專利名稱：一種基于太陽(yáng)能光伏發(fā)電的電能質(zhì)量串聯(lián)補(bǔ)償器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電能質(zhì)量技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于太陽(yáng)能發(fā)電的電能質(zhì)量技術(shù)。
背景技術(shù)：
發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)電能質(zhì)量水平的要求很高，電能質(zhì)量問(wèn)題不僅會(huì)給工業(yè)界帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)損失，如停工和再啟動(dòng)導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加，損壞反應(yīng)靈敏設(shè)備，報(bào)廢半成品，降低產(chǎn)品質(zhì)量，造成營(yíng)銷困難而損害公司形象及和用戶的良好商業(yè)關(guān)系等，而且也會(huì)給醫(yī)療等重要用電部門的設(shè)備帶來(lái)危害，引起嚴(yán)重的生產(chǎn)和運(yùn)行事故，美國(guó)電力研究院(EPRI)研究顯示，電能質(zhì)量問(wèn)題每年導(dǎo)致美國(guó)工業(yè)在數(shù)據(jù)，材料和生產(chǎn)力上的損失達(dá)300億美元(Electric Power Research Institute, 1999),在新加坡,每次電壓瞬間下降都會(huì)造成超過(guò)100萬(wàn)新元的經(jīng)濟(jì)損失；隨著我國(guó)高科技工業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)電能質(zhì)量水平的要求也越來(lái)越高，電壓驟降(陷落、跌落)和驟升(浪涌)是其中的主要問(wèn)題，電壓陷落和浪涌不僅會(huì)引起電力系統(tǒng)的電壓質(zhì)量問(wèn)題，也會(huì)危及用電設(shè)備的安全工作，電力系統(tǒng)故障，大型電機(jī)啟動(dòng)，支路電路短路等都會(huì)引起電壓陷落，電壓浪涌是由閃電、接通供電系統(tǒng)和其他原因造成過(guò)壓而引起的，大型電機(jī)和空調(diào)器是大的電壓浪涌產(chǎn)生源，雖然電壓陷落和浪涌時(shí)間短，但是它會(huì)引起工業(yè)過(guò)程的中斷或停工，而所引起工業(yè)過(guò)程的停工期間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電壓陷落和浪涌事故的本身時(shí)間，因此所造成的損失很大，電壓陷落的特征是電源電壓驟然下降至10%到90%的正常電壓值并持續(xù)O. 5到50個(gè)周期，電壓浪涌的特征是電源電壓驟然上升至110%到180%的正常電壓值并持續(xù)O. 5到50個(gè)周期，絕大部分電壓陷落和浪涌，其電壓變化幅度在·50%以內(nèi)，且持續(xù)時(shí)間不超過(guò)500毫秒；傳統(tǒng)的方法，如電壓調(diào)節(jié)器和浪涌抑制器并不能解決這些問(wèn)題，而不間斷電源UPS裝置雖能解決這些問(wèn)題，但是其成本和運(yùn)行費(fèi)用都極其昂貴，為了解決上述問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外對(duì)動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償器開展了研究。相比于UPS，動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償器能有效解決電壓陷落、浪涌的問(wèn)題。但是，儲(chǔ)能問(wèn)題也一直困擾著動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償器的問(wèn)題，雖然有人提出最小能量注入法等先進(jìn)的方法，但是額外的儲(chǔ)能始終影響其進(jìn)一步推廣、發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種基于太陽(yáng)能光伏發(fā)電的電能質(zhì)量串聯(lián)補(bǔ)償器，它充分利用了太陽(yáng)能，電網(wǎng)正常時(shí)，它利用綠色的太陽(yáng)能，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，供給負(fù)荷；當(dāng)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)故障時(shí)，如陷落或浪涌時(shí)，它輸出相應(yīng)的電壓量，補(bǔ)償電網(wǎng)電壓的差值，確保負(fù)荷電壓不變化，因而保護(hù)了負(fù)荷。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種基于太陽(yáng)能光伏發(fā)電的電能質(zhì)量串聯(lián)補(bǔ)償器，特點(diǎn)在于其構(gòu)成包括太陽(yáng)能光伏電池板、直流升壓?jiǎn)卧?、逆變單元和串?lián)變壓器；上述部件的連接關(guān)系如下所述的太陽(yáng)能光伏電池板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，其直流電壓輸出端的兩電線與所述的直流升壓?jiǎn)卧闹绷鬏斎攵说膬呻娋€相連，該直流升壓?jiǎn)卧妮斎攵说膬呻娋€之間并連一直流電容，所述的直流升壓?jiǎn)卧妮敵龆说膬呻娋€與所述逆變單元的直流輸入端的兩電線相連，該逆變單元的直流輸入端的兩電線之間并連一直流電容，所述的逆變單元的交流輸出端的兩 電線與所述的串聯(lián)變壓器的初級(jí)線圈的兩端相連，所述串聯(lián)變壓器的次級(jí)線圈串接在電網(wǎng)的輸電線中，分別與電網(wǎng)的公共端和負(fù)荷端相連。本發(fā)明原理如下電源電壓Fy、負(fù)荷電壓G、所述電能質(zhì)量串聯(lián)補(bǔ)償器向電網(wǎng)注入電壓ξ之間關(guān)系如下式所示 V1 =Vi + Es — ZsJi(!)其中，fs.為電網(wǎng)電源等值阻抗，Ji為所述電能質(zhì)量串聯(lián)補(bǔ)償器向電網(wǎng)注入電流， 為向量符號(hào)。負(fù)荷表示為Sl=Pl+JQl(2)設(shè)Ii為負(fù)荷電流，則F1-I =Pl ^JQl(3)V-r r + /o:(4)上式中，7,為7,的共軛值，文中上標(biāo)為共軛符號(hào)。負(fù)荷電流與所述電能質(zhì)量串聯(lián)補(bǔ)償器向電網(wǎng)注入電流分別為h = (5)
* LJ1(6)5由于所述電能質(zhì)量串聯(lián)補(bǔ)償器串接于電網(wǎng)中，因此，所述電能質(zhì)量串聯(lián)補(bǔ)償器向電網(wǎng)注入的電流Ji與負(fù)荷電流/'相等,即Ji =Il，根據(jù)上述(5) (6)兩式，可得F,
STT P； ~￥ i (X TTVi=J.....;賞匕(7)將上述式(7)代入(I)，可得VllPl-Pt)+j(Qi-QM=Wiin +JQihzsSi (8)上述(8)式子實(shí)部、虛部分別相等，可得^Q,)+^EsP1VlSme)^ XH$l = ο] (9)其中，Θ為負(fù)荷電壓相角，八為負(fù)荷電壓幅值；式(9)表明通過(guò)調(diào)節(jié)所述電能質(zhì)量串聯(lián)補(bǔ)償器輸出的有功功率？1與無(wú)功功率Qi,可維持負(fù)荷電壓相角與幅值的不變；所述逆變單元的容量Sn!必須符合下列關(guān)系Srj > Jlf+Qf(10)與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)如下I.利用了太陽(yáng)能，既環(huán)保、又解決了電壓串聯(lián)補(bǔ)償儲(chǔ)能的問(wèn)題；2.解決電網(wǎng)電壓陷落(驟降、跌落)與浪涌(驟升)的問(wèn)題，保護(hù)了重要負(fù)荷；
3.電網(wǎng)正常時(shí)，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，供電給負(fù)荷。


圖I是本發(fā)明一種基于太陽(yáng)能光伏發(fā)電的電能質(zhì)量串聯(lián)補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明電壓補(bǔ)償原理示意圖。圖3是本發(fā)明電網(wǎng)電壓陷落電壓補(bǔ)償仿真圖。圖4是本發(fā)明電網(wǎng)電壓陷落有功功率與無(wú)功功率輸出仿真圖。圖5是本發(fā)明電網(wǎng)電壓浪涌電壓補(bǔ)償仿真圖。圖6是本發(fā)明電網(wǎng)電壓浪涌有功功率與無(wú)功功率輸出仿真圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。先請(qǐng)參閱圖1，圖I是本發(fā)明一 種基于太陽(yáng)能光伏發(fā)電的電能質(zhì)量串聯(lián)補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可見(jiàn)，一種基于太陽(yáng)能光伏發(fā)電的電能質(zhì)量串聯(lián)補(bǔ)償器，包括太陽(yáng)能光伏電池板2、DC/DC直流升壓?jiǎn)卧?、DC/AC (直流變交流)的逆變單元4、串聯(lián)變壓器5構(gòu)成所述的太陽(yáng)能光伏電池板2將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，其直流電壓輸出端的兩電線與所述的直流升壓?jiǎn)卧?的直流輸入端的兩電線相連，該直流升壓?jiǎn)卧?的輸入端的兩電線之間并連一直流電容Cpv，所述的直流升壓?jiǎn)卧?的輸出端的兩電線與所述逆變單元4的直流輸入端的兩電線相連，該逆變單元4的直流輸入端的兩電線之間并連一直流電容Cdc，所述的逆變單元4的交流輸出端的兩電線與所述的串聯(lián)變壓器5的初級(jí)線圈的兩端相連，所述串聯(lián)變壓器5的次級(jí)線圈串接在電網(wǎng)的輸電線中，分別與電網(wǎng)的公共端PCC和負(fù)荷端相連。圖2為電壓補(bǔ)償原理示意圖，以&為Ref erence(參考)畫出了注入電壓寫、PCC (公共點(diǎn))母線電壓巧、負(fù)荷電壓^、負(fù)荷電流J￡等各向量之間的關(guān)系，從圖2中看出，根據(jù)電網(wǎng)電壓/Ts，本發(fā)明的電能質(zhì)量串聯(lián)補(bǔ)償器向電網(wǎng)注入電壓 %就可以得到負(fù)荷所需的電壓F；。圖3為電網(wǎng)電壓陷落(驟降)時(shí)的仿真圖，當(dāng)電網(wǎng)故障引起電網(wǎng)電壓陷落時(shí)，本發(fā)明的電能質(zhì)量串聯(lián)補(bǔ)償器注入電網(wǎng)電壓吏得負(fù)荷電壓的幅值與相角都不受電網(wǎng)故障影響，有太陽(yáng)能時(shí)，直流母線電壓將不受影響，而夜晚電網(wǎng)發(fā)生故障需要保護(hù)負(fù)荷時(shí)，則需要依靠直流母線電容CD。的儲(chǔ)能，圖4為夜晚電網(wǎng)故障時(shí)為了保護(hù)負(fù)荷，本發(fā)明的電能質(zhì)量串聯(lián)補(bǔ)償器直流母線電壓下降的波形；同樣的，圖5、圖6為電網(wǎng)電壓浪涌(驟升)時(shí)的仿真圖，當(dāng)電網(wǎng)故障引起電網(wǎng)電壓浪涌時(shí)，本發(fā)明的電能質(zhì)量串聯(lián)補(bǔ)償器注入電網(wǎng)電壓G ·使得負(fù)荷電壓的幅值與相角都不受電網(wǎng)故障影響，從而保護(hù)了負(fù)荷。
權(quán)利要求
1.一種基于風(fēng)電的電能質(zhì)量串聯(lián)補(bǔ)償器，特征在于構(gòu)成包括風(fēng)輪機(jī)(2)、同步發(fā)電機(jī)(3)、整流單元(4)、三相H橋逆變單元(5)和串聯(lián)變壓器(6)； 上述部件的連接關(guān)系如下 所述的風(fēng)輪機(jī)(2)將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，其輸出機(jī)械軸與所述的同步發(fā)電機(jī)(3)的轉(zhuǎn)子軸相連，該同步發(fā)電機(jī)(3)的定子交流電輸出端與所述整流單元(4)的輸入端相連；該整流單元(4)的輸出端與所述的三相H橋逆變單元(5)的直流輸入端相連，該三相H橋逆變單元(5)的交流輸出端的兩電線與所述的串聯(lián)變壓器(6)的初級(jí)線圈的兩端相連，所述串聯(lián)變壓器(6)的次級(jí)線圈串接在電網(wǎng)的輸電線中，分別與電網(wǎng)的公共端(PCC)和負(fù)荷端相連。
全文摘要
一種基于太陽(yáng)能光伏發(fā)電的電能質(zhì)量串聯(lián)補(bǔ)償器，由太陽(yáng)能光伏電池板、直流升壓?jiǎn)卧?DC/DC)、逆變單元(DC/AC)、串聯(lián)變壓器構(gòu)成，它串接在電網(wǎng)中，電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，該電能質(zhì)量補(bǔ)償器將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，輸出功率給負(fù)荷，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障引起電網(wǎng)電壓驟降(陷落、跌落)或驟升(浪涌)時(shí)，該電能質(zhì)量補(bǔ)償器輸出相應(yīng)的補(bǔ)償電壓量，使得負(fù)荷端的電壓保持不變，從而保護(hù)負(fù)荷免受電網(wǎng)故障的影響，它利用了太陽(yáng)能，解決了傳統(tǒng)串聯(lián)補(bǔ)償器儲(chǔ)能的問(wèn)題，本發(fā)明具有利用太陽(yáng)能發(fā)電與儲(chǔ)能，同時(shí)解決電壓驟降與驟升的問(wèn)題，提高電能質(zhì)量的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02N6/00GK102904485SQ20121035636
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月21日
發(fā)明者李國(guó)杰, 江秀臣, 盛戈皞 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)