CN205283134U - 一种用于微电网风电功率实时平抑的新型阻性负载装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于微电网风电功率实时平抑的新型阻性负载装置，包括：负载定值投切单元和负载平滑投切单元并联在风电系统出口侧；负载定值投切单元和负载平滑投切单元都由主控系统控制；负载定值投切单元包括多组由复合开关和定值负载组成的串联支路，各组串联支路之间并联连接；所述负载平滑投切单元为三相半桥VSR拓扑结构的电力电子变流器。本实用新型有益效果：负载功率值具有快速、平滑、精确跟踪指令目标的能力，相对于利用储能系统等其他实时平抑风电功率的方法，该新型阻性负载装置具有投资规模小，使用寿命长、运行控制相对简单、运维成本低等优势。

Description

一种用于微电网风电功率实时平抑的新型阻性负载装置

技术领域

本实用新型涉及可再生能源发电功率调节应用技术领域，尤其涉及一种用于微电网风电功率实时平抑的新型阻性负载装置。

背景技术

风力发电系统以自然风作为原动力。自然风受海拔、气候、温度、地形等多种自然因素的影响具很强的不可控性、波动性和间歇性，且难以进行准确预测和大量存储。为最大效率的利用风能资源，目前风电机组普遍运行于最大风能捕获模式，风电机组实时输出功率的大小取决于实时风速的大小，即“以风定电”。在这种模式下，受风速变化的影响，风力发电系统的实时出力具有很强的随机性、波动性。

电网运行的最大特点是发电与用电必须实时保持平衡，只有如此才能保证电网的安全与稳定。风电功率的波动性、间歇性以及不可控性会破坏电网原有的功率/能量平衡，进而给电网在规划建设、运行调度和电能质量等方面带来巨大挑战。

电网运行的最大特点是发电与用电必须实时保持平衡，只有如此才能保证电网的安全与稳定。风电功率的波动性、间歇性以及不可控性会破坏电网原有的功率/能量平衡，进而给电网在规划建设、运行调度和电能质量等方面带来巨大挑战。微电网系统网架结构薄弱，系统孤岛运行时惯性小，调压调频手段有限，风电场系统输出的波动性功率将会给微电网孤岛系统的供电电能质量带来一系列负面影响，主要表现在以下两个方面：

①对电压质量的影响

风电场向电网注入大量波动功率将引起微电网线路中有功电流、无功电流的波动，从而引起线路电阻、电抗上的电压波动，最终将引起微电网孤岛系统电压的波动。由风速变化和风机塔影效应所导致的风电功率波动频率一般低于25Hz，因此波动的风电功率并网还将带来微电网孤岛系统电压闪变的问题。

②对频率质量的影响

电网频率是衡量微电网孤岛系统供电电能质量的重要指标之一，它直接反映了电源有功出力与负荷之间的平衡关系，是影响微电网孤岛系统稳定运行的重要因素。由于风力发电系统的实时出力随风速变化呈无规则波动特性，微电网接入大量风电后会导致系统暂态有功输出与系统负荷需求之间的不平衡，使系统频率调节特性变差。同时，风电场输出的随机波动功率会引起微电网孤岛系统强迫功率振荡，进而对系统的频率稳定产生严重影响。

为消除间歇性风电功率给微电网多模态运行带来的一系列负面影响，必须采取一定的技术手段来对风电场输出的波动功率进行“削峰填谷”的平抑。

现有的平抑风电场输出的波动功率的方法多是利用储能系统实现风电功率的平抑，由于储能系统的投资成本较高且使用寿命有限，因此在追求经济性和低运营成本的微电网应用领域中受到了限制。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提出了一种用于微电网风电功率实时平抑的新型阻性负载装置，利用负载装置快速精确的投切能力实现对风电间歇性功率的实时“向下”平抑，使得调节后的风电功率平稳接入微电网系统，有效提高高风电渗透率条件下微电网孤岛系统运行的供电电能质量和运行稳定性。

为实现上述目的，本实用新型的具体方案如下：

一种用于微电网风电功率实时平抑的新型阻性负载装置，包括：主控系统、负载定值投切单元和负载平滑投切单元；所述负载定值投切单元和负载平滑投切单元并联在风电系统出口侧；负载定值投切单元和负载平滑投切单元都由主控系统控制；

所述负载定值投切单元包括多组由复合开关和定值负载组成的串联支路，各组串联支路之间并联连接；所述负载平滑投切单元为三相半桥VSR拓扑结构的电力电子变流器。

所述电力电子变流器的交流侧与风电系统并网侧连接，直流侧接入大功率阻性负载。

所述复合开关的结构具体为：

风电系统A、B、C三相线路分别依次串联连接双向可控硅和负载，同时在A、B、C三相线路的双向可控硅侧并联接入三相接触器。

本实用新型的有益效果：

(1)本实用新型的用于微电网内风电功率实时平抑的新型阻性负载装置的负载功率值具有快速、平滑、精确跟踪指令目标的能力，相对于利用储能系统等其他实时平抑风电功率的方法，该新型阻性负载装置具有投资规模小，使用寿命长、运行控制相对简单、运维成本低等优势。

(2)本实用新型装置中负载定值投切单元采用了双向可控硅与常规接触器组合的复合开关进行定值负载的快速投切，以一方面实现了负载投切的快速响应(远高于单一接触器投切的响应速度)；另一方面，避免了双向可控硅长期带载运行带来的通态损耗大以及易损坏等问题。

(3)本实用新型利用三相半桥VSR拓扑结构的电力电子变流器，实现了阻性负载快速、精确、平滑可调节，弥补了常规阻性负载投切方案中负载值呈阶梯性变化的不足，满足了对实时风电功率进行快速平滑调节的需求。

附图说明

图1为用于微电网风电功率实时平抑的新型阻性负载装置结构示意图；

图2为复合开关结构示意图；

图3为负载平滑投切单元结构图；

其中，1.并网断路器；2.主控系统；3.复合开关；4.定值负载；5.负载定值投切单元；6.负载平滑投切单元；7.双向可控硅；8.三相接触器。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型进行详细说明：

如图1所示，用于微电网风电功率实时平抑的新型阻性负载装置由并网断路器1、主控系统2、负载定值投切单元5以及负载平滑投切单元6构成，并网断路器1设置在风电系统的并网位置处；负载定值投切单元5和负载平滑投切单元6并联在风电系统出口侧；负载定值投切单元5和负载平滑投切单元6都由主控系统2控制；本实用新型主控系统2采用现有以DSP或者ARM为核心的下位机控制系统即可，无需对其进行改进。

其中负载定值投切单元5包括多组由复合开关3和定值负载4组成的串联支路，各组串联支路之间并联连接；负载平滑投切单元6为三相半桥VSR拓扑结构的电力电子变流器，电力电子变流器的交流侧与风电系统并网侧连接，直流侧接入大功率阻性负载。

利用该新型阻性负载装置对微电网中的实时风电功率进行“下行”平抑时，由主控系统2实时采样风电功率的实时有功出力，根据风电平抑目标，由主控系统2快速调节负载定值投切单元5以及负载平滑投切单元6，实现负载功率值平滑、精确的满足平抑风电功率需求。在调节负载功率值的过程中，先由通过负载定值投切单元5实现对负载功率的快速初步调节，再利用负载平滑投切单元精确、平滑地补偿负载定值投切单元5中各档位之间的差额，实现整体负载功率精确、快速、平滑的调节。

当风电功率大于平抑目标值时，新型阻性负载装置增大负载功率的投入；当风电功率小于平抑目标值时，新型阻性负载装置减小负载功率的投入，最终实现对风电功率的实时“下行”平抑。负载定值投切单元5中对定值负载4的快速投切是通过所设计的复合开关3来实现。

图2所示的复合开关3由双向可控硅7与三相接触器8组合构成，用于对定值阻性负荷快速投切。当需要投入相应定值阻性负载时，由主控系统2同时给双向可控硅7以及三相接触器8下达投入指令，并延时1s后给双向可控硅7下达分闸指令。在上述过程中，双向可控硅7可在15ms以内完成导通响应，进而实现了定值负载4的快速投入，三相接触器8由于响应速度慢会稍后闭合；1s内，双向可控硅7以及三相接触器8都已完成投入，1s后断开双向可控硅7，由三相接触器8长期带负载运行，避免了双向可控硅7通态损耗大、易损坏等缺陷，实现了复合开关3的长期稳定运行。

需要开断相应的定值负载4时，由于负载经三相接触器8长期并网运行，因此仅由主控系统2给三相接触器8断下达分闸指令即可。通过上述方式，利用所设计复合开关3实现了定值负载4的快速投切以及长时间带载稳定运行。

如图3所示，负载平滑投切单元6采用三相半桥VSR拓扑结构的电力电子变流器形式，其直流侧接入大功率阻性负载。在该拓扑结构中，功率开关管G1、G3、G5的漏极连接到一起接到直流侧电容C的正极，功率开关管G1、G3、G5的源极分别与功率开关管G2、G4、G6的漏极相连接，功率开关管G2、G4、G6的源极连接到一起接到直流侧电容C的负极。续流二极管D1、D3、D5、D2、D4、D6分别反并联在每个功率开关管的漏--源极之间。L1、L2、L3为交流侧滤波电感。通过对以上各开关管进行通断控制可以实现该变换器直流侧输出电压的快速、连续、精确的调节。由于直流侧所接入大功率阻性负载的电阻值恒定，因此通过对直流侧电压的连续精确调节，即实现了负载平滑投切单元6中阻性负载功率的连续、平滑调节。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (3)

1.一种用于微电网风电功率实时平抑的新型阻性负载装置，其特征是，包括：主控系统、负载定值投切单元和负载平滑投切单元；所述负载定值投切单元和负载平滑投切单元并联在风电系统出口侧；负载定值投切单元和负载平滑投切单元都由主控系统控制；

所述负载定值投切单元包括多组由复合开关和定值负载组成的串联支路，各组串联支路之间并联连接；所述负载平滑投切单元为三相半桥VSR拓扑结构的电力电子变流器。

2.如权利要求1所述的一种用于微电网风电功率实时平抑的新型阻性负载装置，其特征是，所述电力电子变流器的交流侧与风电系统并网侧连接，直流侧接入大功率阻性负载。

3.如权利要求1所述的一种用于微电网风电功率实时平抑的新型阻性负载装置，其特征是，所述复合开关的结构具体为：

风电系统A、B、C三相线路分别依次串联连接双向可控硅和负载，同时在A、B、C三相线路的双向可控硅侧并联接入三相接触器。