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专利号: 201910611166X
申请人: 三峡大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-01
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.泛在电力物联网电能质量技术经济运行方法,其特征在于包括以下步骤:步骤1:建立基于泛在电力物联网的电能质量PQ运行架构;

步骤2:建立基于设备改进的混合动力系统,对电能质量PQ扰动进行治理;

步骤2中,混合动力系统为包含光伏、风能的单机母线系统,该系统的切断和连接利用公共连接点PCC处岛互连装置;

其中,混合动力系统中动态电压调节器DVR、并联型有源滤波器SAPF将治理后的信号,通过PCC连接点处的岛互连装置与负载侧连接,作为整个系统的输出信号;

其中,岛互连装置为允许分布式能源与电力系统分离的设备,该装置提供正常并联装置的功能,使得分布式能源与系统重新连接;

步骤2中,混合动力系统连接有并联型有源滤波器SAPF、动态电压调节器DVR;

并联型有源滤波器SAPF,用于对光伏产生的电能质量PQ扰动进行治理,将谐波控制器通过脉冲宽度调制,作为SAPF的输入端信号,对光伏系统输出电能质量进行改善;

动态电压调节器DVR,用于风能系统产生的电能质量PQ扰动进行治理;

风力涡轮机轴通过变速箱与永磁同步发电机PMSG转子相连,通过调节螺旋角和确定叶尖速比提取最大功率,输出依次接入发电机侧整流器,升压降压转换器,负载侧转换器与动态电压调节器DVR连接;

步骤3:建立基于用户侧的电能质量PQ经济运行方法。

2.根据权利要求1所述泛在电力物联网电能质量技术经济运行方法,其特征在于:步骤1中,所述电能质量PQ运行架构包括:

感知层,将泛在电力物联网的末端信息进行采集和上传,末端信息包括设备运行环境、设备运行状态、设备自身信息,是实现平台层处理和应用层服务的数据基础来源;

网络层,进行信息传输,是泛在电力物联网业务数据传输的通道;

平台层,建立常态数据治理平台;

应用层,对信息整合、管理、分析;

运行架构还包括:

网络侧,对设备进行电能质量PQ扰动治理,为用户侧自主选择不同等级PQ套餐提供了基础;

用户侧,自主选择不同等级电能质量PQ套餐、自主选择电能质量PQ治理方案。

3.根据权利要求1所述泛在电力物联网电能质量技术经济运行方法,其特征在于:步骤2中,风能采用叶尖速比、光伏采用扰动观测技术,应用最大功率点跟踪MPPT控制策略提取可用的最大功率;

由光伏系统产生的电能质量PQ扰动主要表现为谐波,由风能系统产生的电能质量PQ扰动主要表现为电压波动和三相不平衡;

风能采用叶尖速比,应用最大功率点跟踪MPPT控制策略提取可用的最大功率步骤如下:涡轮从风力中获取的机械功率由式(1)给出:

2

式(1)中,Pm为机械功率,ρ为空气密度(kg/m3),β为螺旋角,A为覆盖面积(m),v为风速(m/s),Cp(β,λ)为风力发电机的功率系数;叶尖速比λ如式(2)所示:其中,Ωt为涡轮转速(rad/s),R为涡轮叶片半径(m),v为风速(m/s),e为自然对数;此外,风力系数主要取决为螺旋角β和叶尖速比λ,如式(3)所示:其中 λi代表i时刻叶尖速比;

为确保最大功率点跟踪控制,涡轮转速必须随风速变化,使得最佳叶尖速比(λopt)保持在最佳值,为此,涡轮机的最大跟踪功率Pm.max如式(4)所示:2

其中,Pm为机械功率,ρ为空气密度(kg/m3),β为螺旋角,A为覆盖面积(m),R为涡轮叶片半径(m),CP.max为风力发电机的最大功率系数,Ωt.opt为最佳涡轮转速,λopt为最佳叶尖速比;

最大转矩Γm.max如式(5)所示:

其中Ωt.opt为最佳涡轮转速,Pm.max为最大跟踪功率;

风力涡轮机轴通过变速箱与永磁同步发电机PMSG转子相连,变速箱使风机的低转速Ωt与永磁同步发电机PMSG的快速驱动轴Ωg相适应;变速箱模型如式(6)所示:Ωg=GΩt (6)

式(6)中,G为齿轮箱的传动比,Ωt为风机的低转速,Ωg为PMSG的高转速;为了提取最大功率,在可变风速情况下,调节发动机的转速,使叶尖比速保持在最佳值λopt=8.1,螺旋角β为零;

光伏采用扰动观测技术,应用最大功率点跟踪MPPT控制策略提取可用的最大功率步骤如下:光伏阵列块由光伏组件构成;阵列由串并联的模块组成,单个的光伏电池电气模型中,电流源Iph表示电池的光电流,Rsh和rs分别是电池的并联电阻和串联电阻;

在二极管等效模型中电流和电压之间的数学关系如式(7)所示:二极管热电压如式(8)所示:

对于串联的Ns模块和并联Np模块组成的光伏阵列,PV电流(Ipv)和PV电压(Vpv)如式(9)和式(10)所示:Rse和Rpe分别是等效串联电阻和并联电阻,NS为二极管的理想因子;

光伏采用扰动观测的MPPT是通过将光伏板的终端电压调整到最大功率点电压Vmpp来实现的。