一種基于電壓矢量分別定向控制策略的超導儲能裝置制造方法
【專利摘要】一種基于電壓矢量分別定向控制策略的超導儲能裝置，其特征在于它包括風電模型、電壓、電流檢測電路、信號調(diào)理電路、A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊、DSP控制單元、SMES超導儲能模塊和上位機；其優(yōu)越性在于：①硬件設(shè)計簡單；②提高了該控制系統(tǒng)的可靠性和快速性；③具有很強的操作性。
【專利說明】—種基于電壓矢量分別定向控制策略的超導儲能裝置(-)【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本實用新型屬于電力系統(tǒng)保護領(lǐng)域,尤其是一種基于SMES(SuperconductingMagneticEnergyStorage-超導儲能系統(tǒng))提高風電場電壓穩(wěn)定性的控制方法。
(二)【背景技術(shù)】:
[0002]隨著風力電機組裝機容量的逐漸增大，風電場在系統(tǒng)中比重不斷擴大，風力發(fā)電對電網(wǎng)的影響成為重要課題。而風電機組往往采用異步發(fā)電機，當系統(tǒng)電壓水平較低時，異步電機吸收的無功功率會增加，因此，可能引起電力系統(tǒng)的電壓失穩(wěn)。其輸出的不穩(wěn)定性對電網(wǎng)的功率沖擊效應也在擴大，更加顯著影響了系統(tǒng)穩(wěn)定性，甚至導致系統(tǒng)失去動態(tài)穩(wěn)定性，造成整個系統(tǒng)的崩潰。影響風電發(fā)展的若干技術(shù)瓶頸主要表現(xiàn)在:
[0003](1)風電場接入地區(qū)往往處于電網(wǎng)末端，與電網(wǎng)連接薄弱；
[0004](2)風電的間歇性和反調(diào)峰特性突出，缺少快速調(diào)節(jié)電源，調(diào)峰能力不足；
[0005](3)風電場功率預測精度低，不能有效參與系統(tǒng)調(diào)度；
[0006](4)風電機組低電壓穿越能力差，可能引發(fā)風電場大規(guī)模解列脫網(wǎng)。
[0007]當風電場并網(wǎng)發(fā)電向系統(tǒng)輸送有功功率時，在實際運行中，風速變化、風機啟停、尾流效應以及湍流等過程都會造成風電場功率和電壓的波動，桿塔的遮蔽效應也會使得風電場輸出功率與電壓出現(xiàn)周期性波動，尤其是風電場一般的接入點都是較為薄弱的電網(wǎng)末端，更需要及時的無功支撐來保持電壓的穩(wěn)定性，這就要求并網(wǎng)風電場要像配電網(wǎng)一樣，加裝無功補償裝置，同時還要求無功補償裝置具有動態(tài)補償能力，即反應速度敏捷，延時較小。超導儲能同時滿足以上的條件，因此研究一種基于超導儲能提高風電場電壓穩(wěn)定性的控制策略已變得至關(guān)重要。
(三)實用新型內(nèi)容:
[0008]本實用新型的目的在于提供一種基于SMES的提高風電場電壓穩(wěn)定性的控制策略，可以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，是一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，可以使SMES成功穿越不對稱故障，提高風電場的電壓穩(wěn)定性的裝置。
[0009]本實用新型的技術(shù)方案:一種基于電壓矢量分別定向控制策略的超導儲能裝置，其特征在于它包括風電模型、電壓、電流檢測電路、信號調(diào)理電路、A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊、DSP控制單元、SMES超導儲能模塊和上位機；其中，所述電壓、電流檢測電路的輸入端連接電網(wǎng)和SMES超導儲能模塊，其輸出端連接信號調(diào)理電路的輸入端；所述A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊的輸入端接連接自信號調(diào)理電路的信號，其輸出端與DSP控制單元的輸入端連接；所述SMES超導儲能模塊的輸入端接收DSP控制單元的控制信號；所述SMES超導儲能模塊輸入信號均采集于外部電網(wǎng)，而其輸出端均與電壓、電流檢測電路和外部電網(wǎng)相連接；所述上位機控制DSP控制單元。
[0010]所述電壓電流采樣模塊，工作電壓為正負15V，量程選擇O~5A，輸出電流為O~25mA。由三個ELM模塊檢測A相B相和C相的電流，得到電流信號(_25nlA~25mA)，接100歐姆的精密采樣電阻，變成-2.5V—2.5v的電壓信號。
[0011]所述信號調(diào)理電路由電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R7、電阻R5、電阻R6、兩個TLC2721D、兩個二極管D11、電容C20和電容C40組成；其中第一個TLC2721D的正輸入端與電阻R3相連且經(jīng)電阻R4與+1.5V參考電壓相連，負輸入端經(jīng)電阻Rl接地且經(jīng)電阻R2與其輸出端相連形成反饋環(huán)節(jié)；第一個TLC2721D的輸出端經(jīng)電阻R5、電阻R6與第二個TLC2721D的正輸入端相連，且第二個TLC2721D的正輸入端經(jīng)電容C40接地；第二個TLC2721D的負輸入端直接與它的輸出端相連形成反饋環(huán)節(jié)，而電容C20—端接在電阻R5和電阻R6之間，另一端接在第二個TLC2721D輸出端形成反饋環(huán)節(jié)；第二個TLC2721D輸出端經(jīng)電阻R7與兩個二極管Dll相連。
[0012]所述電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4和電阻R7的阻值為51K ;所述電阻R5的阻值為7.8K ;所述電阻R6的阻值為14.7K ;所述電容C20的容值為0.022uF ;所述電容C40的容值為0.01uF0
[0013]所述A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊由電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電容C、運算放大器0P497和A/D轉(zhuǎn)換芯片AD7656構(gòu)成。其中運算放大器0P497的負輸入端與電阻Rl的一端相連，而正輸入端經(jīng)電阻R2后接地；電阻Rl的另一端經(jīng)由電阻R3和電容C并聯(lián)組成的反饋環(huán)節(jié)與運算放大器0P497的輸出端相連；0P497的輸出端經(jīng)電阻R4與芯片AD7656的輸入端ANl相連。
[0014]所述A/D轉(zhuǎn)換芯片是具有6通道16位ADC同步采樣、雙極性模擬輸入的AD7656BSTZ的轉(zhuǎn)換逐次逼近型芯片。
[0015]所述SMES超導儲能模塊 由超導儲能線圈模塊Ls。，濾波電感La、濾波電感Lb、濾波電感L。、電壓型變流器VSC、斬波器和電容器C組成；其中所述電壓型變流器經(jīng)濾波電感La、濾波電感Lb、濾波電感L。，并聯(lián)在電網(wǎng)兩端；電壓型變流器的輸出端和斬波器的輸入輸出端均接在電容C的兩端。
[0016]本實用新型的工作方法:
[0017]( I)電壓、電流檢測電路中的電壓測量通過電壓互感器采集外部電網(wǎng)電壓Us和SMES補償模塊的電壓信號Udc,并通過該電路的處理，輸出0-20mA的電流信號，該電流信號正比于原邊電壓信號；
[0018](2)信號調(diào)理電路將電壓、電流檢測電路輸出的電壓、電流信號轉(zhuǎn)化為有效值-1.5V~+1.5V的電壓信號，并通過它的電平偏移電路將-1.5V~+1.5V的電壓信號轉(zhuǎn)化為O~3V的單極性信號，并通過二極管限幅電路，將檢測的電壓信號嚴格的限制在O~3V之內(nèi)，再送至A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊端口 ；
[0019](3)A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊將輸入端的0-3V電壓信號經(jīng)過運算放大器和逐次逼近轉(zhuǎn)換芯片AD7656轉(zhuǎn)化為DSP可接收的電壓信號，輸入DSP控制單元進行數(shù)據(jù)處理；
[0020](4)對存儲在DSP控制單元的存儲器中；利用電壓矢量分別定向控制策略，控制SMES來穩(wěn)定直流側(cè)電壓，并調(diào)節(jié)無功分量輸出來補償電網(wǎng)電壓。
[0021]本發(fā)明的工作原理:
I?
[0022]SMES 電壓方程 U = E — Ri — L ——
dt[0023]逆變器輸出側(cè)電壓為
【權(quán)利要求】
1.一種基于電壓矢量分別定向控制策略的超導儲能裝置，其特征在于它包括風電模型、電壓、電流檢測電路、信號調(diào)理電路、A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊、DSP控制單元、SMES超導儲能模塊和上位機；其中，所述電壓、電流檢測電路的輸入端連接電網(wǎng)和SMES超導儲能模塊，其輸出端連接信號調(diào)理電路的輸入端；所述A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊的輸入端接連接自信號調(diào)理電路的信號，其輸出端與DSP控制單元的輸入端連接；所述SMES超導儲能模塊的輸入端接收DSP控制單元的控制信號；所述SMES超導儲能模塊輸入信號均采集于外部電網(wǎng)，而其輸出端均與電壓、電流檢測電路和外部電網(wǎng)相連接；所述上位機控制DSP控制單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于電壓矢量分別定向控制策略的超導儲能裝置，其特征在于所述電壓電流米樣模塊，工作電壓為正負15V,量程選擇O?5A,輸出電流為O?25mA,由三個ELM模塊檢測A相B相和C相的電流，得到-25nlA?25mA電流信號，接100歐姆的精密采樣電阻，變成-2.5V—2.5v的電壓信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于電壓矢量分別定向控制策略的超導儲能裝置，其特征在于所述信號調(diào)理電路由電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R7、電阻R5、電阻R6、兩個TLC2721D、兩個二極管D11、電容C20和電容C40組成；其中第一個TLC2721D的正輸入端與電阻R3相連且經(jīng)電阻R4與+1.5V參考電壓相連，負輸入端經(jīng)電阻Rl接地且經(jīng)電阻R2與其輸出端相連形成反饋環(huán)節(jié)；第一個TLC2721D的輸出端經(jīng)電阻R5、電阻R6與第二個TLC2721D的正輸入端相連，且第二個TLC2721D的正輸入端經(jīng)電容C40接地；第二個TLC2721D的負輸入端直接與它的輸出端相連形成反饋環(huán)節(jié)，而電容C20—端接在電阻R5和電阻R6之間，另一端接在第二個TLC2721D輸出端形成反饋環(huán)節(jié)；第二個TLC2721D輸出端經(jīng)電阻R7與兩個二極管Dll相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種基于電壓矢量分別定向控制策略的超導儲能裝置，其特征在于所述電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4和電阻R7的阻值為51K ;所述電阻R5的阻值為7.8K ;所述電阻R6的阻值為14.7K ;所述電容C20的容值為0.022uF ;所述電容C40的容值為 0.0luF。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于電壓矢量分別定向控制策略的超導儲能裝置，其特征在于所述A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊由電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電容C、運算放大器0P497和A/D轉(zhuǎn)換芯片AD7656構(gòu)成，其中運算放大器0P497的負輸入端與電阻Rl的一端相連，而正輸入端經(jīng)電阻R2后接地；電阻Rl的另一端經(jīng)由電阻R3和電容C并聯(lián)組成的反饋環(huán)節(jié)與運算放大器0P497的輸出端相連；0P497的輸出端經(jīng)電阻R4與芯片AD7656的輸入端ANl相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種基于電壓矢量分別定向控制策略的超導儲能裝置，其特征在于所述A/D轉(zhuǎn)換芯片是具有6通道16位ADC同步采樣、雙極性模擬輸入的AD7656BSTZ的轉(zhuǎn)換逐次逼近型芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于電壓矢量分別定向控制策略的超導儲能裝置，其特征在于所述SMES超導儲能模塊由超導儲能線圈模塊Ls。，濾波電感La、濾波電感Lb、濾波電感L。、電壓型變流器VSC、斬波器和電容器C組成；其中所述電壓型變流器經(jīng)濾波電感La、濾波電感Lb、濾波電感L。，并聯(lián)在電網(wǎng)兩端；電壓型變流器的輸出端和斬波器的輸入輸出端均接在電各C的兩端。
【文檔編號】H02J3/16GK203574376SQ201320729649
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】劉少宇, 周雪松, 陸斌, 馬幼捷, 高明杰, 高峰, 王銀明, 徐 明, 王平, 趙希輝, 鄭宇清 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)新源張家口風光儲示范電站有限公司, 天津理工大學