CN201523238U - 微网电能质量综合控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微网电能质量综合控制系统，包括至少两种以上的微源、电能质量控制装置、集成管理系统和负载，所述微源和电能质量控制装置分别经连接设备与集成管理系统连接。本实用新型所述微网电能质量综合控制系统实现了微网全局电能质量综合监视与控制。

Description

微网电能质量综合控制系统

技术领域

本实用新型涉及到分布式发电和电能质量控制领域，特别涉及微网电能质量控制系统。

背景技术

现在全世界的供电系统中90％是以大机组、大电网、高电压为特征的单一供电系统，由于传统能源资源的逐渐枯竭，当今社会许多部门对电能质量要求的提高，以及世界各国对环保问题的日益重视，分布式发电(DistributedGeneration)获得了越来越多的重视与应用，而由小容量分布式电源形成的微网研究更加令人关注。

由于间歇式电源例如风机、光伏电池等和大量电力电子器件的引入，给微网电能质量的控制带来极大困难，保证微网输出稳定的电能是保证电能质量的首要条件，目前存在的针对微网电能质量的控制技术主要围绕在稳定微源输出及单一电能质量控制器研究上，国内尚未提出综合解决方案。国外针对基于逆变器的微源系统提出电压-频率控制、功率-电流控制以及混合控制等多种策略来稳定电能输出；王志群，朱守真，周双喜的“逆变型分布式电源控制系统的设计”旨在从稳定电能输出角度提高微源系统电能质量水平，黄胜利，张国伟，孔力提出的“并网发电和电力有源滤波的统一控制方法”提出一种复用逆变器的兼有滤波功能的供能系统，在谐波这一单一指标域上对微网电能质量有所改善。

微网中不同的分布式发电设备、不同的接入地点和方式、不同的系统容量、不同的运行方式等，都会对电能质量的不同指标产生不同的影响。分布式电源具有间歇性、复杂性、多样性、不稳定性的特点，微网负荷也具分布式特性，微网并网、退网与大电网在多类电能质量指标上的相互影响较为复杂，微网内部各线路汇点及输配方式配置改变也较难模拟与仿真。这些都造成难以全面的给出微网电能质量的全局控制策略。当然，微网大量电力电子技术的应用与当前FACTS技术相配合，也为微网电能质量问题的解决提供了诸如逆变器复用等更多方便实施的方案。

同时，信息化时代的到来和通信技术的不断提高，工业以太网的广泛应用，为配电网综合节能网络化管理提供了技术保障。

实用新型内容

针对国内微网电能质量问题尚无完备的治理方案，结合工业以太网技术的发展，本实用新型目的旨在提供一种微网电能质量综合控制系统，在微源外部，能够解决微网内部三相不平衡，功率因数低，频率偏移，电压跌落，电压波动与闪变，谐波等电能质量问题；在微源内部，能保证微网电能质量，提高信息传输的抗干扰能力和准确性，提高信息传输的效率，为实现配电网综合节能和能量管理提供信息保障。

本实用新型采用的技术方案是：一种微网电能质量综合控制系统，包括至少两种以上的微源、电能质量控制装置、集成管理系统和负载，所述微源和电能质量控制装置分别经连接设备与集成管理系统连接。

所述微网电能质量综合控制系统中微源是指可更新资源。所述微源电能质量控制装置经光纤、总线、网络交换机等连接设备，通过工业以太网与集成管理系统连接，其包含小型风力发电机、光伏电池、燃料电池、小型燃气轮机、蓄电池、飞轮储能装置等分布式能源形式或其中的组合能源，例如风光互补、风蓄互补等。所述电能质量控制装置包括多种经由网路控制的电能质量控制装置，用于控制微网内部电能质量问题。集成管理系统对整个微网的控制分微源内部和外部两个部分：

在微源内部，集成管理系统控制并协调各微源间的功率分配，控制其输出功率水平、电压水平和稳定频率，使得微源输出较高电能质量水平的电能，主动控制微网电能质量；在微源外部，集成管理系统控制并协调各电能质量控制装置解决微网内部大量电力电子器件使用带来的电压波动和闪变、频率偏移、谐波、三相不平衡等电能质量问题，并实施无功补偿抬升系统功率因数，被动治理微网电能质量问题。

作为优选实施例，所述电能质量控制装置包括：智能型户内外无功补偿器IVC、配电网静止同步补偿器DSTATCOM、DSTATCOM和晶闸管投切电容器TSC联合系统、有源电力滤波器APF和动态电压恢复器DVR。

其中，DSTATCOM和晶闸管投切电容器TSC联合系统为一台配电网静止同步补偿器DSTATCOM与多个晶闸管投切电容器TSC并联在同一公共连接点上构成的节能装备。

集成管理系统硬件包括至少两台相互热备的通讯服务器、操作员站、综合管理站、图象监控系统、模拟屏和GPS授时系统。

本实用新型的工作原理描述如下：所述微网电能质量综合控制系统包括微源、电能质量控制装置、集成管理系统以及负载，所述微源、电能质量控制装置依次经光纤、光纤收发器、串口服务器通过工业以太网与集成管理系统连接，所述电能质量控制装置包括多种经由网路控制的电能质量控制装置。所述网络与交换连接设备包含光纤收发器，多串口服务器以及网络交换机，与光纤、工业以太网构成集成管理系统采集数据及控制指令的信道。

微网上挂接的电能质量控制装置包括智能型户内外无功补偿器IVC、配电网静止同步补偿器DSTATCOM、DSTATCOM和晶闸管投切电容器TSC联合系统、有源电力滤波器APF、动态电压恢复器DVR以及统一潮流控制器UPFC。其中智能型户内外无功补偿器IVC用于补偿微网无功功率水平、配电网静止同步补偿器DSTATCOM用于补偿瞬时电压跌落与闪变、DSTATCOM和晶闸管投切电容器TSC联合系统用于补偿特定次数谐波和无功功率、有源电力滤波器APF用于滤除微网内部谐波、动态电压恢复器DVR用于稳定微网电压及频率、统一潮流控制器UPFC用于维持微网内部三相平衡。

上述DSTATCOM和晶闸管投切电容器TSC联合系统为一种由一台配电网静止同步补偿器DSTATCOM与多个晶闸管投切电容器TSC并联在同一公共连接点上构成的节能装备。

上述微源至少包含两种以上的可更新资源如小型风力发电机、光伏电池、燃料电池、小型燃气轮机、蓄电池、飞轮储能装置等分布式能源形式或其中的组合如风光互补、风蓄互补等。微源运行参数通过光纤连接到总线，并通过工业以太网、网络与交换连接设备上传到集成管理系统。集成管理系统对其发出调节指令以控制各微源有功和无功出力、输出电压水平及频率，使得微源输出的功率在较高的电能质量水平。这部分属于微网的微源内部控制，也属于主动治理电能质量范畴。集成管理系统对整个微网的控制除了所述微源内部外，还包括微源外部控制：集成管理系统控制并协调各电能质量控制装置解决微网内部电压波动和闪变、频率偏移、谐波、三相不平衡等电能质量问题，这也属于被动治理电能质量问题的范畴，并实施无功补偿抬升系统功率因数。

综上所述，本实用新型的技术效果在于，提供了一种新的微网全局电能质量控制思路，结合先进的电力电子技术和信息技术，形成微网电能质量综合控制系统。在微源外部，集成管理系统通过分析采集包含当前微网电能质量水平的数据，这些数据包括微网测量点处的三相平衡度水平、谐波含量、频率水平、电压水平以及功率因数，控制多种电能质量控制装置，解决了微网内部三相不平衡，功率因数低，频率偏移，电压跌落，电压波动与闪变，谐波等电能质量问题；在微源内部，集成管理系统配合采集数据给出决策，决定微源有功、无功的输出量，协调微源输出稳定的电能，在根源上保证微网电能质量。光纤通信的采用提高了信息传输速率，还起到了电气隔离的作用，提高了信息传输的抗干扰能力和准确性。工业以太网的使用大大提高了信息传输的效率，为实现配电网综合节能和能量管理提供了信息保障。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

附图说明

图1是本实用新型的应用总体框图；

图2是多种微源的优选接入微网方式连接图；

(a)为风机的优选接入方式(b)为光伏发电的优选接入方式

(c)为燃料电池的优选接入方式(d)为飞轮储能的优选接入方式(e)为微型燃气轮机的优选接入方式；

图3是DSTATCOM和IVC一种优选的并入微网的接线方式；

图4是APF和DVR的一种优选的并入微网的接线方式。

具体实施方式

参见图1，图1是本实用新型的一个简单应用总体框图。一种微网电能质量综合控制系统包括微源、电能质量控制装置和集成管理系统以及负载，所述微源、电能质量控制装置经光纤与网络转换设备连接，网络转换设备通过工业以太网与集成管理系统连接。

上述微源至少包含两种以上的可更新资源如小型风力发电机、光伏电池、燃料电池、小型燃气轮机、蓄电池、飞轮储能装置等分布式能源形式或其中的组合如风光互补、风蓄互补等，参见图2列举了风力发电、光伏发电、燃料电池、飞轮储能以及微型燃气轮机在微网中的连接方式。

其中风力发电的优选接入方式为：由风轮带动发电机发出非工频交流电，经全桥式交直交变换器发出所需频率、电压等级的交流电；

其中离网型光伏发电并入微网的优选方式为：太阳能电池板经光伏控制器接入蓄电池组，光伏控制器主要用于对蓄电池组进行充放电控制，蓄电池输出端接升压电路和逆变电路转换为需要的电压等级和频率的电能；

其中燃料电池的优选接入方式为：燃料电池经H桥式DC-DC变换器调压后经DC-AC逆变器并入微网；

其中飞轮的优选接入方式为：飞轮带动异步电机(可作为发电机运行或电动机运行)，经三相全桥交直交变换器并入微网，飞轮储能可支持能量双向流动；

其中微型燃气轮机并入微网的优选方式为：由原动机拖动高频发电机，经交直交变换电路并入微网。

微网电能质量综合控系统采集微源运行数据，对微源的控制是对微源的变流系统控制器如风机变流器控制器、光伏电池板控制器、燃料电池变流器控制器、储能装置变流器控制器以及可能存在的风光互补、风蓄互补控制器等进行控制，调节微源有功、无功、电压及频率水平，使得输出稳定的电能，主要控制方法优选为PQ控制。

微网电能质量控制装备包括户内外智能无功补偿器(IVC)、配电网静止同步补偿器(DSTCOM)、DSTATCOM与TSC联合系统、有源电力滤波器(APF)和动态电压恢复器(DVR)。其中DSTATCOM与TSC联合系统是指一种由一台DSTATCOM和多个TSC并联在同一公共连接点上，提供一种低成本大容量动态连续可调的无功补偿装备，IVC可以提供有级无功补偿；DSTATCOM能够提供连续无功补偿；DSTATCOM与TSC联合系统能够提供大容量无功补偿；APF可以进行谐波治理；动态电压恢复器可实现抑制电压跌落。电能质量控制装备的底层控制均由DSP实现，参见图3、图4。

其中DSTATCOM和IVC一种优选的并入微网的接线方式见图3。

其中APF和DVR的一种优选的并入微网的接线方式见图4。

其中DSTATCOM和TSC的一种优选的并入微网的接线方式同样可参考图3。

实现集成管理系统的硬件包括：至少两台相互热备的通讯服务器、操作员站、综合管理站、图象监控系统、模拟屏、GPS授时系统。

通讯服务器选用具有高可靠性的工业计算机，服务器通过网络适配器与局域网相联，通过各个前端机获取设备现场数据。通讯服务器根据操作员站、综合管理站的不同需求采用不同的策略发送监控系统的各类数据信息。通讯服务器采用冗余配置，双服务器互为热备以提高系统的安全性和可靠性。

图像监控系统采用可靠性高的工业计算机，通过以太网从通讯服务器获得现场的遥视图像数据，在图像监控系统上实时看到监控点的图像变化，在图像监控系统中提供多画面切换功能。可以按照系统对监控系统的需求进行图像存储，图像回放。

操作员站采用可靠性较高的品牌计算机，通过局域网从通讯服务器获得系统数据，完成系统的监视和控制功能，提供各种监控和管理界面。

综合管理站通过网络与通讯服务器、操作员站等其它站点连接，此外综合管理站上还接有模拟屏、GPS卫星授时系统。综合管理站主要负责处理微网系统的综合业务。

模拟屏通过和综合管理站连接获得监控系统的数据信息，全屏实时显示电站的主接线图；实时刷新单回路接线图及运行参数；根据主接线图的特点，提供灵活的分屏分页显示；显示微网概况、运行规程、操作指导模拟等内容，显示时钟、日历、安全运行天数。

GPS卫星授时系统和综合管理站连接，通过综合管理站和系统内各个站点对时，为整个系统提供了精确的时间信息，确保遥信、遥测、遥控等功能的可靠性。

集成管理系统软件应用功能模块包括微网智能电气设备监控模块、微网电能质量控制模块、数据存储和处理模块，各模块之间可以进行信息交互。集成管理系统为电能质量控制装置之间的信息交换提供了通信桥梁，微网智能电气设备监控模块主要监控微网微源有功、无功出力状况，微源出口频率水平、微源出口电压水平、微网系统谐波水平，三相不平衡水平，母线电压水平，系统频率水平，系统功率因数水平，并将这些参数显示出来，根据微网电能质量控制模块给出的控制决策控制电能质量控制装置进行全局高效治理，提高微网电能质量。微网电能质量控制模块主要负责综合控制决策的给出，此处的决策包含对微源的控制和对微网高低压侧电能质量控制器的控制。数据存储和处理单元主要负责存储历史存储数据，担负查询与故障录波。

Claims (4)

1.一种微网电能质量综合控制系统，其特征是包括至少两种以上的微源、电能质量控制装置、集成管理系统和负载，所述微源和电能质量控制装置分别经连接设备与集成管理系统连接。

2.根据权利要求1所述微网电能质量综合控制系统，其特征是所述电能质量控制装置包括：智能型户内外无功补偿器IVC、配电网静止同步补偿器DSTATCOM、配电网静止同步补偿器DSTATCOM和晶闸管投切电容器TSC联合系统、有源电力滤波器APF和动态电压恢复器DVR。

3.根据权利要求2所述微网电能质量综合控制系统，其特征是所述配电网静止同步补偿器DSTATCOM和晶闸管投切电容器TSC联合系统为一台配电网静止同步补偿器DSTATCOM与多个晶闸管投切电容器TSC并联在同一公共连接点上构成的节能装备。

4.根据权利要求1-3之一所述微网电能质量综合控制系统，其特征是所述集成管理系统硬件包括至少两台相互热备的通讯服务器、操作员站、综合管理站、图象监控系统、模拟屏和GPS授时系统。

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