基于太阳能光伏发电的电能质量串联补偿控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于太阳能光伏发电的电能质量串联补偿控制系统，其包括：太阳能光伏电池板，直流升压单元，H桥逆变单元，并网逆变器，变压器，直流电流检测装置，直流电压检测装置，交流电压检测装置和控制器；其中，控制器分别与直流电流检测装置、直流电压检测装置和直流升压单元连接，接收直流电流值和直流电压值，以对直流升压单元进行最大功率跟踪控制；控制器与交流电压检测装置、H桥逆变单元和并网逆变器连接，以根据接收的交流电压值判断电网的工作状态，在电网电压发生压降时控制H桥逆变单元输出交流电压对电网电压进行串联补偿。
【专利说明】基于太阳能光伏发电的电能质量串联补偿控制系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电力装置，尤其涉及一种电力补偿装置。
【背景技术】
[0002]随着经济的日益发展和高科技设备的普及，各国对电能质量水平的要求越来越高，尤其是计算机、现代控制理论、精密测量技术的广泛应用，一些电力负荷的微小变化都会对这些敏感的用电设备产生影响，然而整个社会对电气化设备依赖程度加剧，加之现代电力电子设备等非线性负荷大量使用却不断地恶化着用电环境。电能质量问题不仅会给工业制造领域带来很大的经济损失，还将影响居民的日常生活，甚至还会危及生命或造成安全事故的发生。例如，由于电压不稳而导致停工，停工后的再启动一方面会损坏反应灵敏设备，报废半成品，降低产品质量而大大增加生产成本，另一方面还会给公司的良好形象带来不利影响，甚至会破坏用户的良好商业关系；又例如，在医疗手术中的电压下降或负荷不稳也会对无影灯等用电医疗设备或器械的使用带来不同程度的影响，致使严重医疗事故的发生。
[0003]根据美国电力研究院(ElectricPower Research Institute,EPRI)研究显不:在美国，每年由于电能质量问题而导致工业领域中材料和生产力上的损失高达300亿美元；另外，在新加坡，每次电压瞬间下降都会造成超过100万新元的经济损失。随着我国高科技工业的迅速发展，对电能质量水平的要求也逐渐提高，其中，电压跌落(陷落、骤降)是影响电能质量水平的主要问题。虽然电压陷落的时间较短，但是它的直接后果却是会引起工业生产过程的中断或停工，中断或停工期间远远大于电压陷落事故的本身时间，因此所造成的经济损失很大，与此同时，电压陷落也会危及用电设备的运行工作，引起电力系统故障或支路电路短路等安全事故的发生。电压陷落的特征是电源电压骤然下降至正常电压值的10%到90%,并且持续0.5到50个周期。
[0004]由于电压调节器并不能解决电压骤降这一问题，目前，所采用最常见的方法是采用不间断电源装置(Uninterruptible Power System, UPS),不过,其采购成本和运行费用都极为昂贵，且仅能保障单个设备的电能质量。此外，相较于不间断电源装置，动态电压补偿器能有效解决电压陷落的问题且降低了生产运行成本；然而，动态电压补偿器需要额外的储能装置也制约着其在实际生产中的推广和发展。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的在于提供一种基于太阳能光伏发电的电能质量串联补偿控制系统，其能够充分利用太阳能来补偿由于电压跌落而造成的电网压降，而无需设置额外储能装置(例如电池、电容等)，电压补偿响应速度快，补偿后的电网负荷端电压稳定，保障了在电网上所有用电设施的安全运行，避免了危险事故的发生，同时，其还能确保通过最大功率跟踪控制的直流升压单元向故障电网提供电能补偿。
[0006]为了实现上述目的，本实用新型提供了 一种基于太阳能光伏发电的电能质量串联补偿控制系统，其包括:
[0007]太阳能光伏电池板；
[0008]直流升压单元，其直流输入端与太阳能光伏电池板的输出端连接；
[0009]H桥逆变单元，其直流母线与直流升压单元的输出端连接；
[0010]并网逆变器，其直流母线与H桥逆变单元的直流母线连接，其输出端用以与电网连接；
[0011]直流电流检测装置，其与直流升压单元的直流输出端连接，以检测直流升压单元输出的电流；
[0012]直流电压检测装置，其与直流升压单元的直流输出端连接，以检测直流升压单元输出的电压；
[0013]交流电压检测装置，其用以与电网连接，以检测电网的电压；
[0014]控制器，其分别与直流电流检测装置、直流电压检测装置和直流升压单元连接，接收直流电流检测装置和直流电压检测装置传输的直流电流值和直流电压值，以对直流升压单元进行最大功率跟踪控制；所述控制器还与交流电压检测装置、H桥逆变单元和并网逆变器连接，所述控制器接收交流电压检测装置传输的交流电压值判断电网的工作状态，以在电网发生压降时控制H桥逆变单元输出交流电压对电网电压进行串联补偿。
[0015]在使用过程中，本实用新型所述的基于太阳能光伏发电的电能质量串联补偿控制系统能利用太阳能对电网压降进行补偿，而不需要设置额外的储能元件，其将太阳能光伏电池板采集到的太阳能转化为直流电输出至直流升压单元进一步形成更为稳定的直流电输出，分别与直流电流检测装置、直流电压检测装置和直流升压单元连接的控制器根据直流电流检测装置和直流电压检测装置测得的直流电流数值和直流电压数值对直流升压单元进行最大功率跟踪，以使直流升压单元输出的直流电的有功功率趋于最大，又由于控制器还与交流电压检测装置、H桥逆变单元和并网逆变器相连接，因此控制器可以根据来自于交流电压检测装置传输的交流电电压值判断电网是否发生了压降:当电网电压发生故障时，测得的电网交流电电压值为Us，未达到标准电压值Utl，因此发生了压降，此时，控制器控制H桥逆变单元向电网注入补偿电压Ui，补偿电压Ui需满足条件为=Ui=Utl-Us，太阳能光伏电池板转化的其余的电能由控制器控制并网逆变器注入电网中；当电网未发生压降时，控制器控制H桥逆变单元向电网输出的电压为零，同时控制器将太阳能光伏电池板转化的电能由并网逆变器注入电网中。
[0016]由上述直流升压单元输出的有功功率为Pw=UwX Iw，其中，直流电的电压Uw由直流电压检测装置测得，而直流电的电流Iw则由直流电流检测装置测得。当判断本次直流升压单元输出的有功功率Pwi大于上次输出的有功功率Pwi+即增加直流升压单元的占空比，若不大于上次输出的有功功率Pwi+则维持直流升压单元的占空比不变，这样始终令上述电能质量串联补偿控制系统在最有效的工作状态下向故障电网的电压压降进行补偿。
[0017]进一步地，所述基于太阳能光伏发电的电能质量串联补偿控制系统还包括变压器，所述变压器的初级线圈的两端与H桥逆变单元的交流输出端连接，所述变压器的次级线圈用于串接在电网中。
[0018]在一种实施方案中，在本实用新型所述的基于太阳能光伏发电的电能质量串联补偿控制系统中，所述控制器中包括数字信号处理器。[0019]在另一种实施方案中，在本实用新型所述的基于太阳能光伏发电的电能质量串联补偿控制系统中，所述控制器中包括单片机。
[0020]在又一种实施方案中，在本实用新型所述的基于太阳能光伏发电的电能质量串联补偿控制系统中，所述控制器中包括计算机。
[0021]进一步地，在本实用新型所述的基于太阳能光伏发电的电能质量串联补偿控制系统中的直流电流检测装置包括直流电流传感器。
[0022]进一步地，在本实用新型所述的基于太阳能光伏发电的电能质量串联补偿控制系统中的直流电压检测装置包括直流电压传感器。
[0023]进一步地，在本实用新型所述的基于太阳能光伏发电的电能质量串联补偿控制系统中的交流电压检测装置包括交流电压互感器。
[0024]本实用新型所述的一种基于太阳能光伏发电的电能质量串联补偿控制系统，其所具备的优点为:
[0025]I)充分利用太阳能，在不设置电池、电容等储能装置的前提下，能够有效地对故障电网进行压降补偿；
[0026]2 )通过最大功率跟踪控制的直流升压单元输出直流电，从而保障了电网电路上用电设备运行的稳定和安全；
[0027]3)有效地利用了绿色环保能源，降低了生产成本，减轻了污染排放；
[0028]4)结构简单，成本降低，电压补偿响应速度迅速。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1为本实用新型所述的基于太阳能光伏发电的电能质量串联补偿控制系统在一种实施方式下的结构示意图。
【具体实施方式】
[0030]下面将结合说明书附图和具体的实施例对本实用新型所述的基于太阳能光伏发电的电能质量串联补偿控制方系统作进一步的解释和说明。
[0031]图1为本实用新型所述的基于太阳能光伏发电的电能质量串联补偿控制系统在某一种实施方式下的结构框图。
[0032]如图1所示，在本实施方式中，基于太阳能光伏发电的电能质量串联补偿控制系统包括:控制器I，直流升压单元2，H桥逆变单元3，并网逆变器10，变压器4，直流电压检测装置5，直流电流检测装置6，交流电压检测装置7及太阳能光伏电池板8。直流升压单元2的直流输入端与太阳能光伏电池板8的输出端连接；H桥逆变单元3的直流母线与直流升压单元2的输出端连接；变压器4的初级线圈的两端与H桥逆变单元3的交流输出端相连接，变压器的次级线圈用于串接在电网9中；并网逆变器10的直流母线与H桥逆变单元3的直流母线连接，并网逆变器10的输出端与电网9连接；直流电流检测装置5与直流升压单元2的直流输出端连接，用以检测直流升压单元输出的电流；直流电压检测装置6与直流升压单元2的直流输出端连接，用以检测直流升压单元输出的电压；交流电压检测装置7与电网9连接，用以检测电网的电压；控制器I分别与直流升压单元2、直流电流检测装置5和直流电压检测装置6连接，接收来自于直流电流检测装置传输的直流电流值Iw以及来自于直流电压检测装置传输的直流电压值uw，以对直流升压单元进行最大功率Pw跟踪；与此同时，控制器I还与交流电压检测装置7、H桥逆变单元3和并网逆变器10连接，控制器I接收来自交流电压检测装置7传输的交流电压值U以判断电网的工作状态正常与否(即是否发生了压降)，若测得的电网电压值为标准电压Utl，说明电网电压正常，此时控制器I控制H桥逆变单元3输出的交流电压为零，使得变压器4输入电网的交流电压为零，同时控制器I控制并网逆变器10将太阳能转化的电能注入电网；若测得的电网电压值Us小于标准电压Utl，说明电网发生了故障，此时控制器I控制H桥逆变单元3输出交流电压Ui对电网电压进行补偿，补偿电压Ui需要满足条件为=Ui=Utl-Us，太阳能转化的剩余电能则由控制器I控制并网逆变器10注入电网中。当太阳能转化的电能不足以对电网压降进行补偿时，并网逆变器可以从电网取电以维持直流母线电压稳定。
[0033]在上述实施例中，控制器I可以为计算机，单片机或数字信号处理器中的任意一种。
[0034]另外，为了能够精确地测量直流电流和直流电压的数值，直流电流检测装置采用直流电流传感器，并且直流电压检测装置也采用直流电压传感器。同时，为了能够精确地测量电网交流电压的数值，交流电压检测装置采用了交流电压互感器。
[0035]在电网电压因故障而发生陷落时，本技术方案涉及的基于太阳能光伏发电的电能质量串联补偿控制系统能够有效地对电网压降予以迅速补偿，使得电网负荷电压的幅值与相角都不产生任何变化，从而保护了负荷电压不受电网故障的影响。
[0036]要注意的是，以上列举的仅为本实用新型的具体实施例，显然本实用新型不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种基于太阳能光伏发电的电能质量串联补偿控制系统，其特征在于，包括: 太阳能光伏电池板； 直流升压单元，其直流输入端与太阳能光伏电池板的输出端连接； H桥逆变单元，其直流母线与直流升压单元的输出端连接； 并网逆变器，其直流母线与H桥逆变单元的直流母线连接，其输出端用以与电网连接； 直流电流检测装置，其与直流升压单元的直流输出端连接，以检测直流升压单元输出的电流； 直流电压检测装置，其与直流升压单元的直流输出端连接，以检测直流升压单元输出的电压； 交流电压检测装置，其用以与电网连接，以检测电网的电压； 控制器，其分别与直流电流检测装置、直流电压检测装置和直流升压单元连接，接收直流电流检测装置和直流电压检测装置传输的直流电流值和直流电压值，以对直流升压单元进行最大功率跟踪控制；所述控制器还与交流电压检测装置、H桥逆变单元和并网逆变器连接，所述控制器接收交流电压检测装置传输的交流电压值判断电网的工作状态，以在电网发生压降时控制H桥逆变单元输出交流电压对电网电压进行串联补偿。
2.如权利要求1所述的基于太阳能光伏发电的电能质量串联补偿控制系统，其特征在于，还包括变压器，所述变压器的初级线圈的两端与H桥逆变单元的交流输出端连接，所述变压器的次级线圈用于串接在电网中。
3.如权利要求1所述的基于太阳能光伏发电的电能质量串联补偿控制系统，其特征在于，所述控制器包括数字信号处理器。
4.如权利要求1所述的基于太阳能光伏发电的电能质量串联补偿控制系统，其特征在于，所述控制器包括单片机。
5.如权利要求1所述的基于太阳能光伏发电的电能质量串联补偿控制系统，其特征在于，所述控制器包括计算机。
6.如权利要求1所述的基于太阳能光伏发电的电能质量串联补偿控制系统，其特征在于，所述直流电流检测装置包括直流电流传感器。
7.如权利要求1所述的基于太阳能光伏发电的电能质量串联补偿控制系统，其特征在于，所述直流电压检测装置包括直流电压传感器。
8.如权利要求1所述的基于太阳能光伏发电的电能质量串联补偿控制系统，其特征在于，所述交流电压检测装置包括交流电压互感器。
【文档编号】H02J3/12GK203423492SQ201320564816
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年9月11日 优先权日:2013年9月11日
【发明者】孙岳, 李永旭, 吴传涛, 卢之男, 邵光磊, 马进 申请人:国网山东省电力公司聊城供电公司, 国家电网公司