[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于自頻率同步的電壓矢量穩(wěn)定器及控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310140492.X
• 申請(qǐng)日: 2013-04-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103259266A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-08-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡家兵;趙明權(quán);袁小明;尚磊
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02J3/16
• 分類(lèi)號(hào): H02J3/16;H02J3/40
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專(zhuān)利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于自頻率同步的電壓矢量穩(wěn)定器及控制方法。

背景技術(shù)

隨著化石能源的日益減少，近些年來(lái)新能源發(fā)電得到了極大的發(fā)展，同時(shí)可以預(yù)期新能源發(fā)電將在未來(lái)各國(guó)的能源結(jié)構(gòu)中將占有相當(dāng)?shù)谋壤，F(xiàn)今新能源發(fā)電主要包括風(fēng)力發(fā)電以及光伏發(fā)電，由于中國(guó)能源資源與負(fù)荷需求的逆向分布，大規(guī)模的新能源發(fā)電廠常常接入到弱電網(wǎng)中，負(fù)荷與電廠之間距離達(dá)幾百公里以上。由于電網(wǎng)弱，新能源發(fā)電廠的并網(wǎng)點(diǎn)處電壓常常發(fā)生波動(dòng)，但是風(fēng)力發(fā)電機(jī)以及光伏并網(wǎng)逆變器對(duì)并網(wǎng)點(diǎn)電壓的變化極為敏感，這些并網(wǎng)點(diǎn)電壓的波動(dòng)極大威脅到了新能源發(fā)電設(shè)備的穩(wěn)定性。事實(shí)上，由于風(fēng)場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓的劇烈變化，甘肅、吉林等地的大型風(fēng)場(chǎng)就曾多次出現(xiàn)大面積風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)的嚴(yán)重事故，大面積風(fēng)電脫網(wǎng)引起了風(fēng)電出力的大量損失，嚴(yán)重影響了電網(wǎng)穩(wěn)定性。

現(xiàn)有技術(shù)解決上述問(wèn)題主要有有功功率補(bǔ)償和無(wú)功功率補(bǔ)償兩種方式。

一方面，以風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)為例。有功補(bǔ)償裝置使用儲(chǔ)能系統(tǒng)補(bǔ)償由于風(fēng)功率波動(dòng)帶來(lái)的風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的波動(dòng)。這種補(bǔ)償方法需要大容量的儲(chǔ)能系統(tǒng)，價(jià)格昂貴，屬于能量型有功補(bǔ)償。但是，這種補(bǔ)償方式忽略了對(duì)不同時(shí)間尺度(尤其是短時(shí)間尺度)有功功率的補(bǔ)償，不能為系統(tǒng)提供電壓矢量旋轉(zhuǎn)速度慣性。

另一方面，現(xiàn)有的無(wú)功補(bǔ)償裝置主要以支撐并網(wǎng)點(diǎn)電壓幅值作為控制目標(biāo)進(jìn)行補(bǔ)償(如SVC、STATCOM等無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備)，通過(guò)補(bǔ)償無(wú)功可以支撐并網(wǎng)點(diǎn)電壓。但是，通過(guò)事故后的分析，使用變流器的新能源發(fā)電設(shè)備往往不是因?yàn)椴⒕W(wǎng)點(diǎn)電壓過(guò)低而發(fā)生脫網(wǎng)事故，脫網(wǎng)事故往往是由于電壓幅值變化過(guò)快、恢復(fù)過(guò)程中的過(guò)電壓所造成。在這一點(diǎn)上，傳統(tǒng)針對(duì)并網(wǎng)點(diǎn)電壓幅值進(jìn)行補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償方式不但不能抑制新能源發(fā)電設(shè)備的脫網(wǎng)，反而會(huì)加大脫網(wǎng)事故發(fā)生的概率。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法穩(wěn)定新能源發(fā)電廠并網(wǎng)點(diǎn)電壓矢量，也即無(wú)法為電網(wǎng)提供并網(wǎng)點(diǎn)電壓矢量的旋轉(zhuǎn)速度慣性和幅值慣性，亟需發(fā)明一種電壓矢量穩(wěn)定器。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于自頻率同步的電壓矢量穩(wěn)定器及控制方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法為電網(wǎng)提供并網(wǎng)點(diǎn)電壓矢量旋轉(zhuǎn)速度慣性和電壓幅值慣性的問(wèn)題。

本發(fā)明提供了一種基于自頻率同步的電壓矢量穩(wěn)定器，所述電壓矢量穩(wěn)定器包括儲(chǔ)能單元、電力電子變換器，濾波器，內(nèi)頻率控制器，幅值控制器，電壓矢量控制單元和信號(hào)測(cè)量單元；所述電力電子變換器的第一輸入輸出端連接儲(chǔ)能單元，電能在兩者之間雙向傳輸；電力電子變換器的第二輸入輸出端連接濾波器；電力電子變換器的輸入控制端連接至電壓矢量控制單元的輸出端；濾波器連接外部的電網(wǎng)；所述信號(hào)測(cè)量單元的輸入端連接至并網(wǎng)點(diǎn)；信號(hào)測(cè)量單元的第一輸出端連接至所述內(nèi)頻率控制器的輸入端，信號(hào)測(cè)量單元的第二輸出端連接至所述幅值控制器的輸入端，所述信號(hào)測(cè)量單元用于將從并網(wǎng)點(diǎn)處采集的電壓和電流信號(hào)進(jìn)行處理后輸出有功功率P_meas、無(wú)功功率Q_meas和并網(wǎng)點(diǎn)電壓的幅值U_meas；所述內(nèi)頻率控制器用于根據(jù)所述有功功率P_meas產(chǎn)生相角θ；所述幅值控制器用于根據(jù)所述無(wú)功功率Q_meas產(chǎn)生幅值E；所述電壓矢量控制單元用于將內(nèi)頻率控制器輸出的相角θ和幅值控制器輸出的幅值E進(jìn)行處理并輸出開(kāi)關(guān)控制信號(hào)給電力電子變換器的輸入控制端。

更進(jìn)一步地，所述內(nèi)頻率控制器包括依次連接的減法器、PI控制器、乘法器和積分器；減法器用于將有功功率參考值P_ref減去有功功率P_meas并輸出功率誤差；PI控制器用于將功率誤差進(jìn)行PI控制并輸出內(nèi)頻率f；乘法器用于將內(nèi)頻率f乘以系數(shù)2π并輸出內(nèi)電勢(shì)矢量E的旋轉(zhuǎn)角旋轉(zhuǎn)速度ω；積分器用于將旋轉(zhuǎn)角旋轉(zhuǎn)速度ω進(jìn)行積分處理并輸出相角θ。

更進(jìn)一步地，所述內(nèi)頻率控制器包括依次連接的減法器、第一積分器、乘法器、第二積分器和阻尼器；減法器用于將有功功率參考值P_ref減去第二輸入端有功功率P_meas再減去第三輸入端的阻尼功率并輸出功率誤差；第一積分器用于將功率誤差進(jìn)行積分處理并輸出內(nèi)頻率f；乘法器用于將內(nèi)頻率f乘以系數(shù)2π并輸出內(nèi)電勢(shì)矢量E的旋轉(zhuǎn)角旋轉(zhuǎn)速度ω；第二積分器用于將旋轉(zhuǎn)角旋轉(zhuǎn)速度ω進(jìn)行積分處理并輸出內(nèi)電勢(shì)矢量的相角θ；阻尼器用于將內(nèi)電勢(shì)矢量E的旋轉(zhuǎn)角旋轉(zhuǎn)速度ω進(jìn)行處理并輸出阻尼功率至減法器的第三輸入端。