分布式能源并网及无功补偿复合控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种分布式能源并网及无功补偿复合控制系统，包括采样模块、主控数字信号处理器模块、PWM隔离驱动模块、IGBT变流器、直流母线电容、滤波电路，采样模块将采集得到的电网电压信号、负载电流信号、IGBT变流器的输出电流信号、直流母线电容的电压信号转换成数字信号信息传送给主控数字信号处理器模块，主控数字信号处理器模块经计算得到系统的无功电流、并网功率，并与设定的目标值比较后通过PWM隔离驱动模块向IGBT变流器发送开关控制指令，IGBT变流器控制各相并网电流、补偿电流的输出。本发明专利技术通过控制系统各相并网和补偿电流的输出，使分布式能源接入装置可以更加智能的应用到区域电网中，具有并网效率高的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种分布式能源并网控制系统，特别涉及一种分布式能源并网及无功补偿复合控制系统，属于电网并网控制领域。
技术介绍
随着世界经济持续、高速的发展，世界各国对化石能源的需求量越来越大，使得化石能源急剧的消耗，此外，化石能源的大规模开发和利用影响着全球气候，并引发酸雨、温室效应、臭氧层破坏等一系列环境问题。研究和实践表明，太阳能取之不尽，用之不竭，而且清洁无害，是解决世界能源危机和环境污染最可靠和行之有效的绿色能源。据预测，作为太阳能资源利用最主要途径的光伏发电技术将在未来几十年内迅速发展，到本世纪末光伏发电总量将占全球电力供应的60％以上。其中，光伏并网发电系统的安装量占到全部光伏系统安装量的90％以上，毫无争议的成为光伏发电领域的发展趋势。但是，光伏发电出力受天气变化影响具有间歇性与不确定性的特点，使得光伏并网逆变器的利用率仅为20％左右，且频繁的投切也会使电网稳定性下降，给配电网带来各种扰动，影响电能质量。在传统能源短缺与环境污染问题日益严峻的形势下，新能源的研究与开发得到了国内外的广泛关注。太阳能以其取之不尽、用之不竭的优点成为最具发展潜力的新能源之一。同时，以光伏发电等新能源为代表的分布式电源正逐渐从独立系统朝大规模并网方向发展。自上世纪70年代以来，电力电子技术得到了快速发展，各式电子电气设备的广泛应用导致电网产生谐波、电压波动、闪变和三相不平衡等现象日益增多。这些电能质量问题严重影响了供用电设备的安全、稳定及经济运行。此外，随着可再生能源的分布式发电技术大力发展，太阳能、风能、燃料电池等分布式新能源的并网，导致电网的进一步不稳定。然而用户使用的精密设备、家用电器对电网的要求越来越高，严重的电力污染与高品质电能质量的需求日益矛盾。随着光伏太阳能，风能等各种储能装置的大面积并网应用，常规分布式能源并网发电系统在一般情况下只提供给电网有功电能，而负载的无功电能一般由电网提供或由专用的无功补偿设备提供。目前的太阳能并网、风能并网、电动车V2G并网都只是把有功功率送入电网,而对区域电网内部的无功功率、整个区域配电网的功率因数等不进行任何控制，这样线路上的无功损耗仍然存在，还消耗了线路容量。光伏发电在全球新能源开发利用中占有重要地位，其对电网的渗透率也在逐渐增大。光伏并网发电系统在一般情况下只提供给电网有功电能，即将太阳能光伏阵列的直流电能转换为与电网同频同相的交流电能馈送给电网，并保证其具有较高的功率因数。而负载的无功电能一般由电网提供或由专用的无功补偿设备提供，虽然专用的无功补偿设备具有良好的补偿特性和效果,但这也会增加额外建设成本。光伏并网系统作为微电网发电的一种，将太阳能电池组产生的直流电经过并网逆变器转换成符合电网要求的交流电后，直接进入公共电网。少量的引入光伏发电模块对电网不会有影响，然而大规模应用极有可能破坏系统稳定性引起电能质量恶化。光伏发电受环境影响非常大，在天气发生变化时，发电系统输出功率会出现快速而剧烈变化，最大变化率超过10％额定出力/秒。发电功率的变化将导致输出电压出现较大波动，且同一地区因为环境变化一致将导致发电受到更大的影响。传统的光伏并网发电系统包括光伏阵列、并网逆变器和电网这几部分。其中,光伏阵列是太阳能收集和变换装置,其作用是吸收太阳辐射的光能并将其转换成直流电，并网逆变器是整个光伏并网发电系统的接口装置,其作用是将直流电转换成交流电并接入电网。光伏发电系统只能给电网提供有功功率,不能提供无功功率,且有功功率极易受到太阳光辖射度、环境温度等外界环境的影响,功率波动性大,是一种间断的不稳定的能量,会对电网产生冲击。而无功补偿系统仅仅向电网提供无功的补偿。两者都存在以下缺点:成本较高，功能单一，利用率低。目前的并网设备满负荷或者半额定负荷工作的时间都非常少,甚至相当一部分时间不工作，但是设备却是按照最高容量设计，致使设备的使用效率低下。另外，对于分布式能源的接入,在接入点对并网设备的有功输出、无功输出没有一个明确的标准要求，导致区域内的电能质量不能达到一个比较优化的状态。在光伏并网发电系统直流侧没有安装储能元件情况下，当光照强度很低或夜晚无光照时系统将停止供电，在这期间光伏并网系统必须与电网断开，处于闲置状态；只有当光照强度达到一定程度时才能重新并网。在每天昼夜交替的情况下，光伏并网系统反复与电网连接和断开，这对光伏系统使用寿命造成很大影响并且降低了系统利用率。随着我国经济的高速增长,配电网的容量急剧增加,各地区lOkV以下的配电线路提供了地区总供电量的50％左右,但是,长期以来我国大部分配电网运行在自然功率因数以下。无功容量不足且响应缓慢是我国配网中长期存在的问题,每年都会造成巨大的损耗。无功补偿对于配电网的安全经济运行至关重要,配电网直接和负载相连接,配电网线路和负载所消耗的无功功率必须得到平衡,否则会影响电压运行水平。
技术实现思路
本专利技术分布式能源并网及无功补偿复合控制系统公开了新的方案，通过实时测量系统电流情况，通过相应的算法分析系统有功和无功的分量大小，通过与设定的调节目标值比较，控制IGBT的开关，从而控制系统各相并网和补偿电流的输出，最终使系统在有功优先的模式下输出最大并网功率,在区域无功优先的模式下先补偿系统无功电流,在区域平衡模式下提供系统的有功和无功补偿，解决了现有分布式并网控制系统的成本较高，功能单一，利用率低的问题。本专利技术分布式能源并网及无功补偿复合控制系统包括采样模块、主控数字信号处理器模块、PWM隔离驱动模块、IGBT变流器、直流母线电容、滤波电路，直流母线电容设在IGBT变流器的输入端，滤波电路设在IGBT变流器的输出端，采样模块将采集得到的电网电压信号、负载电流信号、IGBT变流器的输出电流信号、直流母线电容的电压信号转换成数字信号信息传送给主控数字信号处理器模块，主控数字信号处理器模块根据收到的数字信号信息得到系统的无功电流、并网功率，主控数字信号处理器模块根据无功电流、并网功率与设定的调节目标值比较的结果通过PWM隔离驱动模块向IGBT变流器发送开关控制指令，IGBT变流器根据收到的开关控制指令控制各相并网电流、补偿电流的输出，控制系统在有功输出优先的模式下输出最大并网功率，控制系统在区域无功输出优先的模式下优先补偿无功电流，控制系统在区域平衡输出模式下输出有功、无功补偿。进一步，本方案的主控数字信号处理器模块包括DSP芯片、CPLD芯片，DSP芯片完成采样信号处理、控制计算、PWM信号输出操作，CPLD芯片完成数字信号的逻辑处理操作。进一步，本方案的采样模块包括电网电压检测模块、负载电流检测模块、IGBT变流器输出电流检测模块、直流母线电容电压检测模块、AD采样芯片，电网电压检测模块将电网电压信号通过运放电路调理后传送给AD采样芯片，负载电流检测模块将负载电流信号通过运放电路调理后传送给AD采样芯片，IGBT变流器输出电流检测模块将IGBT变流器输出电流信号通过运放电路调理后传送给AD采样芯片，直流母线电容电压检测模块将直流母线电容电压信号通过运放电路调理后传送给AD采样芯片，AD采样芯片将收到的电网电压信号、负载电流信号、IGBT变流器输出电流信号、直流母线电容电压信号转换成数字信号信息传送给主控数字信号处理器本文档来自技高网...

【技术保护点】
分布式能源并网及无功补偿复合控制系统，其特征是包括采样模块、主控数字信号处理器模块、PWM隔离驱动模块、IGBT变流器、直流母线电容、滤波电路，所述直流母线电容设在所述IGBT变流器的输入端，所述滤波电路设在所述IGBT变流器的输出端，所述采样模块将采集得到的电网电压信号、负载电流信号、所述IGBT变流器的输出电流信号、所述直流母线电容的电压信号转换成数字信号信息传送给所述主控数字信号处理器模块，所述主控数字信号处理器模块根据收到的所述数字信号信息得到系统的无功电流、并网功率，所述主控数字信号处理器模块根据所述无功电流、并网功率与设定的调节目标值比较的结果通过所述PWM隔离驱动模块向所述IGBT变流器发送开关控制指令，所述IGBT变流器根据收到的所述开关控制指令控制各相并网电流、补偿电流的输出，所述控制系统在有功输出优先的模式下输出最大并网功率，所述控制系统在区域无功输出优先的模式下优先补偿无功电流，所述控制系统在区域平衡输出模式下输出有功、无功补偿。

【技术特征摘要】
1.分布式能源并网及无功补偿复合控制系统，其特征是包括采样模块、主控数字信号处理器模块、PWM隔离驱动模块、IGBT变流器、直流母线电容、滤波电路，所述直流母线电容设在所述IGBT变流器的输入端，所述滤波电路设在所述IGBT变流器的输出端，所述采样模块将采集得到的电网电压信号、负载电流信号、所述IGBT变流器的输出电流信号、所述直流母线电容的电压信号转换成数字信号信息传送给所述主控数字信号处理器模块，所述主控数字信号处理器模块根据收到的所述数字信号信息得到系统的无功电流、并网功率，所述主控数字信号处理器模块根据所述无功电流、并网功率与设定的调节目标值比较的结果通过所述PWM隔离驱动模块向所述IGBT变流器发送开关控制指令，所述IGBT变流器根据收到的所述开关控制指令控制各相并网电流、补偿电流的输出，所述控制系统在有功输出优先的模式下输出最大并网功率，所述控制系统在区域无功输出优先的模式下优先补偿无功电流，所述控制系统在区域平衡输出模式下输出有功、无功补偿。2.根据权利要求1所述的分布式能源并网及无功补偿复合控制系统，其特征在于，所述主控数字信号处理器模块包括DSP芯片、CPLD芯片，所述DSP芯片完成采样信号处理、控制计算、PWM信号输出操作，所述CPLD芯片完成数字信号的逻辑处理操作。3.根据权利要求2所述的分布式能源并网及无功补偿复合控制系统，其特征在于，所述采样模块包括电网电压检测模块、负载电流检测模块、IGBT变流器输出电流检测模块、直流母线电容电压检测模块、AD采样芯片，所述电网电压检测模块将电网电压信号通过运放电路调理后传送给所述AD采样芯片，所述负载电流检测模块将负载电流信号通过运放电路调理后传送给所述AD采样芯片，所述IGBT变流器输出电流检测模块将IGBT变流器输出电流信号通过运放电路调理后传送给所述AD采样芯片，所述直流母线电容电压检测模块将直流母线电容电压信号通过运放电路调理后传送给所述AD采样芯片，所述A...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯文俊，胡海敏，徐刚，金琪，李佳文，杨振睿，冯璇，何正宇，施俊，尤智文，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，
类型：发明
国别省市：上海;31