分布式電源接入的電壓穩(wěn)定調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于分布式發(fā)電微網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種分布式電源接入的電壓穩(wěn)定 調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 風能、太陽能等能源分布廣泛，可以持續(xù)再生，其使用不排放污染物和溫室氣體， 在化石能源逐漸耗竭時，最終將成為人類未來的主要能源?？稍偕茉创笠?guī)模應(yīng)用給未來 電網(wǎng)提出了更高的要求，傳統(tǒng)的電網(wǎng)難以勝任這些要求，所以一些國家立足于本國電力系 統(tǒng)的實際問題與國家的可持續(xù)發(fā)展能源目標，提出了微電網(wǎng)的概念和發(fā)展目標。作為一個 新的技術(shù)領(lǐng)域，微電網(wǎng)在各國的發(fā)展呈現(xiàn)不同特色。微電網(wǎng)也非常適合中國發(fā)展可再生能 源的需求與方向。
[0003] 微電網(wǎng)是指由分布式電源、儲能裝置、能量變換裝置、相關(guān)負荷和監(jiān)控系統(tǒng)、保護 裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護和管理的自治系統(tǒng)，既可 以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運行，也可以獨立運行。一方面，充分利用可再生能源發(fā)電對于中國調(diào)整 能源結(jié)構(gòu)、保護環(huán)境、開發(fā)西部、解決農(nóng)村用能及邊遠地區(qū)用電、進行生態(tài)建設(shè)等均具有重 要意義；另一方面，中國可再生能源的發(fā)展?jié)摿κ志薮?。然而微電網(wǎng)中各分布式電源節(jié)點 構(gòu)成差異較大且具有間歇性。例如光伏發(fā)電、風力發(fā)電、潮汐發(fā)電等易受季節(jié)氣候的影響， 微電網(wǎng)電源通過變流器頻繁切入和退出電網(wǎng)，系統(tǒng)的穩(wěn)定必定會受到影響，而人們對電力 供應(yīng)的穩(wěn)定性要求越來越高，保證電能質(zhì)量的要求也更加突出。因此，如何對各分布式電源 投切時的穩(wěn)定控制，需對現(xiàn)有的電力電子變流器進行升級，在實現(xiàn)投切節(jié)點參數(shù)實時監(jiān)測 的基礎(chǔ)上維持電壓的穩(wěn)定控制具有重要的研宄意義。
[0004] 為了適應(yīng)越來越大規(guī)模的清潔能源發(fā)電應(yīng)用和分布式電源的接入，各種配套 的電壓穩(wěn)定控制系統(tǒng)裝置隨之產(chǎn)生，發(fā)展也越來越成熟。典型設(shè)備包括動態(tài)電壓恢復(fù) 器（dynamicvoltagerestorer，DVR)和配電靜止同步補償器（distributionstatic synchronouscompensator，D-STATC0M)。通過DVR串聯(lián)接入配電網(wǎng)，可以在電網(wǎng)系統(tǒng)電壓 波動或停電故障期間，通過儲能單元的能量吸收或釋放，提供有功和無功支持，從而消除電 壓波動和短時供電中斷對用戶區(qū)饋線上負荷產(chǎn)生的影響。D-STATC0M并聯(lián)接入配電網(wǎng)，既可 以對感性負載進行無功補償，又可以抑制電動汽車充電的有功沖擊負荷引起的電壓波動， 防止這些擾動通過低壓配電網(wǎng)影響到其他用戶。
[0005] 在國外，許多著名的電氣公司都競相推出了容量為數(shù)十Mvar的D-STATC0M裝置， 以解決電壓波動和諧波治理的電能質(zhì)量問題，目前已有系列產(chǎn)品投入市場。D-STATC0M裝 置廣泛應(yīng)用于低壓配電系統(tǒng)中，在電網(wǎng)中D-STATC0M裝置起到調(diào)節(jié)電網(wǎng)電能質(zhì)量問題。隨 著科學技術(shù)的不斷更新發(fā)展，尤其是電力電子技術(shù)、自動控制技術(shù)以及計算機技術(shù)的飛速 發(fā)展，使得D-STATC0M在電力電子裝置中得到廣泛應(yīng)用和深入研宄。從目前的研宄現(xiàn)狀 來看，國外發(fā)達國家如美國、日本等在這方面的研宄較為成熟。日本在1980年研制出第 一臺20MVar的D-STATC0M，并進行并網(wǎng)試驗，1986年美國EPRI公司和西屋公司共同研制 了lMVar的D-STATCOM裝置并投入運行，1991年三菱公司和關(guān)西電力公司共同開發(fā)研制了 80MVar的D-STATC0M裝置在日本154KV的電網(wǎng)系統(tǒng)中進行并網(wǎng)運行。
[0006] 我國對D-STATC0M裝置的研宄起步相對較晚，主要是理論研宄和實驗研宄階段。 1994年電力部門把研制和開發(fā)大容量D-STATC0M列為重點科研攻關(guān)項目。在電力部門的 支持下，1999年與河南電力局和清華大學歷時4年共同研制的20MVarD-STATC0M在河南 220KV電網(wǎng)中并網(wǎng)運行成功，2001年國家電力公司電力自動化研宄所自主研發(fā)的20MVar D-STATCOM成功并網(wǎng)運行，2006年有清華大學研發(fā)的50MVarD-STATCOM在上海黃渡分區(qū)西 郊變電站并網(wǎng)運行成功。目前，國內(nèi)外的D-STATC0M設(shè)備總體上都是面向變電站設(shè)計的大 容量設(shè)備，昂貴的價格限制了其在低壓配電系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。
[0007] 然而，隨著小型光伏發(fā)電、風力發(fā)電、電動汽車儲能等分布式電源在配電網(wǎng)端的高 密度滲透，其投切過程中必定會引起電壓的波動，其中適用于分布式電源接入低壓配電系 統(tǒng)小容量的電壓穩(wěn)定裝置尚無相關(guān)產(chǎn)品投放市場，無法解決高滲透分布式電源接入的電壓 穩(wěn)定調(diào)節(jié)問題。
[0008] 綜上所述，實現(xiàn)高滲透分布式電源接入的電壓穩(wěn)定調(diào)節(jié)，不僅需要充分考慮調(diào)節(jié) 設(shè)備的簡易性、易維護性性，還需要考慮分布式節(jié)點不同電源種類的統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理。然而， 現(xiàn)有技術(shù)的功能大部分集成在功能單一的變流器設(shè)備上，節(jié)點數(shù)目的增加不僅使得設(shè)備投 資增大，而且沒有遠動功能，不能實現(xiàn)在線測量的功能轉(zhuǎn)換和設(shè)備運行管理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供分布式電源接入的電壓穩(wěn)定調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其控制 方法，消除電網(wǎng)間歇電源中斷引起的頻率波動和對用戶區(qū)饋線上負荷變化產(chǎn)生的影響，解 決分布式電源、負荷投切造成的電壓波動問題，實現(xiàn)分布式電源接入的電壓穩(wěn)定控制，提高 分布式電源接入的兼容性與穩(wěn)定性。
[0010] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采作以下技術(shù)方案：
[0011] 分布式電源接入的電壓穩(wěn)定調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所述分布式電源包括光伏電源、風力發(fā)電 電源、儲能裝置，其特征在于，該系統(tǒng)采用基于"背靠背"的電力電子拓撲結(jié)構(gòu)，該電力電子 拓撲結(jié)構(gòu)主要包括左功率橋和右功率橋，所述左功率橋為接入交流電網(wǎng)和直流母線之間的 靜止無功補償器STATC0M，用于分布式電源及負載接入電網(wǎng)引起電壓突變時的調(diào)節(jié)功率的 吸收或補償；所述右功率橋為連接在直流母線和分布式電源之間的PWM變流器，而分布式 電源連接PWM變流器用于實現(xiàn)分布式電源接入的變流功能；電容Cd。連接在直流母線和地之 間；DSP控制器模塊通過STATC0M控制模塊調(diào)制左功率橋的PWM脈沖，控制靜止無功補償器 STATC0M向公共耦合點PCC提供無功功率；DSP控制器模塊還分別通過風力發(fā)電MPPT控制 模塊、光伏發(fā)電MPPT控制模塊和儲能裝置充放電控制模塊調(diào)制右功率橋的多路PWM脈沖， 分別控制風力發(fā)電電源和光伏電源的發(fā)電效率以及控制儲能裝置的充放電，實現(xiàn)公共耦合 點PCC和直流側(cè)電壓穩(wěn)定。
[0012] 所述STATC0M控制模塊包括：公共耦合點PCC的電壓Urcc及其參考電壓Urc^經(jīng)比 較后通過第一PI控制器得到d軸參考電流i/;電容cd。兩端的電壓ud。及其參考電壓udc* 經(jīng)比較后通過第二PI控制器得到q軸參考電流，參考電流i/和參考電流iq#的誤差通 過第三控制器PI得到PI結(jié)果，再經(jīng)第一PWM調(diào)制器產(chǎn)生PWM脈沖信號控制靜止無功補償 器STATCOM向公共耦合點PCC提供無功功率；所述公共耦合點PCC的電壓Urcc和電容Cdc兩 端的電壓ud。由DSP控制器模塊分別米樣。
[0013] 所述風力發(fā)電MPPT控制模塊包括：由DSP控制器模塊分別采樣的風力發(fā)電電源的 電壓UWT與電流iWT，依次通過第一MPPT控制器、第四PI控制器、第二PWM調(diào)制器處理產(chǎn)生 PWM脈沖信號控制風力發(fā)電電源的發(fā)電效率。
[0014] 所述光伏發(fā)電MPPT控制模塊包括：分別由DSP控制器模塊采樣的光伏電源的電壓 UPV與電流iPV，依次通過第二MPPT控制器、第五PI控制器、第三PWM調(diào)制器處理產(chǎn)生PWM脈 沖信號控制光伏電源的發(fā)電效率。
[0015] 所述儲能裝置充放電控制模塊包括：由DSP控制器模塊采樣的儲能裝置的電流 iB，依次通過第六PI控制器、第四PWM調(diào)制器處理產(chǎn)生PWM脈沖信號控制儲能裝置的充放 電。
[0016] 所述DSP控制器