CN203522193U - 一种异步发电机组并联运行稳压系统 - Google Patents

一种异步发电机组并联运行稳压系统 Download PDF

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赵先娴
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Abstract

本实用新型公开了一种异步发电机组并联运行稳压系统，包括信号采样模块、控制器、磁能再生开关，其中信号采样模块采集微电网的线电压与相电流信号，并传输至控制器，当微电网线电压下降，控制器控制磁能再生开关输出的容性无功增大，以平衡系统的感性无功，当微电网线电压上升，控制器控制磁能再生开关输出的容性无功减小，以减少系统中过剩的容性无功；磁能再生开关，其一端与微电网相连，另一端与控制器相连，接收控制器发出的指令，按照指令增大或减小输出的容性无功。本实用新型的系统，其能够快速跟踪电网电压，能有效防止电压跌落。

Description

一种异步发电机组并联运行稳压系统
技术领域
本实用新型涉及电网电压控制与无功补偿技术领域，特别涉及一种异步发电机组并联运行稳压系统。
背景技术
随着煤炭、石油等传统矿物质能源的日渐短缺，开发利用新能源也已成为世界各国能源战略发展的主要方向。充分利用本地环境特点，建设基于多种能源发电、容量较小且安装灵活的建筑物、海岛或社区小型供电网络（即微电网），既有利于减轻电网供电压力，又有利于资源合理利用，是开发利用新能源以缓解能源短缺的重要办法。将异步发电机应用于微电网中，能够大大降低成本，且具有易于维护、可靠性高等优点，因此，研究异步发电机组并联运行的电压控制问题对微电网的建设具有十分显著的意义。
异步发电机的输出电压随负载的增大而降低，其负载特性极大地限制了其应用。通过增大并联励磁电容能够有效地预防电压跌落，但是负载大小随机改变，不可预测，通过并联多组励磁电容来稳定电压并不能随着负载大小的改变而改变，不能起到良好的效果。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种异步发电机组并联运行稳压系统，其能够快速跟踪电网电压，能有效防止电压跌落。
本实用新型的目的通过以下的技术方案实现：
一种异步发电机组并联运行稳压系统，包括信号采样模块、控制器、磁能再生开关，其中
信号采样模块，包含电压采样装置一、电流采样装置一，电压采样装置一的一端与微电网相连，采样微电网两路线电压信号，并将线电压信号传输至与其另一端相连的控制器；电流采样装置一的一端与微电网相连，采样微电网三路相电流信号，并将相电流信号传输至与其另一端相连的控制器；
控制器，接收信号采样模块发送的微电网两路线电压信号、微电网三路相电流信号，并对信号进行分析、处理，发出相应的指令：当微电网负载增大时，微电网两路线电压下降，控制器控制磁能再生开关输出的容性无功增大，以平衡系统的感性无功；当微电网的负载减小时，微电网两路线电压上升，控制器控制磁能再生开关输出的容性无功减小，以减少系统中过剩的容性无功，由此达到维持微电网的电压稳定的目的；
磁能再生开关，其一端与微电网相连，另一端与控制器相连，接收控制器发出的指令，按照指令增大或减小输出的容性无功。
所述的磁能再生开关由三组单相磁能再生开关单元按△形首尾依次连接，且并联接入微电网的三相电线，其中单相磁能再生开关单元包含一个电抗器、一个直流电容器和四个绝缘栅双极型晶体管，且四个绝缘栅双极型晶体管按全桥式连接，与电容并联后再与电抗器串联。谐波量的大小评价是电能质量的重要指标之一，谐波量过大会导致系统功耗增大，电机等设备的稳定性降低，而三组单相磁能再生开关单元按△形首尾依次连接能减小磁能再生开关在运行过程中注入微电网的三次谐波量，减小系统功耗、提高设备稳定性。
所述的单相磁能再生开关单元还包含电容过电压保护装置，由一个绝缘栅双极型晶体管和一个电阻串联后与电容并联而成，且绝缘栅双极型晶体管的集电极与电容正极相连，发射极与电容负极相连。当单相磁能再生开关单元的电容过电压时，控制器首先发出信号关断两桥臂上的绝缘栅双极型晶体管，然后通过电容过电压保护装置的绝缘栅双极型晶体管放电，使电容电压降至安全范围，避免电容过压击穿，起到保护电容的作用。
所述的信号采样模块还包含电压采样装置二，电压采样装置二的一端与磁能再生开关相连，采样磁能再生开关的电容电压信号，并将电容电压信号传输至与其另一端相连的控制器。控制器通过电压采样装置二采样的电容电压信号来判断各个单相磁能再生开关单元的电容是否过电压。
所述的信号采样模块还包含电流采样装置二，电流采样装置二的一端与磁能再生开关相连，采样磁能再生开关的电流信号，并将电流信号传输至与其另一端相连的控制器，控制器接收到电流采样装置二发出的电流信号后，将它的大小I与额定电流Imax进行比较：若Imax<I<2Imax，则控制器发出相应的信号通过减小微电网电压的移相角β或增大磁能再生开关最小电容电压Vc-min来减小电流I，若I>2Imax，则控制器切断磁能再生开关并停机检测。使磁能再生开关能够稳定工作。
所述的异步发电机组并联运行稳压系统还包括交流断流器，交流断流器的一端与异步发电机相连，另一端与微电网相连，同时接收控制器发出的指令，执行交流断流器的断开或闭合，从而控制异步发电机的投入数量，当微电网频率降低、恒定不变、升高，控制器则发出相应的指令分别增大、保持和减小异步发电机组的投入量，交流断流器闭合，异步发电机组投入运行。通过控制异步发电机组的运行数量，提高系统效率，从而保障系统稳定。
本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
A、能够实现等效励磁电容大小的连续改变，能随着负载的随机变化而变化，能够快速跟踪电网电压，能有效防止电压跌落，从而保证异步发电机组保持稳定运行，且具有较大的变化范围。
B、对异步发电机组的并联运行极为有利，它可以实现连续无功功率控制，且非常容易实现，结构简单、性能稳定，用于电网稳压的可靠性非常高。
附图说明
图1为本实用新型一种异步发电机组并联运行稳压系统的结构示意图；
图2为图1所述系统的磁能再生开关的局部放大图；
图3为图1所述系统的控制器的局部放大图。
具体实施方式
如图1、2、3，一种异步发电机组并联运行稳压系统，包括信号采样模块1、控制器2、磁能再生开关3、交流断流器4，其中
信号采样模块1，包含电压采样装置一101、电流采样装置一102、电压采样装置二103、电流采样装置二104，电压采样装置一101的一端与微电网相连，采样微电网两路线电压信号，并将线电压信号传输至与其另一端相连的控制器2；电流采样装置一102的一端与微电网相连，采样微电网三路相电流信号，并将相电流信号传输至与其另一端相连的控制器2；电压采样装置二103的一端与磁能再生开关3相连，采样磁能再生开关3的电容电压信号，并将电容电压信号传输至与其另一端相连的控制器2；电流采样装置二104的一端与磁能再生开关3相连，采样磁能再生开关3的电流信号，并将电流信号传输至与其另一端相连的控制器2；
控制器2，接收信号采样模块1发送的微电网两路线电压信号、微电网三路相电流信号、磁能再生开关3的电流信号，并对信号进行分析、处理，发出相应的指令：
当微电网负载增大时，微电网两路线电压下降，控制器2控制磁能再生开关3输出的容性无功增大，以平衡系统的感性无功；当微电网的负载减小时，微电网两路线电压上升，控制器2控制磁能再生开关3输出的容性无功减小，以减少系统中过剩的容性无功，由此达到维持微电网的电压稳定的目的；
控制器2接收到磁能再生开关3的电容电压信号后，当单相磁能再生开关单元5的电容过电压时，控制器2首先发出信号关断两桥臂上的绝缘栅双极型晶体管，然后通过电容过电压保护装置的绝缘栅双极型晶体管放电，当单相磁能再生开关单元5的电容在合理范围时，控制器则根据对电网电压的相位、幅值运算结果，进行参数优化与选择；
控制器2接收到磁能再生开关3的电流信号后，将它的大小I与额定电流Imax进行比较：若Imax<I<2Imax，则控制器2发出相应的信号通过减小微电网电压的移相角β或增大磁能再生开关最小电容电压Vc-min来减小电流I，若I>2Imax，则控制器2切断磁能再生开关3并停机检测，若I<Imax，控制器2则根据对微电网电压的相位、幅值运算结果，进行参数优化与选择；
磁能再生开关3，其一端与微电网相连，另一端与控制器2相连，接收控制器2发出的指令，按照指令增大或减小输出的容性无功，磁能再生开关3由三组单相磁能再生开关单元5按△形首尾依次连接，且并联接入微电网的三相电线，其中单相磁能再生开关单元5包含一个电抗器L、一个直流电容器C和四个绝缘栅双极型晶体管U、V、X、Y，且四个绝缘栅双极型晶体管按全桥式连接，与电容C并联后再与电抗器L串联；各个单相磁能再生开关单元5还包含电容过电压保护装置，如图2，由一个绝缘栅双极型晶体管T和一个电阻R串联后与电容C并联而成，且绝缘栅双极型晶体管的集电极与电容C正极相连，发射极与电容C负极相连；
交流断流器4，交流断流器4的一端与异步发电机相连，另一端与微电网相连，同时接收控制器2发出的指令，执行交流断流器4的断开或闭合，从而控制异步发电机的投入数量，当微电网频率降低、恒定不变、升高，控制器则发出相应的指令分别增大、保持和减小异步发电机组的投入量，交流断流器4闭合，异步发电机组投入运行。
为了使异步发电机组输出电压达到额定值，进一步使微电网电压稳定，异步发电机组的输出端并联定值励磁电容6。
如图3，所述的控制器2包含微电网相/频监测单元7、信号发生器8、坐标变换器9、比例积分控制器10、积分器11、比例放大器12、加法器13、比例积分器14、限幅器15、控制参数优化单元16和过压/过流检测单元17，电压采样装置一101、电流采样装置一102将采样的信号Uab、Ubc、Ia、Ib、Ic传输给微电网相/频监测单元7，微电网相/频监测单元7将经过分析处理的信号输入到信号发生器8；同时，微电网相/频监测单元7将两路线电压信号输入坐标变换器9，使三相静止坐标变换为两相旋转坐标，输出的信号Ud经比例积分控制器10与积分器11后，得到电网电压相角θ，然后将θ作为坐标变换器9的位置角与信号发生器8的参考相位；同时，坐标变换器9的输出信号Uq经比例放大器12放大后作为变量与参考信号Uref通过加法器13求差，对误差信号进行比例积分器14和限幅器15后，输入控制参数优化单元16，经过对参数的优化选择，将最佳控制参量微电网电压的移相角β和磁能再生开关最小电容电压Vc-min送给信号发生器8；同时，电压采样装置二103、电流采样装置二104采样的信号Vc-r、Vc-s、Vc-t、Ir、Is、It经过过压/过流检测单元17后输入到信号发生器8中，信号发生器8依次进行保护信号判断、频率与开关状态运算后，分别输出开关磁能再生开关控制信号、保护控制信号和机组投切信号。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种异步发电机组并联运行稳压系统，其特征在于：包括信号采样模块、控制器、磁能再生开关，其中
信号采样模块，包含电压采样装置一、电流采样装置一，电压采样装置一的一端与微电网相连，采样微电网两路线电压信号，并将线电压信号传输至与其另一端相连的控制器；电流采样装置一的一端与微电网相连，采样微电网三路相电流信号，并将相电流信号传输至与其另一端相连的控制器；
控制器，接收信号采样模块发送的微电网两路线电压信号、微电网三路相电流信号，并对信号进行分析、处理，发出相应的指令：当微电网负载增大时，微电网两路线电压下降，控制器控制磁能再生开关输出的容性无功增大，以平衡系统的感性无功；当微电网的负载减小时，微电网两路线电压上升，控制器控制磁能再生开关输出的容性无功减小，以减少系统中过剩的容性无功，由此达到维持微电网的电压稳定的目的；
磁能再生开关，其一端与微电网相连，另一端与控制器相连，接收控制器发出的指令，按照指令增大或减小输出的容性无功。
2.根据权利要求1所述的异步发电机组并联运行稳压系统，其特征在于，所述的磁能再生开关由三组单相磁能再生开关单元按△形首尾依次连接，且并联接入微电网的三相电线，其中单相磁能再生开关单元包含一个电抗器、一个直流电容器和四个绝缘栅双极型晶体管，且四个绝缘栅双极型晶体管按全桥式连接，与电容并联后再与电抗器串联。
3.根据权利要求2所述的异步发电机组并联运行稳压系统，其特征在于，所述的单相磁能再生开关单元还包含电容过电压保护装置，由一个绝缘栅双极型晶体管和一个电阻串联后与电容并联而成，且绝缘栅双极型晶体管的集电极与电容正极相连，发射极与电容负极相连。
4.根据权利要求1所述的异步发电机组并联运行稳压系统，其特征在于，所述的信号采样模块还包含电压采样装置二，电压采样装置二的一端与磁能再生开关相连，采样磁能再生开关的电容电压信号，并将电容电压信号传输至与其另一端相连的控制器。
5.根据权利要求1所述的异步发电机组并联运行稳压系统，其特征在于，所述的信号采样模块还包含电流采样装置二，电流采样装置二的一端与磁能再生开关相连，采样磁能再生开关的电流信号，并将电流信号传输至与其另一端相连的控制器，控制器接收到电流采样装置二发出的电流信号后，将它的大小I与额定电流Imax进行比较：若Imax<I<2Imax，则控制器发出相应的信号通过减小微电网电压的移相角β或增大磁能再生开关最小电容电压Vc-min来减小电流I，若I>2Imax，则控制器切断磁能再生开关并停机检测。
6.根据权利要求1所述的异步发电机组并联运行稳压系统，其特征在于，其还包括交流断流器，交流断流器的一端与异步发电机相连，另一端与微电网相连，同时接收控制器发出的指令，执行交流断流器的断开或闭合，从而控制异步发电机的投入数量，当微电网频率降低、恒定不变、升高，控制器则发出相应的指令分别增大、保持和减小异步发电机组的投入量，交流断流器闭合，异步发电机组投入运行。
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