專利名稱：可用于微電網(wǎng)的有載調(diào)壓變壓器控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于分布式發(fā)電和智能電網(wǎng)控制領(lǐng)域，具體涉及一種微網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和相應(yīng) 的有載調(diào)壓變壓器控制器。
背景技術(shù)：
微電網(wǎng)的概念及其相關(guān)技術(shù)在本世紀(jì)初世界上已經(jīng)有很多國家展開了相關(guān)研究。 以美國、歐盟和日本為代表，他們積極推廣微電網(wǎng)技術(shù)，并且已經(jīng)取得了一定的進展。美國 相關(guān)研究機構(gòu)主要對微電網(wǎng)的概念及熱電聯(lián)產(chǎn)式微電網(wǎng)的發(fā)展做出了重要貢獻。歐盟第五 和第六框架計劃對微電網(wǎng)及多微電網(wǎng)的概念及相關(guān)技術(shù)進行了研究，內(nèi)容主要包括微電網(wǎng) 中分布式電源的控制、保護方案、實驗平臺建設(shè)、多個微電網(wǎng)連接到配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)管理方案 及微電網(wǎng)的高滲透率對大電網(wǎng)的影響等。日本在分布式發(fā)電應(yīng)用和微網(wǎng)展示工程的建設(shè)方 面走在了世界前列，已分別在Hachinohe，Aichi，Kyoto和Sendai等地建立了微網(wǎng)展示工 程。2009年，Galvin Electricity Initiative提出了智能微電網(wǎng)的概念，他認(rèn)為智 能微電網(wǎng)是大型電力系統(tǒng)的現(xiàn)代化、小型化，能夠提供更高的供電可靠性，更易滿足用戶增 長的需求，最大可能的利用清潔能源和促進技術(shù)創(chuàng)新。所以智能微電網(wǎng)就是微電網(wǎng)的智能 化，在微電網(wǎng)中利用先進的設(shè)備和先進的控制手段對多種發(fā)電設(shè)備和終端用戶進行優(yōu)化管 理，使之為用戶提供更可靠更高質(zhì)量的電能和為大電網(wǎng)提供服務(wù)的措施均屬于智能微電網(wǎng) 的研究范疇。微型電網(wǎng)的構(gòu)建可以借鑒許多傳統(tǒng)配電網(wǎng)的成功經(jīng)驗，但它與傳統(tǒng)配電網(wǎng)存在很 多不同之處，比如，傳統(tǒng)配電網(wǎng)中的有載調(diào)壓變壓器功率流向一般是單方向的，微型電網(wǎng)中 要求有載調(diào)壓變壓器必須是雙向的，否則系統(tǒng)會不穩(wěn)定甚至癱瘓。由此可見，智能微電網(wǎng)拓 撲和控制技術(shù)種類將是多樣化的，實用化的智能微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和控制技術(shù)還有待于進一步深 入研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是應(yīng)微電網(wǎng)智能化發(fā)展的需求，提供一種能夠結(jié)合無觸點有載調(diào)壓變壓 器來實現(xiàn)微電網(wǎng)智能控制的微網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其控制方式，達到對任意節(jié)點進行靜態(tài)調(diào)節(jié)的 電壓控制策略。實現(xiàn)微網(wǎng)與大電網(wǎng)的自適應(yīng)連接。為此，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案所述的微電網(wǎng)包括風(fēng)力發(fā)電單元、燃料電池、光伏發(fā)電、蓄電池、直流負(fù)載和交流 負(fù)載。其中，不同分布式電源組成微電網(wǎng)后，結(jié)合一種無觸點有載調(diào)壓變壓器與電網(wǎng)連接。 所述的有載調(diào)壓變壓器，采用DSP對其進行電子控制。所述的有載調(diào)壓變壓器DSP控制器采用先進的智能無功補償控制方法，以電能質(zhì) 量指標(biāo)中的頻率和電壓建立聯(lián)合優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，實現(xiàn)對電壓調(diào)節(jié)裝置OLTC的優(yōu)化控制，同 時實現(xiàn)智能微電網(wǎng)內(nèi)各種發(fā)電單元、負(fù)荷的優(yōu)化控制。鑒于配電網(wǎng)線路阻抗呈阻性，微網(wǎng)內(nèi)節(jié)點電壓控制不僅與無功功率有關(guān)也與有功功率有關(guān)。所述的有載調(diào)壓變壓器通過測量各分布式電源輸出的有功和無功功率，計算每 個節(jié)點的電壓變化，一旦某個節(jié)點電壓不滿足用戶需求，OLTC控制器將自動調(diào)節(jié)有載調(diào)壓 變壓器的分接頭使電壓滿足要求。本發(fā)明提出的基于無觸點有載調(diào)壓變壓器的智能微網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方式，采用 電子控制的有載調(diào)壓變壓器對微網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點電壓進行靜態(tài)控制，電子控制的有載調(diào)壓變壓 器具有無級無觸點自動調(diào)壓功能，該有載調(diào)壓變壓器DSP控制器具有與上位機通信和故障 報警等功能。同時，該有載調(diào)壓變壓器DSP控制器還具有負(fù)載自適應(yīng)功能。當(dāng)負(fù)載變化時， 采用下垂控制和無功補償相結(jié)合的手段對微網(wǎng)內(nèi)各個微型電源節(jié)點和負(fù)載節(jié)點的靜態(tài)電 壓進行及時控制。具體而言，具有如下的技術(shù)有益效果1)有載調(diào)壓變壓器采用無觸點DSP控制，使微電網(wǎng)與大系統(tǒng)能自適應(yīng)連接；2)有載調(diào)壓變壓器具有功率雙向流動功能；3)根據(jù)節(jié)點負(fù)載和電壓變化，實現(xiàn)微網(wǎng)內(nèi)任意節(jié)點的靜態(tài)電壓控制；4)有載調(diào)壓變壓器控制器采用特有的無功補償技術(shù)，具有智能控制和負(fù)壓消除功 能；5)有載調(diào)壓變壓器控制器具有過壓、過載等保護功能，可提高微電網(wǎng)的運行可靠 性；6)有載調(diào)壓變壓器無機械觸點，將不產(chǎn)生電弧，延長其使用壽命，減少維修成本。


圖1是基于有載調(diào)壓變壓器的微網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。圖1中，1是電網(wǎng)、2是有載調(diào)壓變壓器、3是光伏發(fā)電單元、4是逆變器、5是整流 器、6是風(fēng)力發(fā)電單元、7是燃料電池單元、8是蓄電池單元、9是電阻性負(fù)載、10是電動機負(fù) 載、11是其他類負(fù)載、S是并網(wǎng)開關(guān)電路。圖2為有載調(diào)壓變壓器DSP控制原理圖。圖3為無功補償技術(shù)原理圖。
具體實施例方式圖1為基于有載調(diào)壓變壓器的微網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖，其中1為配電網(wǎng)，負(fù)責(zé)在微網(wǎng) 自身供電不足的時候，向負(fù)載供電。S為聯(lián)網(wǎng)開關(guān)，負(fù)責(zé)配電網(wǎng)與微網(wǎng)的連接與分離。2為 無觸點的OLTC變壓器及其控制系統(tǒng)。3為光伏發(fā)電單元，通過逆變裝置4后與微型電網(wǎng)母 線連接。6為風(fēng)力發(fā)電單元，它通過整流單元5先將頻率不穩(wěn)定的交流電變化為直流電，然 后通過逆變裝置4變化為頻率穩(wěn)定的交流電與微型電網(wǎng)母線連接。7為燃料電池單元，它也 通過逆變裝置4后與微型電網(wǎng)母線連接。8是蓄電池單元，它也通過逆變裝置4后與微型電 網(wǎng)母線連接。各個微型電源與微型電網(wǎng)母線連接后，共同向電阻性負(fù)載9、電動機負(fù)載10、 以及其它類型負(fù)載11進行供電。當(dāng)微型電網(wǎng)內(nèi)自身發(fā)電量大于負(fù)載所需時，它將通過有載 調(diào)壓變壓器2向配電網(wǎng)1輸送部分功率。如圖2所示，本發(fā)明的智能微電網(wǎng)用有載調(diào)壓變壓器控制器首先利用電壓傳感器 和電流傳感器獲得各微型電源節(jié)點和負(fù)載節(jié)點的電壓和電流信號，并將其輸入到DSP的A/D轉(zhuǎn)換單元，將其變換為數(shù)字信號，然后根據(jù)電壓電流的數(shù)字信號得到各節(jié)點相應(yīng)的有功功 率和無功功率。然后采用死區(qū)控制環(huán)節(jié)和相應(yīng)的V-Q下垂特性曲線，對有載調(diào)壓變壓器的 晶閘管開關(guān)進行控制，從而達到自適應(yīng)調(diào)整微網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點靜態(tài)電壓的目的。死區(qū)控制單元 主要用來負(fù)責(zé)消除在微型電源有功供給增加時，有載調(diào)壓變壓器的調(diào)節(jié)可能給其它節(jié)點帶 來的電壓跌落問題。這里用到了一種無功補償技術(shù)，該技術(shù)框圖如圖3所示。圖3中輸入 OLTC控制器死區(qū)環(huán)節(jié)前的無功控制量通過在原來直接利用微型電源節(jié)點電壓的無功功率 Q加上一個補償量Kc*P來進行補償。補償系數(shù)Kc可以根據(jù)微型電源的數(shù)目，下垂特性曲線 特性，以及各個微型電源與有載調(diào)壓變壓器之間的線路阻抗計算而得。無功補償后，DSP控 制器將發(fā)出相應(yīng)的PWM信號對無觸點式有載調(diào)壓變壓器進行控制，從而實現(xiàn)對微網(wǎng)內(nèi)各個 微型電源節(jié)點和負(fù)載節(jié)點的靜態(tài)電壓控制。同時，有載調(diào)壓變壓器控制器還設(shè)計有通過串 口與上位機通信的功能，并具有相應(yīng)的過電壓、過電流等報警顯示和保護電子控制單元。
權(quán)利要求
1.一種能夠用于微電網(wǎng)的無觸點有載調(diào)壓變壓器控制器，所述的微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括 風(fēng)力發(fā)電單元、燃料電池、光伏發(fā)電、蓄電池單元、直流負(fù)載和交流負(fù)載，其中不同分布式電 源組成微電網(wǎng)后，結(jié)合一種無觸點有載調(diào)壓變壓器與大電網(wǎng)連接；所述的有載調(diào)壓變壓器， 采用DSP實現(xiàn)對微電網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點電壓進行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有載調(diào)壓變壓器DSP控制器，基于下垂控制和無功補償策略 的控制方法，其特征是(1)利用電壓傳感器和電流傳感器獲得各微型電源節(jié)點和負(fù)載節(jié)點的電壓和電流信 號，并將其輸入到DSP的A/D轉(zhuǎn)換單元，將其變換為數(shù)字信號；(2)根據(jù)電壓電流的數(shù)字信號得到各節(jié)點相應(yīng)的有功功率和無功功率；(3)采用死區(qū)控制環(huán)節(jié)和相應(yīng)的V-Q下垂特性曲線，對有載調(diào)壓變壓器的晶閘管開關(guān) 進行控制，從而達到自適應(yīng)調(diào)整微網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點靜態(tài)電壓的目的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無功補償控制策略，其特征在于通過在原來直接利用微型 電源節(jié)點電壓的無功功率Q加上一個補償量Kc*P來進行補償后，再輸入到OLTC控制器死 區(qū)環(huán)節(jié)。補償系數(shù)Kc可以根據(jù)微型電源的數(shù)目，下垂特性曲線特性，以及各個微型電源與 有載調(diào)壓變壓器之間的線路阻抗計算而得。
全文摘要
本發(fā)明屬于分布式發(fā)電和智能電網(wǎng)控制領(lǐng)域，涉及一種微網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和相應(yīng)的有載調(diào)壓變壓器控制器。具體提供一種能夠結(jié)合無觸點有載調(diào)壓變壓器來實現(xiàn)包括太陽能發(fā)電單元、風(fēng)力發(fā)電單元、燃料電池、光伏發(fā)電、直流負(fù)載和交流負(fù)載等單元的微電網(wǎng)智能控制的微網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其控制方式。實施過程為利用有載調(diào)壓變壓器實現(xiàn)微電網(wǎng)與大電網(wǎng)的連接，并對有載調(diào)壓變壓器DSP控制器采用先進的智能無功補償控制方法，以電能質(zhì)量指標(biāo)中的頻率和電壓建立聯(lián)合優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，實現(xiàn)對電壓調(diào)節(jié)裝置OLTC的優(yōu)化控制，同時實現(xiàn)智能微電網(wǎng)內(nèi)各種發(fā)電單元、負(fù)荷的優(yōu)化控制。本發(fā)明所提出微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和相應(yīng)控制方法能達到對微電網(wǎng)內(nèi)任意節(jié)點進行靜態(tài)電壓調(diào)節(jié)控制，實現(xiàn)微網(wǎng)與大電網(wǎng)的自適應(yīng)連接。
文檔編號H02J3/18GK102122819SQ20101059248
公開日2011年7月13日 申請日期2010年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月16日
發(fā)明者方紅偉, 肖冰, 肖朝霞 申請人:天津工業(yè)大學(xué)