[發明專利]基于超級電容器儲能的電能質量調節系統

無效

• 申請號: 201010247877.2
• 申請日: 2010-08-03
• 公開（公告）號: CN101950974A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發明（設計）人: 孫輝;于芃;隋永正;郭磊;孫福壽
• 申請（專利權）人: 大連理工大學;吉林省電力有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J9/04;H02J7/00;H02J3/18;H02J3/01
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 侯明遠

技術領域

本發明屬于電能質量調節技術領域。涉及到一種加入超級電容器的新型電能質量調節系統通過并聯方式接入電網系統，對電網系統的電能質量進行調節，特別涉及該系統中的三相電壓型PWM整流器及BUCK-BOOST型雙向DC/DC變換器在電網系統正常運行、電網系統故障運行時的控制設計。

背景技術

隨著國民經濟和科學技術的迅猛發展，各種電力電子設備得到廣泛應用，必然使得各行各業對電能的需求量不斷增長，電力部門和用戶對電能質量的關注也日益增加。

阻感負載在工業和生活用電中占有很大的比例，阻感負載必須吸收無功功率才能正常工作，這是由其本身的性質所決定的。電力系統中的異步電動機、變壓器、各種相控裝置，如相控整流器、相控交流功率調整電路和周波變流器，在工作時都要消耗大量的無功功率。同時，在電力系統中，負載具有非線性特性時，電流就會含有諧波，波形就會發生畸變，而成為含有諧波的非正弦波。引起電力系統諧波的主要諧波源有：電力變壓器的非線性勵磁；旋轉電動機引起的諧波；電弧爐引起的波形畸變；電氣化鐵路引起的諧波；各電力電子裝置產生的諧波。

電力系統中無功功率的盈虧及諧波電流的存在給電力系統帶來的危害如下：會使電力設備和線路的損耗也隨之增加；會使電網電壓產生劇烈的波動，嚴重影響供電質量；諧波影響各種電氣設備的正常工作，降低發電、輸電及用電設備的效率；諧波會引起公用電網中局部的并聯諧振和串聯諧振，從而使諧波放大，引起嚴重事故；諧波會導致繼電保護和自動裝置的誤動作。近年來，隨著可再生能源技術尤其是風力發電技術的不斷發展，風電裝機容量及發電量大幅度增加。風電場并網運行是實現風能大規模利用的有效方式，但風電場輸出功率具有不可控和不可預期性。當電力系統中接納的風電機組容量超過一定比例，風電輸出的波動功率在電力系統的無功功率、電網的諧波與閃變等電能質量方面給并網系統帶來一系列的技術難題。由此可見，傳統的靜止無功補償器在現代電力系統的安全、穩定運行方面具有越來越重要的意義。

并網風力發電機與其他的并網發電設備最大的區別在于，其在電網故障期間不能夠維持電網的電壓和頻率，這對電力系統的穩定性非常不利。當風電在電網中占有較大比重時，若風機在電壓跌落時仍采取被動的保護式解列，則會增加整個系統的故障恢復難度，甚至可能加劇故障，最終導致系統其他機組全部解列。為此各國電網公司依據自身實際對風電場風電機組并網提出了嚴格的技術要求，其中包括低電壓穿越能力，即指在風機并網點電壓跌落的時候，風機能夠保持并網，甚至向電網提供一定的無功功率，支持電網恢復，直到電網恢復正常，從而“穿越”這個低電壓時間(區域)。不同國家所提出的LVRT要求不盡相同。例如，美國風能協會制定的風電機組低電壓穿越能力規定：電壓跌落前，風電場并網點電壓維持在額定水平；0s時電網發生短路故障引起電壓跌落，風電場不低于額定電壓的15％時，在625ms時間范圍內風電場必須保持并網運行；另外當風電場并網點電壓在電網故障3s恢復至額定電壓的90％以上時，此過程中風電場必須保持并網運行。

傳統并聯式STATCOM依靠反饋控制維持其直流側的電壓穩定，同時實現交流側無功功率的吞吐，在電力系統正常運行時能夠滿足諧波及無功動態補償的要求。當風電并網系統發生短路故障時，電網電壓的下降，實踐表明此時電壓環控制失效，導致STATCOM無法發出大量無功功率以支撐電網電壓。若要保證STATCOM在電網發生故障時正常工作，必須給其提供穩定的直流側電壓，這可以通過額外增加一套與電網電壓無關的電源裝置來在電網發生故障時維持其直流側電壓穩定，但會造成設備的冗余與閑置。

為解決上述問題，本發明將傳統STATCOM裝置的直流側加入超級電容器及其控制系統。通過控制方式的切換，使得本系統能夠滿足電網正常運行和故障運行時對無功功率的不同需求，改善電能質量，在提高電網運行安全穩定性的同時，有效降低了投資成本。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：克服傳統STATCOM的不足，設計一種加入儲能裝置的電能質量調節系統，使其在電網正常運行時，能夠滿足諧波、無功補償需求的同時，還可在電網出現短路故障時，快速發出大量無功功率，對電網電壓進行有效支撐，改善電壓質量，增強電網系統運行的安全穩定性。電網故障運行時，該系統需能夠不借助外部電源滿足電網系統的無功需求；電網正常運行時，該系統需能夠對超級電容器進行容量的補充，省去額外的充電裝置。