CN112636346B - 一种直流补偿器、补偿方法、装置及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直流补偿器、补偿方法、装置及存储介质。所述直流补偿器，包括：提取模块和补偿模块；其中，所述提取模块与待检测点连接，用于提取所述待检测点信号中的直流分量；所述补偿模块与所述提取模块连接，用于根据所述直流分量确定补偿值，并将所述补偿值发送至所述变流器控制系统中的补偿点。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子领域，尤其涉及一种直流补偿器、补偿方法、装置及存储介质。
背景技术
目前，产生能源的方式有多个，例如风力发电、火力发电和光伏发电等，其风力发电系统、火力发电系统和光伏发电系统产生的电能需要并入到电网系统中，并通过供电系统为用户或设备供电。
具体的，风力发电系统、火力发电系统和光伏发电系统在并网时，可以分别通过由电力电子装置构成的风电变流器，光伏变流器，储能变流器等实现，由于电力电子装置中的功率器件IGBT模块并联和整机并联特性不一致导致输出的交流电中存在直流分量，或者PWM发波不对称导致变流器产生直流分量，并将该直流分量传输至电网系统。直流分量注入电网系统会引起电力变压器直流偏磁，导致变压器铁芯磁饱和、励磁电流畸变、谐波含量增大、变压器损耗增加；直流分量注入电网导致电网电力变压器初级电流的峰值变高使得电流保护设备受到损害；直流分量增加接地电缆的电腐蚀；直流分量对交流负载和电网设备也会产生不利的影响。
因此，需要一种新的技术方案能快速的消除并网产生的直流分量。
发明内容
本发明实施例提供一种直流补偿器及其补偿方法，用以在实现减小并入电网中的直流分量。
第一方面，本发明实施例提供了一种直流补偿器，包括：提取模块和补偿模块；其中，
提取模块与待检测点连接，用于提取待检测点信号中的直流分量；
补偿模块与提取模块连接，用于根据直流分量确定补偿值，并将补偿值发送至变流器控制系统中的补偿点。
本发明实施例提供的直流补偿器，检测变流器控制系统中待检测点的传输的信号中是否存在直流分量，在确定待检测点处存在直流分量时，将该直流分量提取出来，并根据提取的直流分量确定补偿值，对变流器控制系统中设置的补偿点进行补偿，以减小变流控制系统传输至电网系统的直流分量，消除直流分量对电网系统的影响。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述直流补偿器中，提取模块包括：三阶低通滤波器，用于提取待检测点信号频率低于预设阈值的直流量分量。
本发明实施例提供的直流补偿器，由于变流器控制系统用于将风力发电系统产生的能源传输至电网系统，其风力发电系统产生的能源将以三相交流电的形式传输至电网系统，故采用三阶低通滤波器提取三相交流电中的直流分量时，可以快速的提取到三相交流电中存在的直流分量，及时消除并入到电网系统的直流分量对电网系统的影响。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述直流补偿器中，补偿模块包括：线性控制器。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述直流补偿器中，线性控制器为比例积分PI控制器。
本发明实施例提供的直流补偿器，比例积分PI控制器具有较高的动态调节性能，可以快速的根据提取的直流分量的变化调整补偿值，减小并入到电网系统的直流分量，及时消除直流分量对电网系统的影响。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述直流补偿器中，补偿点位于变流器控制系统中的网侧变流器的输入端。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述直流补偿器中，补偿点位于变流器控制系统中的机侧变流器的输入端。
第二方面，本发明实施例还提供了一种风力发电系统，包括本发明实施例第一方面提供的直流补偿器和变流器控制系统。
第三方面，本发明实施例还提供了一种直流补偿方法，应用于本发明实施例第一方面提供的直流补偿器，包括：
检测待检测点的信号；
在确定信号中存在频率小于或等于预设频率阈值的直流分量时，提取直流分量；
根据直流分量确定补偿值，并基于补偿值对补偿点进行补偿。
本发明实施例提供的一种直流补偿方法，在确定待检测点处的信号存在直流分量时，将待检测处信号中存在的直流分量提取出来，并根据提取的直流分量对变流器控制系统的补偿点进行补偿，以减小并入到电网系统的直流分量，消除直流分量对电网系统的影响。
第四方面，本发明实施例还提供了一种直流补偿装置，包括：
检测单元，用于检测待检测点的信号；
提取单元，用于在确定信号中存在频率小于或等于预设频率阈值的直流分量时，提取直流分量；
处理单元，用于根据直流分量确定补偿值，并基于补偿值对补偿点进行补偿。
第五方面，本发明实施例还提供了一种直流补偿设备，包括：至少一个处理器、至少一个存储器以及存储在存储器中的计算机程序指令，当计算机程序指令被处理器执行时实现本发明实施例第三方面提供的直流补偿方法。
第六方面，本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序指令，当计算机程序指令被处理器执行时实现本发明实施例第三方面提供的直流补偿方法。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例提供的现有技术中的变流器控制系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的直流补偿器的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的直流补偿器与补偿点的连接示意图；
图4为本发明实施例提供的风力发电系统的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种直流补偿方法的示意流程图；
图6为本发明实施例提供的一种直流补偿装置的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种直流补偿设备的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本申请的实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本申请，并不用于限定本申请。
现有技术中，以风力发电系统中的变流器控制系统为例，变流器控制系统的一种可能的结构可以如图1所示，该变流器控制系统连接在风力发电机组和电网系统之间，用于将风力发电机组产生的电能通过传输至电网系统中，实现风力发电系统与电网系统进行能量交换。其中，图1所示的变流器控制系统可以包括变流器模块和反馈模块两个部分。具体地，变流器模块主要包括机侧变流器和网侧变流器，机侧变流器用于将风力发电机则产生的能量转换为直流电，网侧变流器用于将机侧变流器输出的直流电转换为与电网电压幅值、频率和相位相同的交流电压，并将该交流电压输出至电网系统中。反馈模块用于根据与网侧变流器输出端(与电网的连接点，即并网点)输出的交流电压的状态，确定风力发电系统与电网系统的并网情况，并根据并网情况实时调节网侧变流器输出的电压。
由于变流器模块和反馈模块中包括大量的电力电子器件，这些器件由控制器进行控制，并彼此配合工作，但是由于这些器件的工作特性不同以及控制器发送的控制信号存在信号延时等情况，且将会导致输出至电网系统中交流电压中包含直流分量。
因此，现有技术中风力发电系统与电网系统进行并网时，存在并网点存在直流分量的问题。
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。
本申请实施例提供一种直流补偿器及其补偿方法，用以减小并入到电网中的直流分量，消除直流分量对电网的影响。
需要说明的是，本申请中所涉及的多个，是指两个或两个以上。
本申请中所涉及的术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
另外，需要理解的是，在本申请的描述中，“第一”、“第二”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。
参见图2，为本申请实施例提供的一种直流补偿器的结构示意图。其中，该直流补偿器包括提取模块201和补偿模块202。其中，提取模块201与待检测点(并网点)连接，补偿模块202与提取模块201以及补偿点连接。
其中，提取模块201可用于提取待检测点信号中的直流分量；补偿模块202可用于根据提取模块201提取的直流分量确定补偿值，并将补偿值发送至变流器控制系统中的补偿点进行补偿。
需要说明的是，待检测点可以是并网点，该并网点为变流器控制系统与电网系统的连接点。
在一种可能的实施方式中，提取模块可以为三阶低通滤波器，用于提取待检测点(并网点)处的交流电中的直流分量。
其中，在设置三阶低通滤波器的截止频率时，变流器控制系统无法控制频率为0的直流电，但是为了避免直流分量波动，造成三阶低通滤波器提取的直流分量不完整，本申请实施例将三阶低通滤波器的截止频率设置为8赫兹(Hz)，当然截止频率还可以根据实际情况或操作人员的经验设置为其它数值，本发明实施例对此不做限定。
具体的，三阶低通滤波器可以是集成电路芯片，也可以是由分立器件电容和电阻组成的低通滤波器，还可以是由其它分立器件组成的低通滤波器，本发明实施例对此不做限定。
需要说明的是，三阶低通滤波器中器件的参数可以根据三阶低通滤波器的截止频率和应用场景确定，本发明实施例对此不做限定。
需要说明的是，在本发明实施例其它实施例中，提取模块还可以是四阶低通滤波器、五阶低通滤波器或者其它低通滤波器，由于四阶低通滤波器或五阶低通滤波器在提取直流分量的效果与三阶低通滤波器的效果相同，为了节约成本，本发明实施例优先使用三阶低通滤波器提取直流分量。
在这一种可能的实施方式中，补偿模块20包括：线性控制器。
需要说明的是，本发明实施例提供的线性控制器可以是比例积分(proportionalintegral controller，PI)控制器或者积分(integral controller，I)控制器，但是为了防止积分控制器饱和对检测结果的影响，本发明实施例优先采用PI控制器作为线性控制器。
其中，在设置PI控制器的内部参数时，可以根据提取模块输出的直流分量以及变流器控制系统的实际情况进行设置，例如，可以将比例系数设置为0.244，积分参数设置为0.0073，当然也可以设置为其它数值，本发明实施例对此不做选定。
具体的，根据变流器控制系统中的反馈模块的反馈的信号类型，其直流补偿器的补偿点可以设置在不同的位置，具体如下：
在这一种可能的实施方式中，若变流器控制系统中的反馈模块反馈的信号为电流时，补偿点可以设置为网侧变流器的输入端。
需要说明的是，本发明实施例提供的直流补偿器的补偿点设置为网侧变流器的输入端时，根据补偿值来调节网侧变流器输出到电网系统的交流，从而减小并入到电网系统中的直流分量，消除直流分量对电网系统的影响。
在一种可能的实施方式中，若网侧变流器包括脉冲宽度(pulsewidthmodulation，PWM)调制器和直流交流(direct current/alternating current，DC/AC)转换器，其补偿点可以设置为PWM调制器的输入端，通过脉冲宽度调制器控制DC/AC转换器的输出的交流电压的波形，来减小并入到电网系统的直流分量。
具体的，网侧变流器、直流补偿器、电网系统和反馈模块的连接示意图如图3所示。其中，低通滤波器用于提取网侧变流器与电网系统的连接点(并网点)处输出的三相交流电中的直流分量，PI控制器用于根据直流分量确定补偿值，并将该补偿值输出至网侧变流器中的PWM调制器的输入端，通过控制PWM调节器的输出值，来调节输出DC/AC转换器输出到电网的三相交流电的波形，从而减小输入到电网系统的直流分量。
在一种可能的实施方式中，若变流器控制系统的中反馈模块反馈的信号为电压时，补偿点可以设置为网侧变流器的输入端和/或机侧变流器的输入端。
需要说明的是，本发明实施例提供的直流补偿器的补偿点设置为机侧变流器的输入端时，可以将补偿值直接与风力发电机则输出的交流电进行叠加，该补偿值可以直接用于抵消由于电力电子器件造成的直流分量，以实现减小输出至电网系统的直流分量。
在这一种可能的实施方式中，若机侧变流器包括直流转换器时，其补偿点可以是直流转换器的输入点，用于直接根据补偿值抵消直流转换器后续连接的设置中的电力电子器件造成直流分量，以实现减小输出至电网系统的直流分量。
基于本发明实施例的直流补偿器，本发明实施例提供了一种风力发电系统，如图4所示，包括本发明实施例提供的直流补偿器和变流器控制系统。
基于本发明实施例的直流补偿器，本发明实施例提供了一种直流补偿方法，如图5所示，可以包括如下步骤：
步骤501、检测待检测点的信号。
需要说明的是，待检测点为变流器控制系统与电网的连接点，即并网点。
其中，在检测待检测点的信号时，可以实时检测，也可以周期检测，本发明实施例对此不做限定。
步骤502、在确定信号中存在频率小于或等于预设频率阈值的直流分量时，提取直流分量。
需要说明的是预设频率阈值可以根据实际情况或者操作人员的经验进行设置。例如，将预设频率阈值设置为8Hz，当然也可以设置为其它频率值，本发明实施例对此不做限定。
步骤503、根据直流分量确定补偿值，并基于补偿值对补偿点进行补偿。
需要说明的是，补偿点可以设置网侧变流器输入端和/或机侧变流器的输入端。
基于相同的发明构思，本发明实施例还提供一种直流补偿装置。
如图6所示，本发明实施例提供的直流补偿装置，包括：
检测单元601，用于检测待检测点的信号；
提取单元602，用于在确定信号中存在频率小于或等于预设频率阈值的直流分量时，提取直流分量；
处理单元603，用于根据直流分量确定补偿值，并基于补偿值对补偿点进行补偿。
另外，结合图5-图6描述的本发明实施例的直流补偿方法和装置可以由直流补偿设备来实现。图7示出了本发明实施例提供的直流补偿设备的硬件结构示意图。
直流补偿设备可以包括处理器701以及存储有计算机程序指令的存储器702。
具体地，上述处理器701可以包括中央处理器(CPU)，或者特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)，或者可以被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。
存储器702可以包括用于数据或指令的大容量存储器。举例来说而非限制，存储器702可包括硬盘驱动器(Hard Disk Drive，HDD)、软盘驱动器、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)驱动器或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，存储器702可包括可移除或不可移除(或固定)的介质。在合适的情况下，存储器702可在数据处理装置的内部或外部。在特定实施例中，存储器702是非易失性固态存储器。在特定实施例中，存储器702包括只读存储器(ROM)。在合适的情况下，该ROM可以是掩模编程的ROM、可编程ROM(PROM)、可擦除PROM(EPROM)、电可擦除PROM(EEPROM)、电可改写ROM(EAROM)或闪存或者两个或更多个以上这些的组合。
处理器701通过读取并执行存储器702中存储的计算机程序指令，以实现上述实施例中的任意一种直流补偿方法。
在一个示例中，直流补偿设备还可包括通信接口703和总线710。其中，如图7所示，处理器701、存储器702、通信接口703通过总线710连接并完成相互间的通信。
通信接口703，主要用于实现本发明实施例中各模块、装置、单元和/或设备之间的通信。
总线710包括硬件、软件或两者，将直流补偿设备的部件彼此耦接在一起。举例来说而非限制，总线可包括加速图形端口(AGP)或其他图形总线、增强工业标准架构(EISA)总线、前端总线(FSB)、超传输(HT)互连、工业标准架构(ISA)总线、无限带宽互连、低引脚数(LPC)总线、存储器总线、微信道架构(MCA)总线、外围组件互连(PCI)总线、PCI-Express(PCI-X)总线、串行高级技术附件(SATA)总线、视频电子标准协会局部(VLB)总线或其他合适的总线或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，总线710可包括一个或多个总线。尽管本发明实施例描述和示出了特定的总线，但本发明考虑任何合适的总线或互连。
直流补偿设备可以基于检测的待检测点处的信号，执行本发明实施例中的直流补偿方法，从而实现结合图5-图6描述的直流补偿方法和装置。
另外，结合上述实施例中的直流补偿方法，本发明实施例可提供一种计算机可读存储介质来实现。该计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；该计算机程序指令被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种直流补偿方法。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (7)
1.一种直流补偿器，应用于变流器控制系统中，其特征在于，包括：提取模块和补偿模块；其中，
所述提取模块与待检测点连接，用于提取所述待检测点信号中的直流分量；
所述补偿模块与所述提取模块连接，用于根据所述直流分量确定补偿值，并将所述补偿值发送至所述变流器控制系统中的补偿点；
所述补偿点位于所述变流器控制系统中的网侧变流器的输入端，或者位于所述变流器控制系统中的机侧变流器的输入端；
若所述补偿点为所述机侧变流器的输入端，所述补偿值与变流器控制系统中风力发电机输出的电能叠加；
若所述补偿点为所述网侧变流器的输入端，所述补偿值直接输入至所述网侧变流器中的PWM调制器的输入端；
所述提取模块包括：三阶低通滤波器，用于提取所述待检测点信号频率低于预设阈值的直流量分量。
2.根据权利要求1所述的直流补偿器，其特征在于，所述补偿模块包括：线性控制器。
3.根据权利要求2所述的直流补偿器，其特征在于，所述线性控制器为比例积分PI控制器。
4.一种直流补偿方法，其特征在于，包括：
检测待检测点的信号；
在确定所述信号中存在频率小于或等于预设频率阈值的直流分量时，提取所述直流分量，所述直流分量通过三阶低通滤波器提取；
根据所述直流分量确定补偿值，并基于所述补偿值对补偿点进行补偿；
所述补偿点位于变流器控制系统中的网侧变流器的输入端，或者位于所述变流器控制系统中的机侧变流器的输入端；
若所述补偿点为所述机侧变流器的输入端，所述补偿值与变流器控制系统中风力发电机输出的电能叠加；
若所述补偿点为所述网侧变流器的输入端，所述补偿值直接输入至所述网侧变流器中的PWM调制器的输入端。
5.一种直流补偿装置，其特征在于，包括：
检测单元，用于检测待检测点的信号；
提取单元，用于在确定所述信号中存在频率小于或等于预设频率阈值的直流分量时，通过三阶低通滤波器提取所述直流分量；
处理单元，用于根据所述直流分量确定补偿值，并基于所述补偿值对补偿点进行补偿；
所述补偿点位于变流器控制系统中的网侧变流器的输入端，或者位于所述变流器控制系统中的机侧变流器的输入端；
若所述补偿点为所述机侧变流器的输入端，所述补偿值与变流器控制系统中风力发电机输出的电能叠加；
若所述补偿点为所述网侧变流器的输入端，所述补偿值直接输入至所述网侧变流器中的PWM调制器的输入端。
6.一种直流补偿设备，其特征在于，包括：至少一个处理器、至少一个存储器以及存储在所述存储器中的计算机程序指令，当所述计算机程序指令被所述处理器执行时实现如权利要求4所述的方法。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其特征在于，当所述计算机程序指令被处理器执行时实现如权利要求4所述的方法。
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