[發明專利]基于風電的電能質量串聯補償方法及裝置

有效

• 申請號: 201310412660.6
• 申請日: 2013-09-11
• 公開（公告）號: CN103441505A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 孫岳;李永旭;吳傳濤;盧之男;邵光磊;馬進
• 申請（專利權）人: 國網山東省電力公司聊城供電公司;國家電網公司
• 主分類號: H02J3/12
• 分類號: H02J3/12
• 代理公司: 上海東信專利商標事務所(普通合伙) 31228
• 代理人: 楊丹莉;李丹

技術領域

本發明涉及一種電網電壓補償方法及裝置，尤其涉及一種基于風電的電能質量串聯補償方法及裝置。

背景技術

發達國家對電能質量水平的要求很高，電能質量問題不僅會給工業界帶來很大的經濟損失，如停工和再啟動導致生產成本增加，損壞反應靈敏設備，報廢半成品，降低產品質量，造成營銷困難而損害公司形象及和用戶的良好商業關系等，而且也會給醫療等重要用電部門的設備帶來危害，引起嚴重的生產和運行事故。美國電力研究院(EPRI)研究顯示,電能質量問題每年導致美國工業在數據、材料和生產力上的損失達300億美元(Electric?Power?Research?Institute,1999)；在新加坡，每次電壓瞬間下降都會造成超過100萬新元的經濟損失。隨著我國高科技工業的迅速發展，對電能質量水平的要求也越來越高，電壓驟降（陷落、跌落）是其中的主要問題，電壓陷落不僅會引起電力系統的電壓質量問題，也會危及用電設備的安全工作。電力系統故障、大型電機啟動、支路電路短路等都會引起電壓陷落，雖然電壓陷落時間短，但是它會引起工業過程的中斷或停工，而所引起工業過程的停工時間遠遠大于電壓陷落事故的本身時間，因此所造成的損失很大。電壓陷落的特征是電源電壓驟然下降至10%到90%的正常電壓值并持續0.5到50個周期。

傳統的方法，如電壓調節器并不能解決這些問題，而不間斷電源UPS裝置雖能解決這些問題，但是其成本和運行費用都極其昂貴。為了解決上述問題，國內外對動態電壓補償器開展了研究。相比于UPS，動態電壓補償器能有效解決電壓驟降的問題，但是，儲能問題一直困擾著動態電壓補償器的研究，雖然有人提出最小能量注入法等先進的方法，但是額外的儲能始終影響其進一步推廣、發展。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于風電的電能質量串聯補償方法，該方法將風力發電機輸出的電能用于電網電能質量串聯補償，從而不需要設置額外的儲能元件，同時還能確保電網電壓保持穩定不變，從而保護電網負荷，減少因電網電能質量問題所造成的損失。

本發明的另一目的在于提供一種基于風電的電能質量串聯補償裝置。

為了實現上述目的，本發明提出了一種基于風電的電能質量串聯補償方法，其包括步驟：

采用風力發電機將風能轉化為交流電輸出；

采用整流模塊將風力發電機輸出的交流電轉換為一穩定的直流電，并對整流模塊進行最大功率跟蹤控制以使整流模塊輸出的直流電有功功率最大；

采用H橋逆變單元和并網逆變器將整流模塊輸出的直流電轉變為交流電；

檢測電網電壓并根據檢測結果判斷是否進行壓降補償：若電網發生壓降，則控制H橋逆變單元輸出交流電對電網壓降進行串聯補償；若電網未發生壓降，則控制H橋逆變單元輸出交流電電壓為零，且控制并網逆變器將交流電注入電網。

本發明所述的基于風電的電能質量串聯補償方法充分利用了綠色環保的風能，在電網電壓發生壓降時，將風能轉化成的電能作為能量來源對電網電壓進行補償，而不必設置額外的儲能元件，從而保證了電網發生壓降時的快速響應，保證負荷電壓不受電網故障的影響。

具體來說，當電網未發生壓降時，控制器控制并網逆變器將風能轉換的交流電并入電網，控制器控制H橋逆變單元向電網輸出的補償電壓Uj為零；當電網發生壓降時，則控制H橋逆變單元向電網輸出補償電壓Uj=Us₀-Us₁，其中Us₀為電網正常時的電壓值，Us₁為電網發生壓降時的電壓值，同時將風能轉換得到的剩余電能通過并網逆變器注入到電網中。另外，還存在一種特殊情況，當風能轉換的電能不足以對電網的壓降進行補償時，并網逆變器會從電網取電以自動維持直流母線電壓穩定。

進一步地，所述對整流模塊進行最大功率跟蹤控制的步驟為：檢測整流模塊輸出的有功功率，判斷本次輸出的有功功率是否大于上次輸出的有功功率，若判斷為是，則增大風力發電機的轉速，若判斷為否，則維持風力發電機的轉速不變。

更進一步地，在上述基于風電的電能質量串聯補償方法中，分別采用直流電流檢測裝置和直流電壓檢測裝置檢測整流模塊輸出的直流電的電流I_w和電壓U_w，以獲得整流模塊輸出的有功功率P_w=U_w×I_w。

其中，直流電流檢測裝置可以采用直流電流傳感器。直流電壓檢測裝置可以采用直流電壓傳感器。

在上述基于風電的電能質量串聯補償方法中，可以采用交流電壓互感器檢測電網電壓。