CN115664278A - 一种新型调相机储能励磁系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种新型调相机储能励磁系统及控制方法,包括:调相机、网侧双向变流器、机侧双向变流器、并网滤波电感L、直流滤波电容C、并网开关S1、储能电池、双向DC/DC变换器、直流开关S2;所述调相机通过母线和电网以及所述机侧双向变流器连接;所述机侧双向变流器的直流侧与所述直流滤波电容C和所述直流开关S2并联连接;所述网侧双向变流器的直流侧与所述直流滤波电容C通过并联连接,所述网侧双向变流器的交流侧与所述并网滤波电感L串联连接;所述并网滤波电感L与所述并网开关S1串联连接;所述并网开关S1与所述电网通过母线连接;所述储能电池与所述双向DC/DC变换器输入端连接,所述双向DC/DC变换器输出端与直流开关S2连接,使励磁系统稳定运行。
Description
技术领域
本发明属于调相机励磁领域,具体涉及一种新型调相机储能励磁系统及控制方法。
背景技术
随着清洁能源发电呈现“大规模开发,远距离输送”的格局,新能源比例大幅提高的同时,电力系统电力电子化趋势日益加重,电力系统的电压支撑、惯量支撑和调频能力持续减弱,严重威胁电力系统的安全稳定运行。基于电力稳定和安全,要求新能源场站应向系统提供一定的短路容量和惯量支撑,同时要求新能源场站应提高调节能力,必要时应配置调相机等动态无功调节设备。小型分布式调相机对新能源地区进行就地无功补偿和惯量支撑可望较好地解决新能源消纳和提升电网稳定水平问题,是当前主要技术方案之一。
目前新型分布式调相机均通过背靠背交-直-交变流器一端连接电网,另一端连接调相机交流励磁绕组,实现调相机励磁。现有励磁系统不仅可以实现对电网的快速无功支撑,而且可以利用部分转子旋转动能在一定程度上实现对电网频率的惯性支撑。
但是,现有新型分布式调相机励磁系统均通过电力电子设备与电网直接相连。当电网发生故障时,一方面电力电子设备在高压、大电流工况下极易损坏;另一方面,电网电压三相不平衡、波形畸变将导致励磁电流不稳,无法确保调相机在电网故障时提供稳定、及时的无功及惯量支撑。
发明内容
为克服上述现有技术的不足,本发明提出一种新型调相机储能励磁系统,包括:
调相机、网侧双向变流器(7)、机侧双向变流器(6)、并网滤波电感L(5)、直流滤波电容C(8)、并网开关S1(2)、储能电池(11)、双向DC/DC变换器(10)、直流开关S2(9);
所述调相机通过母线和电网(1)以及所述机侧双向变流器(6)连接;
所述机侧双向变流器(6)的直流侧与所述直流滤波电容C(8)和所述直流开关S2(9)并联连接;
所述网侧双向变流器(7)的直流侧与所述直流滤波电容C(8)通过并联连接,所述网侧双向变流器(7)的交流侧与所述并网滤波电感L(5)串联连接;
所述并网滤波电感L(5)与所述并网开关S1(2)串联连接;
所述并网开关S1(2)与所述电网(1)通过母线连接;
所述储能电池(11)与所述双向DC/DC变换器(10)输入端连接,所述双向DC/DC变换器(10)输出端与直流开关S2(9)连接。
优选的,所述调相机包括:三相定子绕组(3)与三相转子励磁绕组(4);
所述三相定子绕组(3)与电网(1)通过母线连接,所述三相转子励磁绕组(4)与所述机侧双向变流器(6)的交流侧相连接。
优选的,所述网侧双向变流器(7)和机侧双向变流器(6)采用三相电压型两电平PWM整流器结构。
优选的,所述直流滤波电容C(8)为所述网侧双向变流器(7)和机侧双向变流器(6)的公用滤波电容;
所述直流滤波电容C(8)用于稳定直流母线电压。
优选的,所述双向DC/DC变换器(10)包括:开关管V1(102)、开关管V2(103)、输出滤波电容C0(101)、输入滤波电容Ci(105)和直流滤波器电感Ldc(104);
所述输出滤波电容C0(101)并联在双向DC/DC变换器(10)输出端的正极与负极之间;
所述开关管V1(102)输入端与所述双向DC/DC变换器(10)输出端的正极连接,所述开关管V1(102)输出端与开关管V2(103)输入端串联连接;
所述开关管V2(103)输出端与所述双向DC/DC变换器(10)输出端的负极和所述双向DC/DC变换器(10)输入端的负极连接;
所述直流滤波电感Ldc(104)输入端与所述开关管V1(102)输出端连接,所述直流滤波电感Ldc(104)输出端与所述双向DC/DC变换器(10)输入端的正极连接;
所述输入滤波电容Ci(105)并联在所述双向DC/DC变换器(10)输入端的正极与负极之间。
优选的,所述储能电池(11)的电池组成为下述中的一种或多种:磷酸铁锂电池和超级电容。
基于同一发明构思,本发明还提供一种新型调相机储能励磁系统的控制方法,包括:
电网(1)电压正常时,断开直流开关S2(9)并闭合并网开关S1(2),根据并网滤波电感L(5)的电流变化情况,控制网侧双向变流器(7)中开关的断开或闭合,将所述直流滤波电容C(8)的电压稳定在额定范围内;
所述电网(1)电压故障时,闭合直流开关S2(9),断开并网开关S1(2),控制双向DC/DC变换器(10)中开关进行断开或闭合操作,并释放储能电池(11)储存的电能,将所述直流滤波电容C(8)的电压稳定在额定范围内;
在电网(1)故障前后以及并网开关S1(2)和直流开关S2(9)切换过程中,控制机侧双向变流器(6)中开关的闭合或断开,通过调控机侧双向变流器(6)输出励磁电流的幅值与频率,控制调相机按照预设无功指令及预设转速给定值进行运行。
优选的,所述电网(1)电压正常时,断开直流开关S2(9)并闭合并网开关S1(2),根据并网滤波电感L(5)的电流变化情况,控制网侧双向变流器(7)中开关的断开或闭合,将所述直流滤波电容C(8)的电压稳定在额定范围内,包括:
通过实时监测电网(1)电压扰动信号,当电网(1)电压处于正常范围内时,断开直流开关S2(9)并闭合并网开关S1(2);
在定直流电压模式下,根据并网滤波电感L(5)的电流和直流滤波电容C(8)的电压变化情况,控制网侧双向变流器(7)中开关的断开或闭合,将所述直流滤波电容C(8)的电压稳定在额定范围内。
优选的,所述将所述直流滤波电容C(8)的电压稳定在额定范围内之后,还包括:电网(1)电压处于正常范围内时,当所述直流滤波电容C(8)电压稳定在额定范围内且储能电池SOC低于90%时,闭合直流开关S2(9),控制双向DC/DC变换器(10)运行在充电模式,给储能电池(11)充电,将储能电池(11)SOC提升至100%后,断开直流开关S2(9)。
优选的,所述电网(1)电压故障时,闭合直流开关S2(9),断开并网开关S1(2),控制双向DC/DC变换器(10)中开关进行断开或闭合操作,并释放储能电池(11)储存的电能,包括:
当所述电网(1)电压超过阈值后,判定为电网(1)故障,闭合直流开关S2(9),断开并网开关S1(2);
在定直流电压模式下,根据输出滤波电容C0(101)的电压、输入滤波电容Ci(105)的电压和直流滤波电感Ldc(104)的电流,控制双向DC/DC变换器(10)的开关管V1(102)和开关管V2(103)进行断开或闭合操作,释放储能电池(11)储存的电能,将直流滤波电容C(8)的电压稳定在额定范围内。
优选的,所述在电网(1)故障前后以及并网开关S1(2)和直流开关S2(9)切换过程中,控制机侧双向变流器(6)中开关的闭合或断开,通过调控机侧双向变流器(6)输出励磁电流的幅值与频率,控制调相机按照预设无功指令及预设转速给定值进行运行,包括:
在电网(1)故障前后以及并网开关S1(2)和直流开关S2(9)切换过程中,保持机侧双向变流器(6)控制策略不变;
根据监控系统调度指令、电网(1)的电压、三相定子绕组(3)的电流和三相转子励磁绕组(4)的电流与转速,控制机侧双向变流器(6)中开关的闭合或断开,通过调控机侧双向变流器(6)输出励磁电流的幅值与频率,控制调相机按照预设无功指令及预设转速给定值进行运行。
与最接近的现有技术相比,本发明具有的有益效果如下:
1、一种新型调相机储能励磁系统及控制方法,包括:调相机、网侧双向变流器、机侧双向变流器、并网滤波电感L、直流滤波电容C、并网开关S1、储能电池、双向DC/DC变换器、直流开关S2;所述调相机通过母线和电网以及所述机侧双向变流器连接;所述机侧双向变流器的直流侧与所述直流滤波电容C和所述直流开关S2并联连接;所述网侧双向变流器的直流侧与所述直流滤波电容C通过并联连接,所述网侧双向变流器的交流侧与所述并网滤波电感L串联连接;所述并网滤波电感L与所述并网开关S1串联连接;所述并网开关S1与所述电网通过母线连接;所述储能电池与所述双向DC/DC变换器输入端连接,所述双向DC/DC变换器输出端与直流开关S2连接。本发明通过在传统调相机励磁系统中背靠背交-直-交变流器直流母线处并联接入储能系统,可在电网故障时,通过开关切换,由储能系统确保直流母线电压稳定,防止电网异常电压对励磁变流器造成损坏的同时,简化励磁变流器控制结构,实现调相机励磁系统全工况稳定运行。
附图说明
图1为本发明提供的一种新型调相机储能励磁系统原理图;
图2为本发明提供的网侧双向变流器7和机侧双向变流器6的结构图;
图3为本发明提供的双向DC/DC变换器10的结构图;
图4为本发明提供的一种新型调相机储能励磁系统的控制方法流程图;
附图标记说明:
1-电网;2-并网开关S1;3-三相定子绕组;4-三相转子励磁绕组;5-并网滤波电感L;6-机侧双向变流器;7-网侧双向变流器;8-直流滤波电容C;9-直流开关S2;10-双向DC/DC变换器;11-储能电池;101-输出滤波电容C0;102-开关管V1;103-开关管V2;104-直流滤波器电感Ldc;105-输入滤波电容Ci。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
实施例1:
本发明提供的一种新型调相机储能励磁系统原理图如图1所示,包括:
调相机、网侧双向变流器7、机侧双向变流器6、并网滤波电感L5、直流滤波电容C8、并网开关S12、储能电池11、双向DC/DC变换器10、直流开关S29;
所述调相机通过母线和电网1以及所述机侧双向变流器6连接;
所述机侧双向变流器6的直流侧与所述直流滤波电容C8和所述直流开关S29并联连接;
所述网侧双向变流器7的直流侧与所述直流滤波电容C8通过并联连接,所述网侧双向变流器7的交流侧与所述并网滤波电感L5串联连接;
所述并网滤波电感L5与所述并网开关S12串联连接;
所述并网开关S12与所述电网1通过母线连接;
所述储能电池11与所述双向DC/DC变换器10输入端连接,所述双向DC/DC变换器10输出端与直流开关S29连接;
调相机为传统的双馈交流励磁发电机,所述调相机包括:三相定子绕组3与三相转子励磁绕组4;
如图2所示,网侧双向变流器7和机侧双向变流器6,均采用三相电压型两电平PWM整流器结构;
其中,直流滤波电容C8为网侧双向变流器7与机侧双向变流器6共用滤波电容,用于稳定直流母线电压;
如图3所示,双向DC/DC变换器10为由两个IGBT开关管V1102和V2103、输出滤波电容C0101、输入滤波电容Ci105和直流滤波电感Ldc 104组成的具备升降压功能的双向DC/DC变换器;
其中,输出滤波电容C0101并联在双向DC/DC变换器10输出端的正极+与负极-之间;
开关管V1102输入端与双向DC/DC变换器10输出端的正极+连接,开关管V1102输出端与开关管V2103输入端串联连接;
开关管V2103输出端与双向DC/DC变换器10输出端负极-和双向DC/DC变换器10输入端负极-连接;
直流滤波电感Ldc 104输入端与开关管V1102输出端连接,直流滤波电感Ldc 104输出端与双向DC/DC变换器10输入端正极+连接;
输入滤波电容Ci105并联在双向DC/DC变换器10输入端的正极+与负极-之间;
储能电池11为由磷酸铁锂电池或超级电容等组成的电池组。
实施例2:
本发明提供的一种新型调相机储能励磁系统的控制方法流程图如图4所示,包括:
步骤1:电网1电压正常时,断开直流开关S29并闭合并网开关S12,根据并网滤波电感L5的电流变化情况,控制网侧双向变流器7中开关的断开或闭合,将所述直流滤波电容C8的电压稳定在额定范围内;
步骤2:所述电网1电压故障时,闭合直流开关S29,断开并网开关S12,控制双向DC/DC变换器10中开关进行断开或闭合操作,并释放储能电池11储存的电能,将所述直流滤波电容C(8)的电压稳定在额定范围内;
步骤3:在电网1故障前后以及并网开关S12和直流开关S29切换过程中,控制机侧双向变流器6中开关的闭合或断开,通过调控机侧双向变流器6输出励磁电流的幅值与频率,控制调相机按照预设无功指令及预设转速给定值进行运行;
具体的,步骤1包括:
通过实时监测电网1电压扰动信号,当电网1电压处于正常范围内时,断开直流开关S29并闭合并网开关S12;
在定直流电压模式下,根据并网滤波电感L5的电流和直流滤波电容C8的电压变化情况,控制网侧双向变流器7中开关的断开或闭合,将所述直流滤波电容C8的电压稳定在额定范围内;
电网1电压处于正常范围内时,当所述直流滤波电容C8电压稳定在额定范围内且储能电池SOC低于90%时,闭合直流开关S29,控制双向DC/DC变换器10运行在充电模式,给储能电池11充电,将储能电池11SOC提升至100%后,断开直流开关S29;
由监控系统实时监测电网电压扰动信号,当电网电压幅值、频率处于正常范围内时,直流开关S29断开,并网开关S12闭合,网侧双向变流器7运行在定直流电压模式,根据并网滤波电感L5的电流、直流滤波电容C8的电压变化情况,控制网侧双向变流器7中的开关S1-S6开断,将直流滤波电容C8的电压稳定在额定范围内;
由监控系统实时监测电网电压运行情况,当电网电压恢复至正常范围后,判定电网故障已排除,闭合并网开关S12,断开直流开关S29,控制网侧双向变流器7运行在定直流电压模式;
根据并网滤波电感L5的电流和直流滤波电容C8的电压变化情况,控制网侧双向变流器7中的开关S1-S6开断,将直流滤波电容C8的电压稳定在额定范围内;
当并网开关S12闭合,直流滤波电容C8的电压稳定在额定范围内且储能电池SOC低于90%时,闭合直流开关S29,控制双向DC/DC变换器10运行在充电模式;
根据输出滤波电容C0101的电压,输入滤波电容Ci(105)的电压,直流滤波电感Ldc104的电流,控制双向DC/DC变换器10的开关管V1102和开关管V2103的开断给储能电池11逐步充电,将储能电池11SOC提升至100%后,断开直流开关S29,退出充电模式。
具体的,步骤2包括:
当所述电网1电压超过阈值后,判定为电网1故障,闭合直流开关S29,断开并网开关S12;
在定直流电压模式下,根据输出滤波电容C0101的电压、输入滤波电容Ci105的电压和直流滤波电感Ldc 104的电流,控制双向DC/DC变换器10的开关管V1102和开关管V2103进行断开或闭合操作,并释放储能电池11储存的电能;
电网1电压故障时,闭合直流开关S29,断开并网开关S12,控制双向DC/DC变换器10运行在定直流电压模式;
根据输出滤波电容C0101的电压,输入滤波电容Ci105的电压,直流滤波电感Ldc104的电流,控制双向DC/DC变换器10的开关管V1102和开关管V2103的开断,逐步释放储能电池11储存的电能,将直流滤波电容8的电压稳定在额定范围内,确保机侧双向变流器6直流侧电压稳定,避免电网电压波动对调相机励磁的影响。
具体的,步骤3包括:
在电网1故障前后以及并网开关S12和直流开关S29切换过程中,保持机侧双向变流器6控制策略不变;
根据监控系统调度指令、电网1的电压、三相定子绕组3的电流和三相转子励磁绕组4的电流与转速,控制机侧双向变流器6中开关的闭合或断开,通过调控机侧双向变流器6输出励磁电流的幅值与频率,控制调相机按照预设无功指令及预设转速给定值进行运行;
电网故障前后及开关切换过程中,机侧双向变流器6控制策略保持不变,根据监控系统调度指令、电网1的电压、三相定子绕组3的电流、三相转子励磁绕组4的电流与转速,控制机侧双向变流器6中的开关S1-S6开断,改变自身输出励磁电流的幅值与频率,使调相机按照预设无功指令及预设转速给定值运行。
最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制,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:本领域技术人员阅读本发明后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换,但这些变更、修改或者等同替换,均在申请待批的权利要求保护范围之内。
Claims (11)
1.一种新型调相机储能励磁系统,其特征在于,所述系统包括:调相机、网侧双向变流器(7)、机侧双向变流器(6)、并网滤波电感L(5)、直流滤波电容C(8)、并网开关S1(2)、储能电池(11)、双向DC/DC变换器(10)、直流开关S2(9);
所述调相机通过母线和电网(1)以及所述机侧双向变流器(6)连接;
所述机侧双向变流器(6)的直流侧与所述直流滤波电容C(8)和所述直流开关S2(9)并联连接;
所述网侧双向变流器(7)的直流侧与所述直流滤波电容C(8)通过并联连接,所述网侧双向变流器(7)的交流侧与所述并网滤波电感L(5)串联连接;
所述并网滤波电感L(5)与所述并网开关S1(2)串联连接;
所述并网开关S1(2)与所述电网(1)通过母线连接;
所述储能电池(11)与所述双向DC/DC变换器(10)输入端连接,所述双向DC/DC变换器(10)输出端与直流开关S2(9)连接。
2.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述调相机包括:三相定子绕组(3)与三相转子励磁绕组(4);
所述三相定子绕组(3)与电网(1)通过母线连接,所述三相转子励磁绕组(4)与所述机侧双向变流器(6)的交流侧相连接。
3.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述网侧双向变流器(7)和机侧双向变流器(6)采用三相电压型两电平PWM整流器结构。
4.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述直流滤波电容C(8)为所述网侧双向变流器(7)和机侧双向变流器(6)的公用滤波电容;
所述直流滤波电容C(8)用于稳定直流母线电压。
5.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述双向DC/DC变换器(10)包括:开关管V1(102)、开关管V2(103)、输出滤波电容C0(101)、输入滤波电容Ci(105)和直流滤波器电感Ldc(104);
所述输出滤波电容C0(101)并联在双向DC/DC变换器(10)输出端的正极与负极之间;
所述开关管V1(102)输入端与所述双向DC/DC变换器(10)输出端的正极连接,所述开关管V1(102)输出端与开关管V2(103)输入端串联连接;
所述开关管V2(103)输出端与所述双向DC/DC变换器(10)输出端的负极和所述双向DC/DC变换器(10)输入端的负极连接;
所述直流滤波电感Ldc(104)输入端与所述开关管V1(102)输出端连接,所述直流滤波电感Ldc(104)输出端与所述双向DC/DC变换器(10)输入端的正极连接;
所述输入滤波电容Ci(105)并联在所述双向DC/DC变换器(10)输入端的正极与负极之间。
6.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述储能电池(11)的电池组成为下述中的一种或多种:磷酸铁锂电池和超级电容。
7.一种新型调相机储能励磁系统的控制方法,其特征在于,包括:
电网(1)电压正常时,断开直流开关S2(9)并闭合并网开关S1(2),根据并网滤波电感L(5)的电流变化情况,控制网侧双向变流器(7)中开关的断开或闭合,将所述直流滤波电容C(8)的电压稳定在额定范围内;
所述电网(1)电压故障时,闭合直流开关S2(9),断开并网开关S1(2),控制双向DC/DC变换器(10)中开关进行断开或闭合操作,并释放储能电池(11)储存的电能,将所述直流滤波电容C(8)的电压稳定在额定范围内;
在电网(1)故障前后以及并网开关S1(2)和直流开关S2(9)切换过程中,控制机侧双向变流器(6)中开关的闭合或断开,通过调控机侧双向变流器(6)输出励磁电流的幅值与频率,控制调相机按照预设无功指令及预设转速给定值进行运行。
8.如权利要求7所述的控制方法,其特征在于,所述电网(1)电压正常时,断开直流开关S2(9)并闭合并网开关S1(2),根据并网滤波电感L(5)的电流变化情况,控制网侧双向变流器(7)中开关的断开或闭合,将所述直流滤波电容C(8)的电压稳定在额定范围内,包括:
通过实时监测电网(1)电压扰动信号,当电网(1)电压处于正常范围内时,断开直流开关S2(9)并闭合并网开关S1(2);
在定直流电压模式下,根据并网滤波电感L(5)的电流和直流滤波电容C(8)的电压变化情况,控制网侧双向变流器(7)中开关的断开或闭合,将所述直流滤波电容C(8)的电压稳定在额定范围内。
9.如权利要求8所述的控制方法,其特征在于,所述将所述直流滤波电容C(8)的电压稳定在额定范围内之后,还包括:电网(1)电压处于正常范围内时,当所述直流滤波电容C(8)电压稳定在额定范围内且储能电池SOC低于90%时,闭合直流开关S2(9),控制双向DC/DC变换器(10)运行在充电模式,给储能电池(11)充电,将储能电池(11)SOC提升至100%后,断开直流开关S2(9)。
10.如权利要求7所述的控制方法,其特征在于,所述电网(1)电压故障时,闭合直流开关S2(9),断开并网开关S1(2),控制双向DC/DC变换器(10)中开关进行断开或闭合操作,并释放储能电池(11)储存的电能,包括:
当所述电网(1)电压超过阈值后,判定为电网(1)故障,闭合直流开关S2(9),断开并网开关S1(2);
在定直流电压模式下,根据输出滤波电容C0(101)的电压、输入滤波电容Ci(105)的电压和直流滤波电感Ldc(104)的电流,控制双向DC/DC变换器(10)的开关管V1(102)和开关管V2(103)进行断开或闭合操作,释放储能电池(11)储存的电能,将直流滤波电容C(8)的电压稳定在额定范围内。
11.如权利要求7所述的控制方法,其特征在于,所述在电网(1)故障前后以及并网开关S1(2)和直流开关S2(9)切换过程中,控制机侧双向变流器(6)中开关的闭合或断开,通过调控机侧双向变流器(6)输出励磁电流的幅值与频率,控制调相机按照预设无功指令及预设转速给定值进行运行,包括:
在电网(1)故障前后以及并网开关S1(2)和直流开关S2(9)切换过程中,保持机侧双向变流器(6)控制策略不变;
根据监控系统调度指令、电网(1)的电压、三相定子绕组(3)的电流和三相转子励磁绕组(4)的电流与转速,控制机侧双向变流器(6)中开关的闭合或断开,通过调控机侧双向变流器(6)输出励磁电流的幅值与频率,控制调相机按照预设无功指令及预设转速给定值进行运行。
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CN202211136486.2A CN115664278A (zh) | 2022-09-19 | 2022-09-19 | 一种新型调相机储能励磁系统及控制方法 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116316669A (zh) * | 2023-05-10 | 2023-06-23 | 长江三峡集团实业发展(北京)有限公司 | 一种分布式调相机与电化学储能并网拓扑结构和控制方法 |
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- 2022-09-19 CN CN202211136486.2A patent/CN115664278A/zh active Pending
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