[發明專利]分布式發電系統中三相逆變器的電流式控制方法

無效

• 申請號: 201010247330.2
• 申請日: 2010-08-06
• 公開（公告）號: CN101902146A
• 公開（公告）日: 2010-12-01
• 發明（設計）人: 劉進軍;劉增
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387;H02J3/38
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 朱海臨

技術領域

本發明涉及分布式發電領域，具體說是分布式發電系統中一種實現三相逆變器在孤島模式和并網模式之間切換的控制方法。

背景技術

傳統的電力系統以大機組、大電網、高電壓、集中式為其主要特征，其自身缺陷已經無法滿足當今社會的要求。首先，傳統電力系統的供電可靠性低。在傳統的大型電力系統中，由于任何一點的故障所產生的擾動都會對整個電力系統造成較大的影響，嚴重時可能引起大面積停電甚至是全網崩潰，造成災難性后果。其次，傳統電力系統的經濟效益不高。集中式大電網不能靈活跟蹤電力負荷的變化，而為了短暫的峰荷建造發電廠其花費是巨大的，經濟效益也非常低。隨著負荷峰谷差的不斷增大，電網的負荷率正逐年下降，發輸電設施的利用率都有下降的趨勢。再次，傳統電力系統中絕大部分采用火力發電，消耗不可再生的化石能源，如煤、石油。同時，化石能源燃燒后產生溫室氣體，危害到人類的生存環境和健康安全，不符合可持續發展以及低碳經濟的要求。

由于以上原因，分布式發電受到人們的日益重視。分布式發電是指：為了滿足某些終端用戶的需求，接在用戶側附近的小型發電機組或發電及儲能的聯合系統。分布式發電系統按使用能源可以分為：微型燃氣輪機、燃料電池、太陽能光伏電池、風力發電以及生物質能。為了提高能源的利用效率和降低成本，分布式發電往往采用冷熱電三聯供的形式。分布式發電的重要意義體現在以下幾個方面。首先，當大電網出現大面積停電事故時，分布式發電系統仍能保持正常運行，因此可以提高供電的可靠性。其次，夏季和冬季一般是負荷的高峰時期，此時如果采用以天然氣為燃料的微型燃氣輪機等冷熱電三聯供系統，不但可解決冬夏季的供熱與供冷的需要，同時提供一部分電力，因此可降低電力峰荷，起到調峰的作用。第三，因其采用天然氣作燃料，或以太陽能、風能為能源，可以減少溫室氣體的排放，減輕了環保的壓力，同時降低了對化石能源的依賴程度，是解決能源危機的一種很好的方式。最后，由于分布式發電可以用發電的余熱來制熱、制冷，能源得以合理的梯級利用，從而可提高能源的利用效率。

分布式發電系統具有兩種運行模式，并網模式和孤島模式。當大電網正常時，分布式發電系統與大電網相連，向大電網注入功率，此時稱為并網模式。當大電網故障時，分布式發電系統與大電網脫離，同時給周圍的重要負荷供電，此時稱為孤島模式。分布式發電系統在并網運行模式下，當檢測到大電網故障，應立即切換到孤島模式，使重要負荷不會因為大電網故障而出現供電中斷；當大電網恢復正常后，分布式發電系統應該切換到并網模式。為了保證關鍵負荷的供電可靠性，分布式發電系統在這兩種模式之間的無縫切換具有重要的意義。

典型的分布式發電系統一般由能量變換單元、電力電子變換器構成。能量變換單元將一次能源轉換為電能，但是該電能還無法直接使用，需要由電力電子變換器變換可以使用的電能。在并網模式下，變換后的電能注入大電網，在孤島模式下，變換后的電能直接給關鍵負荷供電，因此分布式發電系統通過電力電子變換器與大電網和關鍵負荷相連。電力電子變換器可能由多個功能模塊(如逆變器、斬波器)級聯而成，由于大電網或關鍵負荷都是交流的，因此電力電子變換器末端的功能模塊一般是逆變器。由于逆變器直接與大電網和關鍵負荷相連，因此分布式發電系統運行模式的切換取決于對該逆變器的運行模式的切換。

如何實現逆變器的運行模式的切換，保證關鍵負荷的供電可靠性，一些學者對其進行了研究。已有技術[1]，見IEEE?TRANSACTIONS?ONINDUSTRIAL?ELECTRONICS第53卷第5期出版的“An?Improved?UtilityInterface?for?Microturbine?Generation?System?With?Stand-AloneOperation?Capabilities”，采用三相逆變器與電網和關鍵負荷相連。在并網模式下，電流傳感器檢測注入電網的電流，逆變器控制成電流源，同時可以補償關鍵負荷吸收的無功功率，使大電網的功率因數為一。在孤島模式下，電流互感器檢測濾波電容上的電流形成電流內環，同時檢測電容電壓構成電壓外環，逆變器控制成電壓源，給關鍵負載供電，檢測濾波電容的電流使負載電壓波形失真小。在兩種運行模式下，由于共用一套電流互感器，降低了系統側成本，但當運行模式切換時，必須改變控制結構，因而無法保證運行模式的無縫切換。