混合微电网的控制系统及混合微电网系统的制作方法

1.本发明涉及混合能源电网领域，尤其涉及一种混合微电网的控制系统及混合微电网系统。


背景技术：

2.为了满足未来能源需求以及减轻气候污染，可再生能源受到了广泛的关注。独立的光伏发电系统或者风力发电系统需要非常大的储电量和与能源发电相关的组件。例如，光伏发电系统至少包括一个太阳能转换器、一个电源充电转换器以及一个电源放电转换器，当进行分阶段转化时，电网系统的性能将会下降。考虑到上述情况，采用两个或者两个以上的混合能源系统可以降低对电源储能系统的依赖性，从而有效增加系统的可靠性。
3.但是，现有的光伏发电和风力发电相结合的微电网控制系统，未能有效的对电网的电流和频率进行调节，造成系统无法实时最大限度的高效发电。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中光伏发电和风力发电相结合的微电网控制系统，未能有效的对电网的电流和频率进行调节，造成系统无法实时最大限度的高效发电的缺陷，提供一种混合微电网的控制系统及混合微电网系统。
5.本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
6.第一方面，本发明提供一种混合微电网的控制系统，所述混合微电网包括交流发电系统、光伏发电系统以及电网系统，所述交流发电系统和所述光伏发电系统共同接入所述电网系统，所述控制系统包括：定子侧控制模块以及转子侧控制模块；
7.所述定子侧控制模块，用于根据接收的第一电流信号调节双馈感应电机的定子的性能参数；所述交流发电系统包括所述双馈感应电机；
8.所述转子侧控制模块，用于根据接收的第二电流信号调节所述双馈感应电机的转子的性能参数，并控制所述双馈感应电机在最大发电功率模式下运行；
9.其中，所述性能参数包括电压和/或电流。
10.较佳地，所述定子侧控制模块包括：定子电流传感器、第一脉宽调制电流控制器以及第一坐标转换单元；所述第一脉宽调制电流控制器的一端与所述定子电流传感器电连接，所述第一脉宽调制电流控制器的另一端与所述第一坐标转换单元电连接；
11.所述第一坐标转换单元，用于接收输入的所述第一电流信号转换为第一控制信号，并发送至所述第一脉宽调制电流控制器；
12.所述第一脉宽调制电流控制器，用于根据所述第一控制信号调节所述双馈感应电机的定子的性能参数，并控制所述双馈感应电机的发电功率；
13.所述定子电流传感器，用于检测所述双馈感应电机的定子的工作状态，并对所述双馈感应电机进行转矩检测。
14.较佳地，所述第一电流信号包括电机功率控制信号和未接入负载的电流信号。
15.较佳地，所述转子侧控制模块：转子电流传感器、第二脉宽调制电流控制器以及第二坐标转换单元；所述第二脉宽调制电流控制器的一端与所述转子电流传感器电连接，所述第二脉宽调制电流控制器的另一端与所述第二坐标转换单元电连接；
16.所述第二坐标转换单元，用于将输入的第二电流信号转换为第二控制控制信号，并发送至所述第二脉宽调制电流控制器；
17.所述第二脉宽调制电流控制器，用于根据所述第二控制信号调节所述双馈感应电机的转子的性能参数，并控制所述双馈感应电机在最大发电功率模型下运行；
18.所述转子电流传感器，用于检测所述双馈感应电机的转子的工作状态，并对所述双馈感应电机进行过载保护。
19.较佳地，所述第二电流信号包括转子电流控制信号和磁场磁化控制信号。
20.较佳地，所述控制系统还包括：机侧变流器和网侧变流器；
21.所述光伏发电系统包括光伏组件和dc/dc转换器，所述交流发电系统包括风力组件以及滤波设备；
22.所述光伏组件通过所述dc/dc转换器接入所述机侧变流器的一端的直流母线上，所述风力组件通过所述滤波设备接入所述机侧变流器的另一端的交流母线上；
23.所述网侧变流器的一端接入所述电网系统，所述网侧变流器的另一端接入所述机侧变流器的直流母线上。
24.较佳地，所述交流发电系统包括风力发电系统，所述风力发电系统包括风力涡轮机。
25.较佳地，所述机侧变流器采用风能最大功率点追踪方法从风能中获取最大的能量，且采用太阳能最大功率点追踪方法从太阳能中获取最大的能量。
26.较佳地，所述控制系统还包括：阻容滤波器；
27.所述阻容滤波器接入所述风力发电系统的交流母线上。
28.第二方面，本发明提供一种混合微电网系统，所述混合微电网系统包括如第一方面所述的混合微电网的控制系统。
29.本发明的积极进步效果在于：提供一种混合微电网的控制系统及混合微电网系统，通过定子侧控制模块和转子侧控制模块调节交流发电系统中的双馈感应电机的定子和转子的性能参数，控制双馈感应电机在最大发电功率模式下运行，从而可以最大化的提高混合微电网的发电量，减少系统转化的电能消耗。
附图说明
30.图1为本发明实施例1的混合微电网的控制系统的第一结构示意图。
31.图2为本发明实施例2的混合微电网的控制系统的第一结构示意图。
32.图3为本发明实施例2的混合微电网的控制系统的第二结构示意图。
33.图4为本发明实施例2的混合微电网的控制系统的定子侧控制模块的结构示意图。
34.图5为本发明实施例2的混合微电网的控制系统的转子侧控制模块的结构示意图。
35.图6为本发明实施例3的混合微电网系统的结构示意图。
具体实施方式
36.下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
37.实施例1
38.本实施例提供一种混合微电网的控制系统100，该混合微电网包括交流发电系统、光伏发电系统以及电网系统，该交流发电系统和光伏发电系统共同接入电网系统。该控制系统100应用于交流发电系统中的发电机上，如图1所示，包括：定子侧控制模块1以及转子侧控制模块2；
39.定子侧控制模块1，用于根据接收的第一电流信号调节双馈感应电机的定子的性能参数；交流发电系统包括双馈感应电机；
40.转子侧控制模块2，用于根据接收的第二电流信号调节双馈感应电机的转子的性能参数，并控制双馈感应电机在最大发电功率模式下运行；
41.其中，性能参数包括电压和/或电流；第一电流信号包括电机功率控制信号和未接入负载的电流信号；第二电流信号包括转子电流控制信号和磁场磁化控制信号。交流发电系统包括风力发电系统，风力发电系统包括风力涡轮机。
42.具体的，微电网是未来电力系统必须考虑的重要因素，太阳能和风能在自然界中是相辅相成的。交流发电系统还可以包括水力发电系统和火力发电系统等能够产生交流电的发电系统，
43.本实施例中以交流发电系统为风力发电系统进行阐述，风力发电系统的风力涡轮机吸收风的动能，从而提供双馈感应电机的驱动扭矩。该第一电流信号为双馈感应电机的功率控制信号，以及风力发电系统的交流母线未外接其他的负载设备时输出的电流控制信号。第二电流信号为双馈感应电机的转子分量对应的电流控制信号，以及磁场定向矢量控制励磁能力相关的磁场磁化控制信号。
44.定子侧控制模块1在接收到第一电流信号时，控制调节双馈感应电机的定子的电压和电流的大小。转子侧控制模块2在接收到第二电流信号时，控制调节双馈感应电机的转子的电压和电流的大小，从而改变风速设置以达到最大功率点，并在需求低而发电量高的情况下帮助调节高电压。当混合微电网中的光伏发电系统工作时，交流发电系统中的涡轮机可能只有60％-70％的时间在发电。利用该控制系统100可以控制交流发电系统的双馈感应电机保持在最大发电功率模式下运行，从而确保在风力较小的情况下，该混合微电网可以正常运行。
45.本实施例提供一种混合微电网的控制系统，通过定子侧控制模块和转子侧控制模块调节交流发电系统中的双馈感应电机的定子和转子的性能参数，控制双馈感应电机在最大发电功率模型下运行，从而可以最大化的提高混合微电网的发电量，减少系统转化的电能消耗。
46.实施例2
47.在实施例1的基础上，本实施例提供一种混合微电网的控制系统100，如图2、图3所示，示出了本实施例的结构示意图。较之实施例1，本实施例所提供的控制系统100还包括：机侧变流器、网侧变流器以及阻容滤波器；
48.光伏发电系统包括光伏组件和dc/dc转换器，交流发电系统包括风力组件以及滤
波设备；
49.光伏组件通过dc/dc转换器接入机侧变流器的一端的直流母线上，风力组件通过滤波设备接入机侧变流器的另一端的交流母线上；
50.网侧变流器的一端接入电网系统，网侧变流器的另一端接入机侧变流器的直流母线上。
51.具体地，用于光伏发电系统的直流/直流转换器具有集成的最大功率跟踪逻辑，是一种采用增量电导法的直流/直流转换器。机侧变流器和网侧变流器与光伏发电系统的高压侧的电源存储连接。光伏发电系统和风力发电系统构成的电网系统的电压和频率由网侧变流器调节。需要说明的是，光伏发电系统和交流发电系统的所包含的其他电网设备可以根据实际情况而设定，此处不再赘述。
52.阻容滤波器接入风力发电系统的交流母线上。
53.机侧变流器采用风能最大功率点追踪方法从风能中获取最大的能量，且采用太阳能最大功率点追踪方法从太阳能中获取最大的能量。
54.定子侧控制模块1包括：定子电流传感器11、第一脉宽调制电流控制器12以及第一坐标转换单元13；第一脉宽调制电流控制器12的一端与定子电流传感器11电连接，第一脉宽调制电流控制器12的另一端与第一坐标转换单元13电连接；
55.第一坐标转换单元13，用于接收输入的第一电流信号转换为第一控制信号，并发送至第一脉宽调制电流控制器；
56.第一脉宽调制电流控制器12，用于根据第一控制信号调节双馈感应电机的定子的性能参数，并控制双馈感应电机的发电功率；
57.定子电流传感器11，用于检测双馈感应电机的定子的工作状态，并对双馈感应电机进行转矩检测。
58.具体地，当风力发电系统的风速不足时，第一脉宽调制电流控制器12接收第一坐标转换单元13对第一控制信号经过去噪处理后发送第一控制信号，控制双馈感应电机与其他外部发电系统是否进行隔离。需要说明的是，该第一坐标转换单元13可以包括施密特触发器，通过施密特触发器将接收到的第一电流信号对应的模拟信号转换为数字电路可以处理的方波波形，从而被第一脉宽调制电流控制器12所识别。
59.若无需隔离时，则通过调整定子的性能参数来控制双馈感应电机的发电功率的大小。
60.机侧变流器和网侧变流器与光伏发电系统的高压侧的电源存储连接。机侧变流器控制风力发电系统在最大功率点追踪方法下以最佳的转速进行运行，此时机侧变流器可以提供风力发电系统的全部磁化功率需求，促使双馈感应电机的容量满足生产所需的将风能转化为电能的需求。
61.转子侧控制模块2包括：转子电流传感器21、第二脉宽调制电流控制器22以及第二坐标转换单元23；第二脉宽调制电流控制器22的一端与转子电流传感器21电连接，第二脉宽调制电流控制器22的另一端与第二坐标转换单元23电连接；
62.第二坐标转换单元23，用于将输入的第二电流信号转换为第二控制控制信号，并发送至第二脉宽调制电流控制器；
63.第二脉宽调制电流控制器22，用于根据第二控制信号调节双馈感应电机的转子的
性能参数，并控制双馈感应电机在最大发电功率模式下运行；
64.转子电流传感器21，用于检测双馈感应电机的转子的工作状态，并对双馈感应电机进行过载保护。
65.具体地，转子侧控制模块2主要采用正交控制算法和转子分量电流控制算法。当第二脉宽调制电流控制器22接收到第二坐标转换单元23发送的第二控制信号时，该第二控制信号可以调节转子的电压和电流，从而控制双馈感应电机转子的电流或者电压，进一步改变风速设置，控制双馈感应电机在最大的发电功率模式下工作，从而发电量达到最大值。需要说明的是，该第二坐标转换单元23也可以包括施密特触发器，通过对第二电流信号进行去噪处理，从而转化为第二脉宽调制电流控制器22所能识别的方波波形。
66.在一种可能实现的方案中，如图4、如图5所示，定子侧控制模块1和转子侧控制模块2可以作进一步优化。在定子侧控制模块1的第一坐标转换单元13的输入端可以连接至少两个电流调节单元，每个电流调节单元可以设置一个过流保护单元，以保证定子侧控制模块1整体电路的安全运行。
67.其中一个电流调节单元的一端可以连接一个电流控制单元和一个电流调节子单元。该电流控制单元用于向与其相连的电流调节单元输入电机功率控制信号i
qs1
，电流调节子单元用于向与其相连的电流调节单元输入未接入负载的电流信号i
qs2
。另外一个电流调节单元用于向第一坐标转换单元13输入与无功需求相关的电流信号i
ds
。第一坐标转换单元将接收到的电机功率控制信号i
qs1
和未接入负载的电流信号i
qs2
处理后，向外发送第一电流信号。如图4所示，与电流控制单元的一端连接任意一个电子元器件x，以保护定子侧控制模块1整体电路的稳定运行。
68.在转子侧控制模块2的第二坐标转换单元23的输入端可以连接至少一个电流调节单元，每个电流调节单元可以连接一个过流保护单元，以保证转子侧控制模块2整体电路的安全运行。在电流调节单元的输入端可以连接至少一个电流控制单元。该电流调节单元的一端连接至少一个电流控制单元，电流控制单元用于将原始电流信号发送至上述的电流调节单元，该电流调节单元用于将接收输入的原始电流信号转化生成转子电流控制信号i
qr
，并将转子电流控制信号i
qr
发送至第二坐标转换单元23。此外，第二坐标转换单元23还用于接收外部输入的磁场磁化控制信号i
dr
，并将接收到的磁场磁化控制信号i
dr
和转子电流控制信号i
qr
处理生成第二电流信号。
69.需要说明的是，该原始电流信号用于表征通过调节k1和k2两个系数的大小，从而改变风速设置使得双馈感应电机达到最大功率点，并在发电需求量降低且发电量高的情况下，调节双馈感应电机输出高电压的信号。
70.本实施例提供一种混合微电网的控制系统，通过进一步改善定子侧控制模块和转子侧控制模块的电路结构，更精准的调节交流发电系统中的双馈感应电机的定子和转子的性能参数，控制双馈感应电机在最大发电功率模式下运行，从而可以最大化的提高混合微电网的发电量，减少系统转化的电能消耗。
71.实施例3
72.本实施例提供一种混合微电网系统，如图6所示，该混合微电网系统200包括如实施例2的混合微电网的控制系统100。
73.本实施例中，一个混合微电网系统200可以包括一个混合微电网的控制系统100，
也可以包括两个混合微电网的控制系统100，还可以包括两个以上的混合微电网的控制系统100。该混合微电网系统还可以包括其他的子微网，例如，交流串联子微网、交流并联子微网以及直流子微网等。通过混合微电网控制系统100，提高了混合微电网系统总体的发电量，降低了不同的微电网能量转化带来的损害，改善了不同电力来源的直流。
74.本实施例提供一种混合微电网系统，通过混合微电网的控制系统的定子侧控制模块和转子侧控制模块调节交流发电系统中的双馈感应电机的定子和转子的性能参数，控制双馈感应电机在最大发电功率模式下运行，从而可以最大化的提高混合微电网的发电量，减少系统转化的电能消耗，提高混合微电网的发电性能。
75.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。