CN101719673A - 一种具有储能功能的有源电力滤波器 - Google Patents

一种具有储能功能的有源电力滤波器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有储能功能的有源电力滤波器，包括：有源电力滤波器，根据电网的高峰和低谷状态在数字控制电路的控制下进行储能操作或释放电能操作；双向升降压DC/DC变换器，用于对储能单元的充电曲线或放电曲线进行控制；储能单元，连接到双向升降压DC/DC变换器，用于存储来自电网的有功功率；数字控制电路，根据电网用电的高峰或低峰状态来控制储能单元、双向升降压DC/DC变换器和有源电力滤波器之间的储能操作或释放电能操作。该装置具有削峰填谷功能，可以将低谷电价时储存电能，在高峰电价时输出到电网，从而降低负载用电成本。

Description

一种具有储能功能的有源电力滤波器
技术领域
本发明涉及一种具有储能功能的有源电力滤波器，具体涉及一种使有源电力滤波器在改善电能质量的同时具有削峰填谷功能的电力控制装置，属于电能质量控制领域。
背景技术
近年来，电力电子装置和非线性负载的普遍使用，使谐波电流和无功电流大量注入电网，严重威胁电网和电气设备的安全运行与正常使用，对谐波无功进行滤波和补偿已被人们越来越重视。有源电力滤波器是改善电能质量的最好选择之一，因此发展非常迅速。有源电力滤波器是一种动态抑制谐波和补偿无功的电力电子装置，它能对频率和大小都变化的谐波和无功进行补偿，可以弥补无源滤波器的缺点，获得比无源滤波器更好的补偿特性，是一种理想的补偿谐波装置。
有源电力滤波器与无源滤波器相比成本较高，容量也受到功率模块的限制，因此其性价比相对较低。这是因为目前的有源电力滤波器的功能比较单一，除了对负载谐波电流进行补偿外，仅能够对无功功率进行适当的补偿。而通常无功功率比较大，如果利用有源电力滤波器同时进行无功补偿需要的模块的容量就会更大，成本也会大幅度提高，与传统的电容补偿相比其成本因素限制了这项功能的应用。
而目前，夜里电网处于用电低谷时段，此时的电网电价较低，白天电网处于用电高峰时段，此时的电网电价较高。因此如何把夜里所储存的低价电能在高峰电价时释放出来并向负载供电，以降低负载用电成本，从而提高有源电力滤波器利用的经济价值成为本领域技术人员努力方向。
发明内容
本发明目的是提供一种具有储能功能的有源电力滤波器，该装置具有削峰填谷功能，可以将低谷电价时储存电能，在高峰电价时输出到电网，从而降低负载用电成本。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种具有储能功能的有源电力滤波器，包括：
用于对负载谐波电流补偿的有源电力滤波器，该有源电力滤波器与电源电网并联，该有源电力滤波器的直流侧连接到双向升降压DC/DC变换器，根据电网的高峰和低谷状态在数字控制电路的控制下进行储能操作或释放电能操作；
双向升降压DC/DC变换器，双向升降压DC/DC变换器升压端连接在有源电力滤波器的直流侧，双向升降压DC/DC变换器降压端与储能单元相连接，用于对储能单元的充电曲线或放电曲线进行控制；
储能单元，连接到双向升降压DC/DC变换器，用于存储来自电网的有功功率；
数字控制电路，通过控制总线分别与有源电力滤波器、双向升降压DC/DC变换器、储能单元相连接，根据电网用电的高峰或低峰状态来控制储能单元、双向升降压DC/DC变换器和有源电力滤波器之间的储能操作或释放电能操作。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
1、上述方案中，所述双向升降压DC/DC变换器包括：与所述有源电力滤波器并联的第一滤波电容、与储能单元并联的第二滤波电容，一个储能电感与用于控制储能操作的第一功率开关串联，该储能电感另一端与第二滤波电容的一端连接，该第一功率开关另一端与第一滤波电容的一端连接；一个用于控制释放电能操作的第二功率开关，跨接于储能电感与第一功率开关的接点与第一滤波电容与第二滤波电容的接点之间；当处于储能操作状态，第一功率开关由脉冲宽度调制器根据数字控制电路设定的占空比进行储能控制，第二功率开关断开；当处于释放电能操作状态，第二功率开关由脉冲宽度调制器根据数字控制电路设定的占空比进行释放电能控制，第一功率开关断开，所述第一功率开关和第二功率开关均并联二极管。
2、上述方案中，所述储能单元是钒氧化还原液流电池或超级电容或飞轮电池。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：
1、本发明在传统有源电力滤波器的基础上增加一个储能单元，在完成谐波电流补偿功能的同时，将低谷电价时的电能进行储存，在高峰电价时通过有源电力滤波器向负载进行供电，从而有效降低负载的用电成本，提高有源电力滤波器经济使用价值。
2、本发明通过数字控制电路的控制，可以使有源电力滤波器完成对负载谐波电流进行补偿。同时，根据用电高峰和低谷时段的不同进行储能控制或者释放电能控制。即在用电低谷时段由于电价较低，利用有源电力滤波器经过双向升降压DC/DC变换器将电能储存在储能单元中，在用电高峰时电价较高，利用有源电力滤波器经过双向升降压DC/DC变换器将储能单元中的电能释放出来并向负载供应部分电能，从而降低用电成本。
3、本发明储能时，采用双向升降压DC/DC变换器对储能单元的充电曲线进行控制，这时有源电力滤波器的直流侧电压靠有源电力滤波器自身的有功功率调整来进行稳压控制。
4、本发明释放电能时，采用双向升降压DC/DC变换器对储能单元的放电曲线进行控制，这时有源电力滤波器的直流侧电压靠双向升降压DC/DC变换器来进行稳压控制，同时数字控制电路根据储能单元的储能情况将输出有功指令发送给有源电力滤波器。
附图说明
附图1为本发明具有削峰填谷功能的有源电力滤波器；
附图2为本发明双向升降压DC/DC变换器结构图；
附图3为本发明储能状态双向升降压DC/DC变换器工作原理；
附图4为本发明释放能量状态双向升降压DC/DC变换器工作原理。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例：一种具有储能功能的有源电力滤波器，包括：
用于对负载谐波电流补偿的有源电力滤波器103，该有源电力滤波器103与电源电网101并联，该有源电力滤波器103的直流侧连接到双向升降压DC/DC变换器104，根据电网的高峰和低谷状态在数字控制电路106的控制下进行储能操作或释放电能操作；
双向升降压DC/DC变换器104，双向升降压DC/DC变换器104升压端连接在有源电力滤波器103的直流侧，双向升降压DC/DC变换器104降压端与储能单元105相连接，用于对储能单元105的充电曲线或放电曲线进行控制，所述双向升降压DC/DC变换器104包括：与所述有源电力滤波器103并联的第一滤波电容201、与储能单元105并联的第二滤波电容205，一个储能电感204与用于控制储能操作的第一功率开关202串联，该储能电感204另一端与第二滤波电容205的一端连接，该第一功率开关202另一端与第一滤波电容201的一端连接；一个用于控制释放电能操作的第二功率开关203，跨接于储能电感204与第一功率开关202的接点与第一滤波电容201与第二滤波电容205的接点之间；当处于储能操作状态，第一功率开关202由脉冲宽度调制器根据数字控制电路106设定的占空比进行储能控制，第二功率开关203断开；当处于释放电能操作状态，第二功率开关202由脉冲宽度调制器根据数字控制电路106设定的占空比进行释放电能控制，第一功率开关202断开，所述第一功率开关202和第二功率开关203均并联二极管。
储能单元105，连接到双向升降压DC/DC变换器104，用于存储来自电网的有功功率，所述储能单元105是钒氧化还原液流电池或超级电容或飞轮电池；
数字控制电路106，通过控制总线分别与有源电力滤波器103、双向升降压DC/DC变换器104、储能单元105相连接，根据电网用电的高峰或低峰状态来控制储能单元105、双向升降压DC/DC变换器104和有源电力滤波器之间的储能操作或释放电能操作。
本实施例上述内容具体解释如下，负载102与传统有源电力滤波器APF103相并联并连接到电源电网101上。双向升降压DC/DC变换器104升压端连接在有源电力滤波器103的直流侧，双向升降压DC/DC变换器104降压端与储能单元105相连接。数字控制系统106通过控制总线分别与有源电力滤波器103、双向升降压DC/DC变换器104、储能单元105相连接，对上述模块分别控制。
如图1所示，包括：电源电网101、负载102、传统有源电力滤波器APF103、双向升降压DC/DC变换器104、储能单元105、数字控制系统106。
对负载102的谐波电流的补偿是由有源电力滤波器103实现的，通过对有源电力滤波器103的控制还能够向负载102提供有功功率和无功功率，也可以从电网吸收有功功率和无功功率。利用有源电力滤波器103的这个特点可以分时段对能量的流动进行控制。
夜里电网处于用电低谷时段，这时的电网电价较低，可以把较低电价的电能储存起来。等到白天时，电网处于用电高峰时段，这时的电网电价较高，因此可以把夜里所储存的低价电能释放出来并向负载供电。储能是从电网吸收有功功率，而释放电能则是向负载提供部分有功功率。
不论系统工作在何种状态，为了使谐波补偿功能正常，必须使有源电力滤波器103直流侧电压Udc稳定，见图1。当系统工作在储能状态时，有源电力滤波器103直流侧电压Udc是靠有源电力滤波器103从电网获取有功功率的大小来实现稳压的。这时双向升降压DC/DC变换器104工作在储能状态，电能由有源电力滤波器103向储能单元105流动，见图3。双向升降压DC/DC变换器104为降压斩波工作模式，第二功率开关203处于始终关断状态。第一功率开关202处于脉冲宽度调制器PWM控制状态，其占空比由数字控制电路106根据储能单元105的充电曲线来决定。
当系统工作在释放能量状态时，有源电力滤波器103直流侧电压Udc是靠双向升降压DC/DC变换器104来控制的。这时双向升降压DC/DC变换器104工作在释放能量状态，电能由储能单元105向有源电力滤波器103流动，见图4。双向升降压DC/DC变换器104为升压斩波工作模式，第一功率开关202处于始终关断状态。第二功率开关203处于脉冲宽度调制器PWM控制状态，其占空比由数字控制电路106根据有源电力滤波器103直流侧电压Udc来决定。由于储能单元105所储存的电能是有限的，双向升降压DC/DC变换器104输出的功率也是有限的，因此有源电力滤波器103向负载所供电能也必须受到限制。实际应用时，由数字控制电路106根据储能单元105的放电曲线来设定有源电力滤波器103的输出功率。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种具有储能功能的有源电力滤波器，其特征在于：包括：
用于对负载(102)谐波电流补偿的有源电力滤波器(103)、双向升降压DC/DC变换器(104)、储能单元(105)和数字控制电路(106)，
所述有源电力滤波器(103)与电源电网(101)并联，该有源电力滤波器(103)的直流侧连接到所述双向升降压DC/DC变换器(104)的升压端，根据电网的高峰和低谷状态在所述数字控制电路(106)的控制下进行储能操作或释放电能操作；
所述双向升降压DC/DC变换器(104)降压端与储能单元(105)相连接，用于对所述储能单元(105)的充电曲线或放电曲线进行控制；
所述储能单元(105)，用于存储来自电网的有功功率；
所述数字控制电路(106)通过控制总线分别与所述有源电力滤波器(103)、所述双向升降压DC/DC变换器(104)和所述储能单元(105)相连接，根据电网用电的高峰或低峰状态来控制该储能单元(105)、双向升降压DC/DC变换器(104)和有源电力滤波器(103)之间的储能操作或释放电能操作。
2.根据权利要求1所述的有源电力滤波器，其特征在于：所述双向升降压DC/DC变换器(104)包括：与所述有源电力滤波器(103)并联的第一滤波电容(201)、与储能单元(105)并联的第二滤波电容(205)，一个储能电感(204)与用于控制储能操作的第一功率开关(202)串联，该储能电感(204)另一端与第二滤波电容(205)的一端连接，该第一功率开关(202)另一端与第一滤波电容(201)的一端连接；一个用于控制释放电能操作的第二功率开关(203)，跨接于储能电感(204)与第一功率开关(202)的接点与第一滤波电容(201)与第二滤波电容(205)的接点之间；当处于储能操作状态，第一功率开关(202)由脉冲宽度调制器根据数字控制电路(106)设定的占空比进行储能控制，第二功率开关(203)断开；当处于释放电能操作状态，第二功率开关(202)由脉冲宽度调制器根据数字控制电路(106)设定的占空比进行释放电能控制，第一功率开关(202)断开。
3.根据权利要求1所述的有源电力滤波器，其特征在于：所述储能单元(105)是钒氧化还原液流电池或超级电容或飞轮电池。
4.根据权利要求2所述的有源电力滤波器，其特征在于：所述第一功率开关(202)和第二功率开关(203)均并联二极管。
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