一種獨(dú)立運(yùn)行的籠型自勵(lì)異步發(fā)電機(jī)控制方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電能質(zhì)量治理領(lǐng)域和分布式發(fā)電領(lǐng)域，特別涉及一種籠型異步發(fā)電 系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)電并聯(lián)帶蓄電池的靜止同步補(bǔ)償器裝置實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓穩(wěn)頻、抑制諧波以及平衡負(fù) 載，并涉及一種反赫布學(xué)習(xí)算法的控制方法，提高系統(tǒng)控制精度，改善動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著工業(yè)的快速發(fā)展，非可再生能源已日漸稀少，以太陽(yáng)能、風(fēng)能為主的新能源正 蓬勃發(fā)展?！犊稍偕茉粗虚L(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》指出，在電網(wǎng)供電不經(jīng)濟(jì)的偏遠(yuǎn)地區(qū)，應(yīng)當(dāng)因地制 宜的建設(shè)獨(dú)立運(yùn)行的小型可再生能源供電系統(tǒng)。因此，在發(fā)展中國(guó)家偏遠(yuǎn)地區(qū)可再生能源 獨(dú)立發(fā)電成為解決這些地區(qū)供電問題的有效手段。
[0003] 籠型自勵(lì)異步發(fā)電機(jī)（SEIG，Self-excited induction generator Cage)具有結(jié) 構(gòu)堅(jiān)固、價(jià)格低廉、轉(zhuǎn)速變化范圍大、短路自保護(hù)、便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛運(yùn)用于獨(dú)立運(yùn)行的 供電系統(tǒng)中。但自勵(lì)異步發(fā)電機(jī)獨(dú)立運(yùn)行時(shí)，需要并聯(lián)勵(lì)磁電容以提供建壓所需的勵(lì)磁電 流，異步發(fā)電機(jī)建壓后作為獨(dú)立電源給負(fù)載供電。但由于異步發(fā)電機(jī)的帶載能力較差，機(jī)端 電壓會(huì)隨負(fù)載或者轉(zhuǎn)速的變化而變動(dòng)，甚至?xí)l(fā)生電壓崩潰現(xiàn)象，而且電壓和頻率調(diào)節(jié)能 力差，大大限制了自勵(lì)異步發(fā)電機(jī)的廣泛應(yīng)用。
[0004] 為了提高異步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定性和帶負(fù)載能力，需要進(jìn)行有功功率和無(wú)功功率的 補(bǔ)償，以實(shí)現(xiàn)有功穩(wěn)頻和無(wú)功穩(wěn)壓。目前常用的補(bǔ)償方案主要有并聯(lián)電容、并聯(lián)靜止無(wú) 功補(bǔ)償裝置（SVC，Static Var Compensator))、并聯(lián)靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM，Static Synchronous Compensator)等。其中STATC0M能夠發(fā)出或吸收無(wú)功功率，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài) 電壓控制、電壓閃變控制、暫態(tài)穩(wěn)定，因此并聯(lián)STATC0M是最有效的方案。但是現(xiàn)有的并聯(lián) STATC0M補(bǔ)償方案只能補(bǔ)償無(wú)功功率，無(wú)法補(bǔ)償有功功率以實(shí)現(xiàn)工作頻率穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種獨(dú)立運(yùn)行的籠型自勵(lì)異步發(fā)電機(jī)控制方法及裝置，通過蓄電池與 STATC0M相結(jié)合的SEIG系統(tǒng)并聯(lián)補(bǔ)償裝置，不僅可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)系 統(tǒng)電壓穩(wěn)定，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)有功功率補(bǔ)償或吸收，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)頻率穩(wěn)定，最終提高電 能的質(zhì)量，擴(kuò)展發(fā)電機(jī)帶負(fù)載的能力。
[0006] 為解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種獨(dú)立運(yùn)行的籠型自勵(lì)異步發(fā)電 機(jī)控制裝置，包括： 異步發(fā)電模塊，用于產(chǎn)生電源，向負(fù)載穩(wěn)定供電； 無(wú)功補(bǔ)償模塊，在公共耦合點(diǎn)并聯(lián)STATC0M補(bǔ)償有功功率和無(wú)功功率； 儲(chǔ)能模塊，包括并聯(lián)在STATC0M直流電容側(cè)的蓄電池。
[0007] 進(jìn)一步地，所述異步發(fā)電模塊包括：發(fā)電單元，勵(lì)磁單元和負(fù)載單元，所述發(fā)電單 元由原動(dòng)機(jī)和籠型自勵(lì)異步發(fā)電機(jī)組成，所述原動(dòng)機(jī)的輸出端連接籠型自勵(lì)異步發(fā)電機(jī)； 所述籠型自勵(lì)異步發(fā)電機(jī)的輸出端連接負(fù)載單元，所述籠型自勵(lì)異步發(fā)電機(jī)的輸出端并聯(lián) 勵(lì)磁單元。
[0008] 進(jìn)一步地，所述蓄電池采用鉛酸蓄電池組。
[0009] 本發(fā)明根據(jù)上述提供的獨(dú)立運(yùn)行的籠型自勵(lì)異步發(fā)電機(jī)裝置還提供一種獨(dú)立運(yùn) 行的籠型自勵(lì)異步發(fā)電機(jī)控制方法，具體包括以下步驟： 實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)電壓和電流信號(hào)； 計(jì)算電壓幅值、每相電壓?jiǎn)挝幌蛄考捌湔幌蛄浚?計(jì)算負(fù)載有功功率及系統(tǒng)頻率實(shí)現(xiàn)頻率外環(huán)控制和電壓外環(huán)控制； 計(jì)算系統(tǒng)每相有功、無(wú)功參考電流分量及電流權(quán)重； 內(nèi)環(huán)控制產(chǎn)生PWM以控制STATC0M通斷，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化穩(wěn)壓穩(wěn)頻。
[0010] 進(jìn)一步地，所述實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)電壓和電流信號(hào)，具體包括：使用霍爾傳感器實(shí)時(shí)采 集異步電機(jī)公共耦合點(diǎn)處abc三相瞬時(shí)電壓t，abc三相電流k if匕以及 abc三相負(fù)載電流L 匕值。
[0011] 進(jìn)一步地，所述計(jì)算電壓幅值、每相電壓?jiǎn)挝幌蛄考捌湔幌蛄浚痪唧w包括：依據(jù) 采集到的每相機(jī)端電壓計(jì)算機(jī)端電壓幅值"t以及abc三相電壓?jiǎn)挝皇噶俊禫 Ujie和 abc三相電壓?jiǎn)挝皇噶康恼幌蛄?u# U9sc
[0012] 進(jìn)一步地，所述計(jì)算負(fù)載有功功率及系統(tǒng)頻率實(shí)現(xiàn)頻率外環(huán)控制和電壓外環(huán)控 制，具體包括：利用鎖相環(huán)計(jì)算出系統(tǒng)頻率/，與參考頻率比較后送入頻率外環(huán)控制器 輸出為頻率計(jì)算的有功功率P。;依據(jù)采集到的公共耦合點(diǎn)abc三相瞬時(shí)電壓化以 及abc三相負(fù)載電流L L 計(jì)算負(fù)載有功功率P，經(jīng)低通濾波器得到濾波后的有功功率 PmltCT;濾波后的有功功率P 頻率計(jì)算的有功功率P。比較后經(jīng)過變換得到部分有功 功率電流權(quán)重》V ; 進(jìn)一步地，所述計(jì)算系統(tǒng)每相有功、無(wú)功參考電流分量及電流權(quán)重，采用反赫布學(xué)習(xí)算 法結(jié)合實(shí)時(shí)反饋調(diào)節(jié)，具體包括：電壓幅值％與機(jī)端參考電壓幅值比較后經(jīng)電壓外環(huán)控制 器得到部分無(wú)功功率電流權(quán)重,Cf ;abc三相電壓?jiǎn)挝皇噶縐pif Ujr *k、abc三相電壓?jiǎn)?位矢量的正交向量aStf 、部分有功功率和無(wú)功功率電流數(shù)據(jù)采用反赫布學(xué)習(xí)算法 得到總有功參考電流權(quán)重％以及總無(wú)功參考電流權(quán)重》，進(jìn)而計(jì)算出有功電流平均權(quán) 重和無(wú)功電流平均權(quán)重& 進(jìn)一步地，所述內(nèi)環(huán)控制產(chǎn)生PWM以控制STATC0M通斷，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化穩(wěn)壓穩(wěn)頻，具體包 括：將反赫布學(xué)習(xí)算法計(jì)算出的各相電流有功部分和無(wú)功部分相加得到每相參考電流，作 為電流內(nèi)環(huán)的參考值與檢測(cè)值比較后經(jīng)內(nèi)環(huán)PI控制器輸出后與三角波比較并通過滯環(huán)得 到PWM信號(hào)，以控制STATC0M的導(dǎo)通和關(guān)斷。
[0013] 本發(fā)明具有如下有益效果：本發(fā)明提供的自勵(lì)異步發(fā)電系統(tǒng)并接帶蓄電池的 STATC0M裝置，將自勵(lì)異步發(fā)電機(jī)的帶負(fù)載能力提高到發(fā)電機(jī)容量的50%，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立異步發(fā) 電系統(tǒng)的穩(wěn)壓穩(wěn)頻控制，同時(shí)STATC0M控制系統(tǒng)采用反赫比學(xué)習(xí)算法補(bǔ)償有功功率和無(wú)功 功率，抑制諧波以平衡負(fù)載，提高系統(tǒng)控制精度，改善動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度；系統(tǒng)的有功功率和無(wú) 功功率電流的估算直接影響STATCOM的補(bǔ)償效果，擴(kuò)展異步發(fā)電機(jī)的帶負(fù)載能力；采用反 赫布學(xué)習(xí)算法結(jié)合最小二乘法，提高系統(tǒng)的控制參數(shù)估算精度與動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，所需存儲(chǔ) 空間小；本發(fā)明系統(tǒng)基于自然坐標(biāo)系，無(wú)需復(fù)雜的坐標(biāo)變換，計(jì)算簡(jiǎn)單。
【附圖說明】
[0014] 圖1是本發(fā)明提出的獨(dú)立運(yùn)行籠型異步發(fā)電機(jī)控制裝置結(jié)構(gòu)圖； 圖2是本發(fā)明提出的獨(dú)立運(yùn)行籠型異步發(fā)電機(jī)控制裝置電路框圖； 圖3是本發(fā)明提出的獨(dú)立運(yùn)行籠型異步發(fā)電機(jī)控制方法流程圖； 圖4是本發(fā)明提出的獨(dú)立運(yùn)行籠型異步發(fā)電機(jī)控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是本發(fā)明提出的反赫布學(xué)習(xí)算法的系統(tǒng)整體詳細(xì)控制結(jié)構(gòu)圖。
[0015] 下表提供了各圖及描述所用術(shù)語(yǔ)和符號(hào)的解釋。
[0016]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種獨(dú)立運(yùn)行的籠型自勵(lì)異步發(fā)電機(jī)控制方法及裝置，其特征在于，包括： 異步發(fā)電模塊，用于產(chǎn)生電源，向負(fù)載穩(wěn)定供電； 無(wú)功補(bǔ)償模塊，在公共禪合點(diǎn)并聯(lián)STATCOM補(bǔ)償有功功率和無(wú)功功率； 儲(chǔ)能模塊，為并聯(lián)在STATCOM直流電容側(cè)的蓄電池。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述異步發(fā)電模塊包括；發(fā)電單元，勵(lì)磁 單元和負(fù)載單元，所述發(fā)電單元由原動(dòng)機(jī)和籠型自勵(lì)異步發(fā)電機(jī)組成，所述原動(dòng)機(jī)的輸出 端連接籠型自勵(lì)異步發(fā)電機(jī)，所述籠型自勵(lì)異步發(fā)電機(jī)的輸出端連接負(fù)載單元，所述籠型 自勵(lì)異步發(fā)電機(jī)的輸出端并聯(lián)勵(lì)磁單元。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述蓄電池采用鉛酸蓄電池組。
4. 利用如權(quán)利要求1至3所述裝置的控制方法，其特征在于，包括W下步驟： 實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)電壓和電流信號(hào)； 計(jì)算電壓幅值、每相電壓?jiǎn)挝幌蛄考捌湔幌蛄浚? 計(jì)算負(fù)載有功功率及系統(tǒng)頻率實(shí)現(xiàn)頻率外環(huán)控制和電壓外環(huán)控制； 計(jì)算系統(tǒng)每相有功、無(wú)功參考電流分量及電流權(quán)重； 內(nèi)環(huán)控制產(chǎn)生PWMW控制STATCOM通斷，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化穩(wěn)壓穩(wěn)頻。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)電壓和電流 信號(hào)，具體包括；使用霍爾傳感器實(shí)時(shí)采集異步電機(jī)公共禪合點(diǎn)處abc=相瞬時(shí)電壓 At1^，油cS相電流V 及油cS相負(fù)載電流*fc、知<4。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述計(jì)算電壓幅值、每相電壓?jiǎn)挝幌?量及其正交向量，具體包括；依據(jù)采集到的每相機(jī)端電壓計(jì)算機(jī)端電壓幅值aW及abc= 相電壓?jiǎn)挝皇噶?^ 《^和油(3=相電壓?jiǎn)挝皇噶康恼幌蛄?^ ?sc。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述計(jì)算負(fù)載有功功率及系統(tǒng)頻率 實(shí)現(xiàn)頻率外環(huán)控制和電壓外環(huán)控制，具體包括；利用鎖相環(huán)計(jì)算出系統(tǒng)頻率/，與參考頻率 在f比較后送入頻率外環(huán)控制器輸出為頻率計(jì)算的有功功率化；依據(jù)采集到的公共禪合點(diǎn) 36(3^相電壓11"^ 1*^、11"^及36(3^相負(fù)載電流^*?，知**計(jì)算負(fù)載有功功率？，經(jīng)低通濾 波器得到濾波后的有功功率Pum。,;濾波后的有功功率Pmit。,與頻率計(jì)算的有功功率P。比 較后經(jīng)過變換得到部分有功功率電流權(quán)重。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的控制方法，其特征在于，所述計(jì)算系統(tǒng)每相有功、無(wú)功參 考電流分量及電流權(quán)重；采用反赫布學(xué)習(xí)算法結(jié)合實(shí)時(shí)反饋調(diào)節(jié)的方法進(jìn)行計(jì)算，具體包 括：電壓幅值A(chǔ)與機(jī)端參考電壓幅值比較后經(jīng)電壓外環(huán)控制器得到部分無(wú)功功率電流權(quán)重 巧；油c=相電壓?jiǎn)挝皇噶縐jc、油c=相電壓?jiǎn)挝皇噶康恼幌蛄縐j* 、部分有功功率和無(wú)功功率電流數(shù)據(jù)采用反赫布學(xué)習(xí)算法得到總有功參考電流權(quán)重 及總無(wú)功參考電流權(quán)重》；，進(jìn)而計(jì)算出有功電流平均權(quán)重^^和無(wú)功電流平均權(quán)重^||。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述內(nèi)環(huán)控制產(chǎn)生PWMW控制 STATCOM通斷，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化穩(wěn)壓穩(wěn)頻，具體包括；將反赫布學(xué)習(xí)算法計(jì)算出的各相電流有功 部分和無(wú)功部分相加得到每相參考電流，作為電流內(nèi)環(huán)的參考值與檢測(cè)值比較后經(jīng)內(nèi)環(huán)PI 控制器輸出后與S角波比較并通過滯環(huán)得到PWM信號(hào)，W控制STATCOM的導(dǎo)通和關(guān)斷。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種獨(dú)立運(yùn)行的籠型自勵(lì)異步發(fā)電機(jī)控制方法及裝置，包括：異步發(fā)電模塊，無(wú)功補(bǔ)償模塊和儲(chǔ)能模塊，本發(fā)明還公開一種獨(dú)立運(yùn)行的籠型自勵(lì)異步發(fā)電機(jī)控制方法，包括以下步驟：實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)電壓和電流信號(hào)；計(jì)算電壓幅值、每相電壓?jiǎn)挝幌蛄考捌湔幌蛄?；?jì)算負(fù)載有功功率及系統(tǒng)頻率實(shí)現(xiàn)頻率外環(huán)控制和電壓外環(huán)控制；計(jì)算系統(tǒng)每相有功、無(wú)功參考電流分量及電流權(quán)重；內(nèi)環(huán)控制產(chǎn)生PWM以控制STATCOM通斷，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化穩(wěn)壓穩(wěn)率。本發(fā)明將自勵(lì)異步發(fā)電機(jī)的帶負(fù)載能力提高到發(fā)電機(jī)容量的50%，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立異步發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)壓穩(wěn)頻控制，抑制諧波以及平衡負(fù)載；采用反赫布學(xué)習(xí)算法實(shí)現(xiàn)有功功率和無(wú)功功率電流的精確估算，提高系統(tǒng)控制精度，改善動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。
【IPC分類】H02P103-10, H02P9-00
【公開號(hào)】CN104796056
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510175766
【發(fā)明人】盧子廣, 宮萍萍, 林靖宇, 齊鵬輝, 李卓, 田向渝
【申請(qǐng)人】廣西大學(xué)
【公開日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年4月15日