无功调节单元的信息，当所述无功调节单元判断所述节点的电气距离在预定范围内且最近的发电机或者电容器在对应的方向上改变其自身的无功出力水平无法满足无功出力水平时，加快有功功率下调速率，同时反馈给所述无功调节单元已加快有功功率下调速率，所述无功调节单元接收到所述下调速率控制模块的反馈信息后，判断如果所述节点的功率是否恢复到允许范围内，如果恢复，则结束；否则，继续控制与该节点的电气距离在所述预定范围内的其他发电机按照与该节点的电气距离由近到远的顺序依次在与所述方向上改变其自身的无功出力水平，如果所述节点的功率恢复到允许范围内，则结束；如果当与该节点的电气距离在所述预定范围内的所有发电机的无功出力均处于自身限值时，所述节点的功率仍然没有恢复到允许范围内，则控制无功补偿装置在所述方向上动作。
3.如权利要求2所述的一种混合供电系统的电压稳定控制系统，其特征在于，所述共享通讯模块采用主从结构，接收所述控制器的控制指令确定主从特性，所述控制器检测当前的天气状况以及历史负荷需求确定共享通讯模块的主从结构的分配，当处于白天时，确定所述太阳能电站中的共享通讯模块为主机，风力发电站和电力网中的共享通讯模块为从机，如果所述太阳能电站中的共享通讯模块出现故障，则自动切换到所述风力发电站的共享通讯模块为主机；当风力大于第一风力阈值时，则确定风力发电站的共享通讯模块为主机，太阳能电站和电力网中的共享通讯模块为从机。
4.如权利要求3所述的一种混合供电系统的电压稳定控制系统，其特征在于，所述方向与所述功率不满足要求的情况相关，当所述电压幅值降低到电压范围下限且持续一定时间时，所述方向为使得无功增加的方向；当所述电压幅值升高到电压范围上限且持续一定时间时，所述方向为使得无功减少的方向。
5.根据权利要求4所述的一种混合供电系统的电压稳定控制系统，其特征在于，所述无功调节单元还包括无功限值计算模块，用于计算所述无功出力上、下限，其计算方法如下：
针对某一发电机，绘制该发电机的PQ特性曲线，所述PQ特性曲线为考虑该发电机的发电机的定子、转子热量限制约束的曲线，所述PQ特性曲线以P为横坐标，以Q为纵坐标；
根据所述PQ特性曲线得到该发电机对应的特征数值，所述特征数值包括所述发电机的最大无功出力Qmax，最小无功出力Qmin，最大有功出力Pmax，所述发电机的功率因数角为额定数值时的有功出力Pset、无功出力Qset；
基于所述特征数值、所述PQ特性曲线形成基准坐标，所述基准坐标包括（0，Qmax），（0，Qmin），（Pmax，0），（Pset，Qset），所述PQ特性曲线与经由（（V2tanθmax）/Xd，0）、（0，-V2/Xd）的直线的交点中横坐标数值较大的交点的坐标（Pcross，Qcross），所述V为发电机的额定电压，所述θ为功角，所述Xd为直轴同步电抗；
拟合通过（0，Qmax）、（Pset，Qset）的二次函数，得到第一曲线；拟合通过（Pset，Qset）、（Pmax，0）的二次函数，得到第二曲线；拟合通过（Pmax，0）、（Pcross，Qcross）的二次函数，得到第三曲线；拟合通过（Pcross，Qcross）、（0，-V2/Xd）的直线，得到第一直线；所述第一曲线、第二曲线、第三曲线、第一直线和直线P=0在以P为横坐标，以Q为纵坐标的坐标平面上形成封闭图形，所述封闭图形的边界即为所述第一曲线、第二曲线、第三曲线、第一直线和直线P=0的一部分；
根据发电机i的所述边界与直线P=Pti的交点的坐标得到所述发电机i在当前有功出力数值Pti对应的无功出力上、下限。
6.根据权利要求5所述的一种混合供电系统的电压稳定控制系统，其特征在于，所述无功补偿装置包括SVG。
7.根据权利要求6所述的一种混合供电系统的电压稳定控制系统，其特征在于，所述发电机包括水利发电机、火力发电机、核能发电机，所述电容器为超级电容。
8.根据权利要求7所述的一种混合供电系统的电压稳定控制系统，其特征在于，所述太阳能电站、风力发电站均设置主最大功率跟踪模块、副最大功率跟踪模块，所述主最大功率跟踪模块、副最大功率跟踪模块之间互为备用的并联连接。
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