CN111404207A - 一种发电机组配电网接入控制方法和控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发电机组配电网接入控制方法，所述方法为：实时监测发电机组配电网侧的电网电压信号和并网电流信号，然后对监测到的实时电网电压信号和并网电流信号进行分析、调节，再结合能量管理平台发送的控制指令，得出对发电机组并网点的电压、频率和谐波进行主动调节的无功调节信号、有功调节信号和谐波控制信号。还公开一种发电机组配电网接入控制系统。本发明通过对实时监测电网电压和并网电流进行分析计算，再结合能量管理平台控制指令，得出对发电机组并网点的电压、频率和谐波进行主动调节的信号，使发电机组在当前电网运行条件稳定的同时，可主动参与电网电压、频率调节和谐波治理，实现发电机组并网点电压、频率、谐波的主动调节。

Description

一种发电机组配电网接入控制方法和控制系统
技术领域
本发明涉及发电机组配电网接入控制领域，特别是涉及一种发电机组配电网接入控制方法和控制系统。
背景技术
目前，配电网上接入大量的发电机组设备和负载设备，这样配电网容易受到负载设备和发电设备的影响，产生电压、频率偏差、三相不平衡、谐波含量大等电能质量问题。配电网为改善电能质量，大多采用增加无源或者有源电能质量治理装置对电网电能质量进行治理。发电机组大多通过变流器接入配电网，其并网控制策略均通过变流器控制器来实现。各发电机组适应配电网的电压、频率、谐波等要求，根据整个发电场中控室能量管理平台的要求，来完成发电机组并网控制。
但这种改善电能质量的现有技术仍存在如下缺陷：电网配置的电能质量治理装置显著增加了配电网建设投资成本和运行维护成本，增加了配电网空间和控制的复杂度。并且发电机组只是被动适应配电网的电压、频率、谐波等性能要求，不具备自主调节能力。
由此可见，上述现有的发电机组配电网接入控制方法仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种新的发电机组配电网接入控制方法和控制系统，使其能实现发电机组并网点电压、频率、谐波的主动调节，成为当前业界极需改进的目标。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种发电机组配电网接入控制方法，使其能实现发电机组并网点电压、频率、谐波的主动调节，从而克服现有的发电机组配电网接入方法的不足。
为解决上述技术问题，本发明提供一种发电机组配电网接入控制方法，所述方法为：实时监测发电机组配电网侧的电网电压信号和并网电流信号，然后对监测到的实时电网电压信号和并网电流信号进行分析、调节，再结合能量管理平台发送的控制指令，得出对发电机组并网点的电压、频率和谐波进行主动调节的无功调节信号、有功调节信号和谐波控制信号。
进一步改进，所述方法中得出的对发电机组电压进行主动调节的无功调节信号是通过电压调整模块实现的，所述电压调整模块通过对监测到的实时电网电压信号分析，获得电网电压偏差信号，再经计算得出所述发电机组的无功调节信号。
进一步改进，所述方法中得出的对发电机组频率进行主动调节的有功调节信号是通过频率调整模块实现的，所述频率调整模块通过对监测到的实时电网电压信号和并网电流信号进行解耦和坐标变换，获得并网点的实时电网频率信号和频率偏差信号，再经计算得出所述发电机组的功率调整值，最后结合能量管理平台的控制指令得出所述发电机组的有功调节信号。
进一步改进，所述方法中得出的对发电机组谐波进行主动调节的谐波控制信号是通过谐波调整模块实现的，所述谐波调整模块通过对监测到的实时电网电压信号经过锁相环处理，得到电网相位信号，还通过对监测到的并网电流信号进行坐标变换，形成α和β轴电流信号，再经两次坐标变换和滤波后获得α和β轴基波电流信号，两组电流经过运算后获得α和β轴谐波电流信号，再经计算得出所述发电机组的谐波控制信号。
进一步改进，所述发电机组的并网变流器接收到所述发电机组的谐波控制信号后，向所述发电机组的配电网侧注入相反幅值的谐波电流，实现对电网谐波的抑制。
进一步改进，所述方法中实时监测电网电压信号和并网电流信号的步骤是通过基于DSP和FPGA的高速数据采集系统来实现。
进一步改进，所述配电网同时与多个并列的发电机组连接，多个并列的发电机组均与能量管理平台连接，分别进行各个发电机组控制和状态数据的交换，实现多个并列发电机组电压、频率、谐波的主动调节；或者，
进一步改进，所述配电网同时与多个并列的发电机组连接，多个并列的发电机组中具有一个直接与能量管理平台连接进行控制和状态数据交换的主机组，其它发电机组作为从机组，与所述主机组进行数据交换，最终实现多个并列发电机组电压、频率、谐波的主动调节；或者，
多个并列发电机组的并网控制器自主完成智能组网，多个所述并网控制器具有主从机切换功能，当前主机或从机发生故障停机，其余发电机组自主组网，完成并列发电机组的并网调节。
进一步改进，所述发电机组包括风力发电机组、光伏发电机组和潮流能发电机组中的一种或多种。
本发明还提供一种发电机组配电网接入控制系统，包括连接在发电机组与配电网之间的并网变流器和并网变压器，以及与所述并网变流器和并网变压器连接的并网控制器，所述并网控制器还与能量管理平台连接；
所述并网控制器包括并网控制信号调节模块和与其连接的电压调整模块、频率调整模块、谐波调整模块，所述电压调整模块用于对监测到的实时电网电压信号分析、计算，获得电网电压偏差信号以及发电机组的无功调节信号，并将所述发电机组的无功调节信号发送至所述并网控制信号调节模块；
所述频率调整模块用于对监测到的实时电网电压信号和并网电流信号进行解耦和坐标变换，获得并网点的实时电网频率信号和频率偏差信号，以及发电机组的功率调整值，并将所述发电机组的功率调整值发送至所述并网控制信号调节模块；
所述谐波调整模块用于对监测到的实时电网电压信号经过锁相环得到电网相位信号，对监测到的并网电流信号坐标变换成α和β轴电流信号，所述α和β轴电流信号再经两次坐标变换和滤波后获得α和β轴基波电流信号，两组电流经过计算后获得α和β轴谐波电流信号，以及发电机组的谐波控制信号，并将所述发电机组的谐波控制信号发送至所述并网控制信号调节模块；
所述并网控制信号调节模块用于接收所述电压调整模块、频率调整模块和谐波调整模块输出的信号，并结合所述能量管理平台输出的控制指令，生成向所述并网变流器发送的发电机组的无功调节信号、有功调节信号和谐波控制信号，实现对发电机组并网点电压、频率和谐波的主动调节。
进一步改进，所述配电网与多个并列的发电机组连接，且多个并列的发电机组中并网控制器相互连接，形成协调控制组，所述协调控制组中包括一个并网控制器作为调节主机，所述调节主机与所述能量管理平台连接，所述协调控制组中的其它并网控制器作为所述调节主机的从机运行。
采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：
1.本发明发电机组配电网接入控制系统通过在并网控制器中设置电压调整模块、频率调整模块和谐波调整模块，使其对实时监测的电网电压信号和并网电流信号进行分析、计算，再结合发电场能量管理平台的控制指令，得出对发电机组并网点的电压、频率和谐波进行主动调节的无功调节信号、有功调节信号和谐波控制信号，则增加了电网电压、频率调节和谐波治理的相关控制变量，使发电机组在当前电网运行条件稳定运行的同时，可主动参与电网电压、频率调节和谐波治理，实现发电机组并网点电压、频率、谐波的主动调节。
2.本发明还通过对并网控制器两种工作模式的设定，能实现对多个并列发电机组的分别协调控制或主从协调控制。
3.本发明发电机组配电网接入控制系统可适用于传统配电网接入和分布式微电网接入，该发电机组配电网接入控制方法可适用于风力发电机组、光伏发电机组、潮流能发电机组等发电机组。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明发电机组配电网接入控制系统的结构示意图。
图2是本发明发电机组配电网接入控制系统中电压调整模块的结构示意图。
图3是本发明发电机组配电网接入控制系统中频率调整模块的结构示意图。
图4是本发明发电机组配电网接入控制系统中谐波调整模块的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供一种发电机组配电网接入控制方法和控制系统，该方法和系统能在适应配电网电压、频率、谐波等性能要求的前提下，通过对发电机组的控制，主动参与电网电压、频率调节和谐波治理，能大大提高发电机组及配电网的运行稳定性。该发电机组配电网接入控制系统的具体实施例如下。
本实施例发电机组配电网接入控制系统，以发电机6的配电网接入控制系统为例，对本发明技术方案进行叙述。当然，该发电机组还可以为风力发电机组、光伏发电机组、潮流能发电机组或几种发电机组的组合。
参照附图1所示，本实施例发电机组配电网接入控制系统包括连接在发电机6与配电网1之间的并网变流器5和并网变压器4，以及与该并网变流器5和并网变压器4连接的并网控制器7，该并网控制器7还与能量管理平台2通过以太网或者光纤通讯的方式进行连接。
该并网控制器7用于实时监测发电机组3配电网侧的电网电压信号和并网电流信号，并通过对监测数据进行分析计算，再结合能量管理平台2发送的控制指令，向并网变流器5发送向发电机组3主动调节的无功调节信号、有功调节信号和谐波控制信号，实现对发电机组电压、频率和谐波的主动调节。
具体的，该并网控制器7通过基于DSP和FPGA的高速数据采集系统来实现对发电机组3配电网侧的电网电压信号和并网电流信号的高速采集和高速传输。该并网控制器7还包括并网控制信号调节模块11和与其连接的电压调整模块8、频率调整模块9、谐波调整模块10。
其中，参照附图2所示，该电压调整模块8用于对监测到的实时电网电压信号分析、计算，获得电网电压偏差信号，再通过其中的控制调节单元获得发电机组3的无功调节信号，并将该发电机组3的无功调节信号发送至该并网控制信号调节模块11。
参照附图3所示，该频率调整模块9用于对监测到的实时电网电压信号和并网电流信号进行解耦和坐标变换，获得并网点的实时电网频率信号和频率偏差信号，再经过其中的频率响应单元获得发电机组3的功率调整值，并将该发电机组3的功率调整值发送至该并网控制信号调节模块11。
参照附图4所示，该谐波调整模块10用于对监测到的实时电网电压信号经过锁相环得到电网相位信号，对监测到的并网电流信号坐标变换成α和β轴电流信号，该α和β轴电流信号再经两次坐标变换和滤波后获得α和β轴基波电流信号，两组电流经过计算后获得α和β轴谐波电流信号，再经过其中的控制调节单元获得发电机组3的谐波控制信号，并将该发电机组3的谐波控制信号发送至该并网控制信号调节模块11。
该并网控制信号调节模块11用于接收该电压调整模块8、频率调整模块9和谐波调整模块10输出的信号，并结合该能量管理平台2输出的控制指令，生成向该并网变流器5发送的发电机组3的无功调节信号、有功调节信号和谐波控制信号，实现对发电机组3并网点电压、频率和谐波的主动调节。
本实施例中该配电网1可以与一个发电机组3连接，也可以与多个并列的发电机组3连接。如附图1中配电网1连接两个并列的发电机组3。该多个并列的发电机组3中的并网控制器7还可通过以太网或者光纤通讯的方式相互连接，则该并网控制器7具有两种工作模式。
该并网控制器7的两种工作模式分别为：一种为该并网控制器7统一接收能量管理平台2下发的针对该发电机组3并网控制中的电压、频率、谐波调节指令，再结合自身得到的发电机组3的无功调节信号、有功调节信号和谐波控制信号，对各机组下发调节控制信号。另一种为并网控制器7自主协调控制，多个并列的发电机组3中的并网控制器7通过集电线路相互连接，形成协调控制组。每个协调控制组由一台发电机并网控制器7作为调节主机，完成与能量管理平台2的控制和状态数据交换，该协调控制组中的其他发电机并网控制器7作为从机运行，与该调节主机实时进行数据交换，最终完成多个并列发电机组3的电压、频率和谐波调节。
当然，还可以为：多个并列的发电机组3的并网控制器7自主完成智能组网，多个并网控制器7具有主从机切换功能，当前主机或从机发生故障停机，其余发电机组3可以自主组网，完成并列发电机组的并网调节。
另外，该并网控制器7向并网变流器5发送发电机组3的谐波控制指令时，该并网变流器5可在并网点作为有源滤波器来运行，向电网注入相反幅值的谐波电流，对电网谐波进行抑制。并且为达到更好的电网谐波抑制效果，并网变流器5可通过并网控制器7与电网配置的谐波治理装置协调动作，在一定程度上降低电网谐波治理装置的成本。
基于上述发电机组配电网接入控制系统，其发电机组配电网接入控制方法为：实时监测发电机组3配电网侧的电网电压信号和并网电流信号，然后对监测到的实时电网电压信号和并网电流信号进行分析、调节，再结合能量管理平台2发送的控制指令，得出对发电机组3并网点的电压、频率和谐波进行主动调节的无功调节信号、有功调节信号和谐波控制信号。
其中，对发电机电压进行主动调节的无功调节信号是通过电压调整模块8实现的。该电压调整模块8通过对监测到的实时电网电压信号分析，获得电网电压偏差信号，再经计算得出该发电机组3的无功调节信号。
对发电机频率进行主动调节的有功调节信号是通过频率调整模块实现的，该频率调整模块9通过对监测到的实时电网电压信号和并网电流信号进行解耦和坐标变换，获得并网点的实时电网频率信号和频率偏差信号，再经计算得出该发电机组的功率调整值，最后结合能量管理平台2的控制指令得出该发电机组3的有功调节信号。
对发电机谐波进行主动调节的谐波控制信号是通过谐波调整模块10实现的，该谐波调整模块10通过对监测到的实时电网电压信号经过锁相环处理，得到电网相位信号，还通过对监测到的并网电流信号进行坐标变换，形成α和β轴电流信号，再经两次坐标变换和滤波后获得α和β轴基波电流信号，两组电流经过运算后获得α和β轴谐波电流信号，再经计算得出该发电机组3的谐波控制信号。
该发电机组配电网接入控制方法同样存在两个控制方法。第一种控制方法为：该配电网1同时与多个并列的发电机组3连接，多个并列的发电机组3中并网控制器7均与能量管理平台2连接，各个并网控制器7均与能量管理平台2分别进行控制和状态数据的交换，实现多个并列发电机组3电压、频率、谐波的主动调节。
第二种控制方法为：该配电网1同时与多个并列的发电机组3连接，多个并列的发电机组3中具有一个直接与能量管理平台2连接进行控制和状态数据交换的主机组，其它发电机组3作为从机组，与该主机组进行数据交换，最终实现多个并列发电机组3电压、频率、谐波的主动调节。
还可以为：多个并列的发电机组3中并网控制器7可自主智能组网，可自主完成主从机功能切换，若其中一个发电机组3出现故障停机，其余发电机组3中并网控制器7依然可自主组网，实现发电机组3的并网主动调节。
本发明通过在并网控制器中设置电网电压、频率、谐波调整模块，使其对电网电压和并网电流实时监测，对发电机组并网点的电压、频率波动和谐波情况进行分析和计算，在发电场能量管理平台的控制信号基础上，增加电网电压、频率调节和谐波治理相关控制变量，使发电机组在当前电网运行条件稳定运行的同时，可主动参与电网电压、频率调节和谐波治理，实现发电机组并网点电压、频率、谐波的主动调节。
本发明中并网控制器具备丰富的通讯接口，可通过以太网或者光纤通讯完成与能量管理平台间的控制数据交换，同时多个发电机组并网控制器间可独立组网，形成协调控制组，实现协调控制或主从控制。
本发明中并网控制器可适用于传统配电网接入和分布式微电网接入，该控制方法可适用于风力发电机组、光伏发电机组、潮流能发电机组等发电机组的配电网接入控制。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种发电机组配电网接入控制方法，其特征在于，所述方法为：实时监测发电机组配电网侧的电网电压信号和并网电流信号，然后对监测到的实时电网电压信号和并网电流信号进行分析、调节，再结合能量管理平台发送的控制指令，得出对发电机组并网点的电压、频率和谐波进行主动调节的无功调节信号、有功调节信号和谐波控制信号。
2.根据权利要求1所述的发电机组配电网接入控制方法，其特征在于，所述方法中得出的对发电机组电压进行主动调节的无功调节信号是通过电压调整模块实现的，所述电压调整模块通过对监测到的实时电网电压信号分析，获得电网电压偏差信号，再经计算得出所述发电机组的无功调节信号。
3.根据权利要求2所述的发电机组配电网接入控制方法，其特征在于，所述方法中得出的对发电机组频率进行主动调节的有功调节信号是通过频率调整模块实现的，所述频率调整模块通过对监测到的实时电网电压信号和并网电流信号进行解耦和坐标变换，获得并网点的实时电网频率信号和频率偏差信号，再经计算得出所述发电机组的功率调整值，最后结合能量管理平台的控制指令得出所述发电机组的有功调节信号。
4.根据权利要求3所述的发电机组配电网接入控制方法，其特征在于，所述方法中得出的对发电机组谐波进行主动调节的谐波控制信号是通过谐波调整模块实现的，所述谐波调整模块通过对监测到的实时电网电压信号经过锁相环处理，得到电网相位信号，还通过对监测到的并网电流信号进行坐标变换，形成α和β轴电流信号，再经两次坐标变换和滤波后获得α和β轴基波电流信号，两组电流经过运算后获得α和β轴谐波电流信号，再经计算得出所述发电机组的谐波控制信号。
5.根据权利要求4所述的发电机组配电网接入控制方法，其特征在于，所述发电机组的并网变流器接收到所述发电机组的谐波控制信号后，向所述发电机组的配电网侧注入相反幅值的谐波电流，实现对电网谐波的抑制。
6.根据权利要求1所述的发电机组配电网接入控制方法，其特征在于，所述方法中实时监测电网电压信号和并网电流信号的步骤是通过基于DSP和FPGA的高速数据采集系统来实现。
7.根据权利要求1至6任一项所述的发电机组配电网接入控制方法，其特征在于，所述配电网同时与多个并列的发电机组连接，多个并列的发电机组均与能量管理平台连接，分别进行各个发电机组控制和状态数据的交换，实现多个并列发电机组电压、频率、谐波的主动调节；或者，
多个并列的发电机组中具有一个直接与能量管理平台连接进行控制和状态数据交换的主机组，其它发电机组作为从机组，与所述主机组进行数据交换，最终实现多个并列发电机组电压、频率、谐波的主动调节；或者，
多个并列发电机组的并网控制器自主完成智能组网，多个所述并网控制器具有主从机切换功能，当前主机或从机发生故障停机，其余发电机组自主组网，完成并列发电机组的并网调节。
8.根据权利要求1所述的发电机组配电网接入控制方法，其特征在于，所述发电机组包括风力发电机组、光伏发电机组和潮流能发电机组中的一种或多种。
9.一种发电机组配电网接入控制系统，其特征在于，包括连接在发电机组与配电网之间的并网变流器和并网变压器，以及与所述并网变流器和并网变压器连接的并网控制器，所述并网控制器还与能量管理平台连接；
所述并网控制器包括并网控制信号调节模块和与其连接的电压调整模块、频率调整模块、谐波调整模块，所述电压调整模块用于对监测到的实时电网电压信号分析、计算，获得电网电压偏差信号以及发电机组的无功调节信号，并将所述发电机组的无功调节信号发送至所述并网控制信号调节模块；
所述频率调整模块用于对监测到的实时电网电压信号和并网电流信号进行解耦和坐标变换，获得并网点的实时电网频率信号和频率偏差信号，以及发电机组的功率调整值，并将所述发电机组的功率调整值发送至所述并网控制信号调节模块；
所述谐波调整模块用于对监测到的实时电网电压信号经过锁相环得到电网相位信号，对监测到的并网电流信号坐标变换成α和β轴电流信号，所述α和β轴电流信号再经两次坐标变换和滤波后获得α和β轴基波电流信号，两组电流经过计算后获得α和β轴谐波电流信号，以及发电机组的谐波控制信号，并将所述发电机组的谐波控制信号发送至所述并网控制信号调节模块；
所述并网控制信号调节模块用于接收所述电压调整模块、频率调整模块和谐波调整模块输出的信号，并结合所述能量管理平台输出的控制指令，生成向所述并网变流器发送的发电机组的无功调节信号、有功调节信号和谐波控制信号，实现对发电机组并网点电压、频率和谐波的主动调节。
10.根据权利要求1所述的发电机组配电网接入控制系统，其特征在于，所述配电网与多个并列的发电机组连接，且多个并列的发电机组中并网控制器相互连接，形成协调控制组，所述协调控制组中包括一个并网控制器作为调节主机，所述调节主机与所述能量管理平台连接，所述协调控制组中的其它并网控制器作为所述调节主机的从机运行。
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