[发明专利]基于IGBT开关微电网与大电网智能传输功角补偿装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于IGBT开关微电网与大电网智能传输功角补偿装置，它属于一种微电网与大电网之间经输电线路智能柔性传输有功功率的功角补偿装置。

背景技术

在以新能源组成的微电网与大电网经输电线路传输有功功率的过程中，若输电线路中出现小扰动会呈现静态稳定问题，为解决静态稳定问题需要对线路中功角补偿装置的相应开关进行迅速、精确的操作，以使有功功率传输的功角运行特性曲线运行在初始静态工作点上；若输电线路出现故障会呈现暂态稳定问题，为解决故障暂态稳定问题需要对输电线路中功角补偿装置的相应开关进行快速的操作，以使有功功率传输的功角运行特性曲线为满足输电线路极限稳定要求，在有功功率传输的功角运行特性曲线达到极限切除角之前完成功角补偿装置相应开关的操作。在传统的有功功率传输的功角运行特性曲线的功角补偿装置中，多采用可控硅整流器（SCR）或可关断的可控硅整流器(GTO)进行调节，此功角补偿装置获得的交流调节控制量谐波分量大，精确度差，易对静态稳定的精确控制产生误操作；另外，传统的功角补偿装置中基于SCR或GTO开关的调节速度慢，在输电线路发生暂态故障时，有功功率传输的功角运行特性曲线上故障切除角有可能超过极限切除角，使系统失去暂态稳定，不能满足输电线路稳定运行的实时控制要求，因此，在有功功率传输的功角运行特性曲线运行在接近稳定极限状态时，由于速度慢、精确度差，传统的功角补偿装置易对微电网与大电网之间输电线路的稳定运行造成潜在或直接失去稳定的威胁。

发明内容

本发明的目的是解决现有功角补偿装置存在的交流调节控制量谐波分量大、精确度差精、速度慢和易对静态稳定的精确控制产生误操作的技术难点，提供一种能提高系统的静态稳定性、提高系统的暂态稳定性、精确度高和速度快的基于IGBT开关微电网与大电网智能传输功角补偿装置。

本发明为解决上述技术难点而采用的技术方案是：

基于IGBT开关微电网与大电网智能传输功角补偿装置，它包括微电网侧降压变压器T₁、二极管整流电路、微电网侧参数检测电路、IGBT开关PWM驱动电路和大电网侧参数检测电路，其中：它还包括串联功角补偿变压器T₂、直流系统检测控制电路、智能柔性传输功角补偿装置DSP控制器电路、功角偏移计算电路、IGBT开关电路和输电线路稳定类型判别电路，微电网侧降压变压器T₁原边线圈T₁₁的正极与微电网侧母线S点和微电网侧参数检测电路的左侧输入/输出口I/O连接，微电网侧降压变压器T₁原边线圈T₁₁的负极与地相连，微电网侧降压变压器T₁副边线圈T₁₂的正极与二极管整流电路的交流入口端的正极相连，微电网侧降压变压器T₁副边线圈T₁₂的负极与二极管整流电路的交流入口端的负极相连；二极管整流电路的直流输出端的正极与直流系统检测控制电路中电感L₁的正极相连，二极管整流电路的直流输出端的负极与直流系统检测控制电路中直流电容C_d的负极和IGBT开关电路的左下端相连，二极管整流电路的检测端与智能柔性传输功角补偿装置DSP控制器电路的左端输入/输出口I/O相连；微电网侧参数检测电路的左端输入/输出口I/O在微电网侧母线S点与t时刻微电网侧电源向量的正极相连，微电网侧参数检测电路右端上侧输入/输出口I/O与智能柔性传输功角补偿装置DSP控制器电路的左下端输入/输出口I/O相连，微电网侧参数检测电路右端下侧输入/输出口I/O与功角偏移计算电路计算左端输入/输出口I/O相连；直流系统检测控制电路由电感L₁、电感L₂和直流电容C_d组成，电感L₁的正极与二极管整流电路的直流输出端的正极相连，电感L₁的负极与直流电容C_d的正极和电感L₂的正极相连；电感L₂的负极与IGBT开关电路的左侧正极相连，直流电容C_d的负极与二极管整流电路的直流输出端的负极和IGBT开关电路的左侧负极相连，电感L₁中的电流I_L1(t)、电感L₂中的电流I_L2(t)，直流电容C_d上的电压V_d(t)被取出后送入智能柔性传输功角补偿装置DSP控制器电路上端输入/输出口I/O；智能柔性传输功角补偿装置DSP控制器电路的左端输入/输出口I/O与二极管整流电路的检测端相连，实时检测二极管的开关状态及发热程度，智能柔性传输功角补偿装置DSP控制器电路的右上端输入/输出口I/O与IGBT开关PWM驱动电路的左端输入口相连，智能柔性传输功角补偿装置DSP控制器电路的右下端输入/输出口I/O与输电线路稳定类型判别电路的左端输入/输出口I/O相连，智能柔性传输功角补偿装置DSP控制器电路的下端左侧输入/输出口I/O与微电网侧参数检测电路的右端输入/输出口I/O相连，智能柔性传输功角补偿装置DSP控制器电路的下端中间输入/输出口I/O与功角偏移计算电路的上端输入/输出口I/O相连，智能柔性传输功角补偿装置DSP控制器电路的下端右侧输入/输出口I/O与大电网侧参数检测电路的左端输入/输出口I/O相连；智能柔性传输功角补偿装置DSP控制器电路在t时刻计算P(t)，P(t-1)，ΔP(t)=P(t)-P(t-1)，P_b(t)，P_b(t-1)，ΔP_b(t)=P_b(t)-P_b(t-1)和Δα(t)=α(t)-α(t-1)，并做开关驱动决策；其中P(t)是t时刻微电网向大电网输送的用于静态稳定分析的有功功率，P(t-1)是t-1时刻微电网向大电网输送的用于静态稳定分析的有功功率，P_b(t)是t时刻微电网向大电网输送的用于暂态稳定分析的有功功率，P_b(t-1)是t-1时刻微电网向大电网输送的用于暂态稳定分析的有功功率，功角偏移α(t)是t时刻功角运行特性曲线在原始工作点δ(t)增大或减小而产生的功角偏移角度，功角偏移α(t-1)是t-1时刻功角运行特性曲线在原始工作点δ(t-1)增大或减小而产生的功角偏移角度；ΔP(t)是t时刻P(t)与t-1时刻P(t-1)之间的差值，ΔP_b(t)是t时刻P_b(t)与t-1时刻P_b(t-1)之间的差值，Δα(t)是t时刻α(t)与t-1时刻α(t-1)之间的差值，计算获得的ΔP(t)、ΔP_b(t)、Δα(t)值被送入输电线路稳定类型判别电路中，根据ΔP(t)、ΔP_b(t)、Δα(t)值判别输电线路静态或暂态稳定状况，决策控制IGBT开关电路；功角偏移计算电路的左端输入/输出口I/O与微电网侧参数检测电路的右端输出口相连，功角偏移计算电路的上端输入/输出口I/O与智能柔性传输功角补偿装置DSP控制器电路的下端中间输入/输出口I/O相连，功角偏移计算电路的右端输入/输出口I/O与大电网侧参数检测电路的左端输入/输出口I/O相连；IGBT开关电路的m点与串联功角补偿变压器T₂原边线圈T₂₁的正极相连，IGBT开关电路的n点与串联功角补偿变压器T₂原边线圈T₂₁的负极相连，IGBT开关电路的左侧正极与直流系统检测控制电路中电感L₂的负极相连，IGBT开关电路的左侧负极与直流系统检测控制电路中直流电容C_d的负极和二极管整流电路的直流输出端的负极相连，IGBT开关电路的下端输入口与IGBT开关PWM驱动电路的上端输出口相连；以便在智能柔性传输功角补偿装置DSP控制器电路的开关驱动决策指令下根据输电线路稳定类型判别电路的判断，在ΔP_b(t)和Δα(t)的控制下，对输电线路进行暂态稳定功角补偿，在ΔP(t)和Δα(t)的控制下，对输电线路进行静态稳定功角补偿；IGBT开关PWM驱动电路的上端输出口与IGBT开关电路的下端输入口相连，IGBT开关PWM驱动电路的左端输入口与智能柔性传输功角补偿装置DSP控制器电路的右端输入/输出口I/O相连，IGBT开关PWM驱动电路的下端左侧输入口与输电线路稳定类型判别电路的上端左侧输出口连接，IGBT开关PWM驱动电路的下端右侧输入口与输电线路稳定类型判别电路的上端右侧输出口相连；以便于根据由智能柔性传输功角补偿装置DSP控制器电路传输的控制变量ΔP(t)，ΔP_b(t)，Δα(t)判别输电线路静态或暂态稳定状况；输电线路稳定类型判别电路的上端左侧输出口与IGBT开关PWM驱动电路的下端左侧输入口相连，输电线路稳定类型判别电路的上端右侧输出口与IGBT开关PWM驱动电路的下端右侧输入口相连，输电线路稳定类型判别电路的左端输入/输出口I/O与智能柔性传输功角补偿装置DSP控制器电路的右端输入/输出口I/O相连；以便于根据由智能柔性传输功角补偿装置DSP控制器电路传输的控制变量ΔP(t)，ΔP_b(t)，Δα(t)判别输电线路静态或暂态稳定状况，若输电线路呈现暂态稳定问题，向IGBT开关PWM驱动电路输送控制变量ΔP_b(t)，Δα(t)，若输电线路呈现静态稳定问题，向IGBT开关PWM驱动电路输送控制变量ΔP(t)，Δα(t)；大电网侧参数检测电路的左端下侧输入/输出口I/O与功角偏移计算电路的右端输入/输出口I/O相连，大电网侧参数检测电路的左端上侧输入/输出口I/O与智能柔性传输功角补偿装置DSP控制器电路的下端右侧输入/输出口I/O相连，大电网侧参数检测电路的上端输入/输出口I/O在大电网侧母线r点与t时刻大电网侧电源向量的正极和输电线路电抗jX_L(t)的负极相连；输电线路电抗jX_L(t)的正极与串联功角补偿变压器T₂副边线圈T₂₂的负极相连，串联功角补偿变压器T₂副边线圈T₂₂的正极在微电网侧母线S点与微电网侧降压变压器T₁原边线圈T₁₁的正极、t时刻微电网侧电源向量的正极和微电网侧参数检测电路的左端输入/输出口I/O相连。