大功率可再生能量回饋并網(wǎng)裝置

1、大功率可再生能量回饋并網(wǎng)裝置摘要：本文從控制原理、系統(tǒng)技術(shù)特性、實驗結(jié)果分析等方面簡明扼要的闡述了大功率可再生能源回饋并網(wǎng)裝置。此裝置具有網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)高，電流諧波小，呈現(xiàn)受控電流源特性，易于多單元并聯(lián)，動態(tài)響應(yīng)快，整體效率優(yōu)等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：能量回饋功率因數(shù)電流源Abstrat:Thispapertellusbrieflythereneableenergyuplinginstallentinntrl,appliatin,experientalandsn.Thisinstallenthasthenetsideperfatrhigh,urrentharnissall,presentsisntrlle

2、dtheurrentsupplyharateristi,theeasyulti-unitsparallel,thedynairespnsetbequik,veralleffiienyhigherharateristi.Keyeds:reneableenergyperfatrurrentsupply一、引言在交-直-交控制系統(tǒng)和風(fēng)能、太陽能等可再生能源控制系統(tǒng)中，可再生能源的處理，一般有超級電容貯能、電磁軸承飛輪貯能、純電阻消耗及回饋并網(wǎng)等方法。針對大功率再生能源系統(tǒng)來講，超級電容貯能具有投入本錢大、維護(hù)費(fèi)用高等缺點(diǎn)；電磁軸承飛輪貯能目前仍在實驗室階段，可能存在一定技術(shù)難題；純電阻能耗制動構(gòu)造簡

3、單，運(yùn)行可靠，操作方便，但發(fā)出的能量全部轉(zhuǎn)化為電阻的熱能消耗掉，所以效率非常低，在絕大多數(shù)可再生能源控制系統(tǒng)中是不適宜應(yīng)用的；而可再生能源回饋并網(wǎng)系統(tǒng)既可以解決效率低的問題，又可以減少投入本錢，進(jìn)步運(yùn)行效率，屬于當(dāng)今世界的一種“綠色電力電子變換技術(shù)。國內(nèi)許多高校和研究所都把此當(dāng)作研究熱點(diǎn)，查閱近幾年信息來看，其實在運(yùn)行實際產(chǎn)品不多，大多數(shù)只談到實驗樣機(jī)，且樣機(jī)中幾個關(guān)鍵參數(shù)與實際產(chǎn)品有較大差距。針對此問題，我們山東新風(fēng)光電子科技開展投入大量人力、物力，用幾年的時間研發(fā)出兆瓦級的大功率可再生能源回饋并網(wǎng)裝置。二、系統(tǒng)控制原理大電流再生能源回饋裝置的單個單元主電路如圖1所示。主電路拓?fù)洳捎脠D1單元

4、主電路圖三電平電路，每一相橋臂4個開關(guān)元件有三種正常的開關(guān)形式。以A相為例：Ug1和Ug2導(dǎo)通時，A相輸出+U0/2；Ug2和Ug3導(dǎo)通時，A相輸出零電平；Ug3和Ug4導(dǎo)通時，A相輸出-U0/2。假設(shè)用Sa、Sb、S分別表示各橋臂的開關(guān)狀態(tài)，每一橋臂都有三種開關(guān)狀態(tài)，如表1所列。表1單元A相開關(guān)狀態(tài)當(dāng)裝置功率大時，需要這樣幾個主電路并聯(lián)，并聯(lián)時需考慮均流與環(huán)流及其相位問題，同時采用二極管鉗位的三電平電路需考慮直流端電容中點(diǎn)電位不平衡問題，在軟件P波生成電路中尤其注重此點(diǎn)。圖2是大功率再生能源回饋裝置的控制方塊圖。整個裝置的控制系統(tǒng)是電壓外環(huán)與電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制控制。在圖2中，1-系統(tǒng)母線給

5、定值，2-電壓調(diào)節(jié)器，3-電流調(diào)節(jié)器，4-P信號生成部分，5-主功率器件電路，6-均流與環(huán)流抑制電路，7-交流電網(wǎng)，8-相電流檢測電路，9-相電壓檢測、同步信號生成及母線電壓采集電路。首先裝置的控制系統(tǒng)實時檢測系統(tǒng)母線，當(dāng)高于某一設(shè)定值時，系統(tǒng)投入工作，母線檢測值與母線設(shè)定值做差，其值輸入電壓調(diào)節(jié)器經(jīng)過一定控制運(yùn)算，完成電壓外環(huán)的控制功能，電壓調(diào)節(jié)器的輸出便是電壓外環(huán)的輸出信號，同時也是電流內(nèi)環(huán)的給定信號，其值與系統(tǒng)檢測到的實時電流做差，再經(jīng)過電流調(diào)節(jié)器的控制運(yùn)算，完成電流內(nèi)環(huán)的控制功能。此方塊的輸出直接送給P信號生成部分，其生成的P波送給主功率器件電路，最后多個主功率器件單元電路并聯(lián)，經(jīng)過均

6、流與環(huán)流抑制電路直接連到交流電網(wǎng)上。整個大電流再生能源回饋裝置控制系統(tǒng)就是這樣電壓外環(huán)與電流內(nèi)環(huán)互相作用的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。圖2系統(tǒng)控制方塊圖轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.三、系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)大功率可再生能源回饋并網(wǎng)裝置實現(xiàn)了網(wǎng)側(cè)電流正弦化，且能運(yùn)行于單位功率因數(shù)，呈現(xiàn)出電流源特性，因此真正實現(xiàn)了電力電子的“綠色電能變換技術(shù)，控制系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)簡述如下：一控制系統(tǒng)是電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。電壓外環(huán)是母線電壓檢測值與設(shè)定值，以及網(wǎng)側(cè)相電壓的同步信號生成電路互相作用，經(jīng)過電壓調(diào)節(jié)器輸出電流內(nèi)環(huán)的給定值。電流內(nèi)環(huán)是整個控制系統(tǒng)的核心，其實，整個控制系統(tǒng)從核心上說就是網(wǎng)側(cè)電流的控制，也就是電流內(nèi)環(huán)的控制。

7、二控制系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)呈電流源特性，容易做多單元并聯(lián)裝置，易于可再生能源回饋并網(wǎng)裝置大功率化，能大功率化需要解決許多實際問題。三網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)可調(diào)，可再生能源回饋并網(wǎng)裝置可以做到負(fù)單位功率因數(shù)運(yùn)行。四網(wǎng)側(cè)電流波形正弦化，電流總諧波THD遠(yuǎn)小于5%。五主電路采用三電平電路，從電路拓?fù)渖暇陀欣跍p小網(wǎng)側(cè)電流諧波且輸入輸出電壓范圍廣。六控制系統(tǒng)采用數(shù)字化控制，運(yùn)用了現(xiàn)代控制理論與現(xiàn)代電力電子技術(shù)相結(jié)合，使裝置易于控制，容易掌握。七具有直流接反、過流、短路、溫度以及網(wǎng)側(cè)電壓異常等保護(hù)功能。八具有動態(tài)響應(yīng)快，能在短時間內(nèi)輸出大電流，整體效率高等優(yōu)點(diǎn)。四、實驗結(jié)果分析我公司做的大功率可再生能源回饋并網(wǎng)裝置經(jīng)鐵道部產(chǎn)

8、品質(zhì)量監(jiān)視檢驗中心檢驗證明：具有輸出功率大、網(wǎng)側(cè)電流波形好、整體效率高等特點(diǎn)。表2是功率因數(shù)、直流側(cè)輸入電壓、網(wǎng)側(cè)交流電流及整體效率的簡表。表2電壓、電流、效率、功率因數(shù)表從表2中可以看出，隨網(wǎng)側(cè)電流的增大，其功率因數(shù)越來越接近于1，也就是說其網(wǎng)側(cè)電流的總諧波THD越來越小，其整體效率有減少的趨勢。這也符合現(xiàn)代電力電子器件的特性，電流增大，器件的損耗增加，整體效率也就減少了。表3是接表2的網(wǎng)側(cè)各相電流的諧波含量表從表3中可以看出，隨著大功率可再生能源回饋并網(wǎng)裝置網(wǎng)側(cè)輸出電流的增大，其網(wǎng)側(cè)電流諧波是越來越小的，在輸出網(wǎng)側(cè)電流265.4A以上時，其各相電流總諧波THD遠(yuǎn)小于5%，同時表3內(nèi)容趨勢是與表2也是相符的。五、結(jié)論我公司研制的大功率可再生能源回饋并網(wǎng)裝置是一種“綠色電力電子變換控制系統(tǒng)，是電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)互相作用的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，其網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)高，波形正弦化，呈現(xiàn)電流環(huán)特性，容易做多單元并聯(lián)等特點(diǎn)，在城市軌道交通、靜止無功補(bǔ)償器、有源電力濾波器、統(tǒng)一潮流控制器、超導(dǎo)儲能、高壓直流輸電以及電氣傳動、太陽能、風(fēng)能等可再生能源的并網(wǎng)發(fā)電等領(lǐng)域中應(yīng)用?？梢灶A(yù)言，在當(dāng)今能源危機(jī)的時代中，此項技術(shù)將越來越被同行業(yè)人士重視起來。參考文獻(xiàn)：1、張崇巍，張興.P整流器及其控制.機(jī)械工業(yè)出版社,202210:21-23