CN101795005B - 一种蓄电池储能调节装置 - Google Patents
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本发明涉及一种蓄电池储能调节装置，其特征在于，它包括：至少两个充放电管理系统，其的交流侧均并联接入一公共母线上后，再通过一变压器接入高压主母线；每一所述充放电管理系统的直流端连接一蓄电池组，控制所述蓄电池组在上、下限电压值范围内与所述高压主母线和公共母线形成的PCC点进行有功功率、无功功率的双向调节，使所述PCC点的电压和频率稳定；一系统主监控器，其通过若干CAN接口与各所述充放电管理系统进行信息交互，并按照所述充放电管理系统的指令，控制外部备用电源为所述高压主母线供电或者控制卸载电荷消耗掉所述高压主母线输出的电能，使所述PCC点的电压和频率稳定。本发明易于实现，节约了成本，且适用与兆瓦级风电机组组成独立电源系统，适用于海上油田平台和偏远地区的供电。
Description
技术领域
本发明涉及一种电能调节装置，特别是关于一种蓄电池储能调节装置(PowerConditioning System，PCS)。
背景技术
我国电网尚无法覆盖全国各个区域，比如偏远地区、海上油田平台等，这是由于远距离输电，不仅会造成很多电能损耗，大大提高成本，而且实现难度也很大。众所周知，海上和有些偏远地区风资源丰富，如果能够有效地利用风资源，建立一个独立电源系统，则可以很好地解决“孤岛电网”供电难的问题。但是，由于风能的间歇性、波动性和不可控性等特点，因此需要一个蓄电池储能调节装置来平衡风机风力的波动，以稳定独立电源系统的输出电压和频率，提高电能质量。就目前已有的技术而言，适合与千瓦级风电机组组成独立电源系统的蓄电池储能调节装置已有应用，而适合与兆瓦级风电机组组成独立电源系统的蓄电池储能调节装置现在还没有，而且从千瓦级到兆瓦级的风电独立系统的电压和频率波动增大，系统的电压和频率稳定控制面临更大的挑战，需要更加优越的控制方法和合理的系统结构来保证系统的稳定性。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种易于实现，节约成本，且适用与兆瓦级风电机组组成独立电源系统的蓄电池储能调节装置。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种蓄电池储能调节装置，其特征在于，它包括：至少两个充放电管理系统，其的交流侧均并联接入一公共母线上后，再通过一变压器接入高压主母线；每一所述充放电管理系统的直流端连接一蓄电池组，控制所述蓄电池组在上、下限电压值范围内与所述高压主母线和公共母线形成的PCC点进行有功功率、无功功率的双向调节，使所述PCC点的电压和频率稳定；一系统主监控器，其通过若干CAN接口与各所述充放电管理系统进行信息交互，并按照所述充放电管理系统的指令，控制外部备用电源为所述高压主母线供电或者控制卸载电荷消耗掉所述高压主母线输出的电能，使所述PCC点的电压和频率稳定。
每一所述充放电管理系统包括：一电压源逆变器，其与所述PCC点之间进行有功功率、无功功率双向调节，使所述PCC点的电压和频率稳定；若干电能要素采样器，采集所述高压主母线的实际电能要素，所述电压源逆变器与变压器之间的公共母线上的电能要素，以及所述蓄电池组两端的电压；模数转换模块，将所述电能要素采样器采集到的各种电能要素转换成数字信号；一DSP核心控制器，其中预设置有所述PCC点电压和频率值，以及所述蓄电池组两端的上、下限电压值；所述DSP核心控制器根据所述模数转换模块输入的电能要素，控制所述PCC点电压和频率为预设值，同时判断所述蓄电池组两端的电压值是否超出了所述预设的上、下限电压值，以控制所述电压源逆变器和/或所述系统主监控器的工作。
所述电能要素采样器采集的电能要素包括电压、频率和电流。
当所述DSP核心控制器判断出所述PCC点的实际电压、频率值均大于所述预设的电压、频率值，且所述蓄电池组两端的电压值位于所述预设的上、下限电压范围内时，所述电压源逆变器吸收有功功率，使所述PCC点电压、频率稳定为预设值。
当所述DSP核心控制器判断出所述PCC点的实际电压、频率值均大于所述预设的电压、频率值，且所述蓄电池组两端的电压值与所述预设上限电压值相等时，所述DSP核心控制器通过所述系统主监控器控制卸载负荷消耗掉所述高压主母线输出的电能，使所述PCC点电压、频率稳定为预设值。
当所述DSP核心控制器判断出实际有功功率值小于预设的额定有功功率值，且所述蓄电池组两端的电压值位于所述预设的上、下限电压范围内时，所述电压源逆变器发出有功功率，使PCC点的电压和频率稳定为预设值。
当所述DSP核心控制器判断出实际有功功率值小于预设的额定有功功率值，且所述蓄电池组两端的电压值位于所述预设的上、下限电压范围内时，所述电压源逆变器发出有功功率，同时所述DSP核心控制器通过所述系统主监控器启动所述外部备用电源给所述高压主母线供电，使PCC点的电压和频率稳定为预设值。
当所述DSP核心控制器判断出实际有功功率值小于所述预设的额定有功功率值，且所述蓄电池组两端的电压值与所述预设的下限电压值相等时，所述DSP核心控制器通过所述系统主监控器启动外部备用电源给所述高压主母线供电，使PCC点的电压和频率稳定为预设值。
还包括一上位机，其通过RS485接口与所述系统主监控器进行信息交互，以对所述充放电管理系统进行远程监测与控制；所述上位机包括一人机界面，其通过所述CAN接口与所述系统主监控器进行信息交互，以对所述充放电管理系统进行人机对话、远程控制。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、由于本发明包括至少两个与蓄电池组相对应的充放电管理系统，且每一充放电管理系统采用了DSP核心控制器，其中预设置有一额定有功功率值和无功功率值，以及蓄电池组两端的电压的上、下限值，DSP核心控制器根据模数转换模块输入的电能要素，计算出高压主母线的实际有功功率值和无功功率值，并将实际有功功率值和无功功率值分别与预设的额定有功功率值和无功功率值进行比较，同时判断蓄电池组两端的电压值是否超出了预设的电压上、下限，以通过电压源逆变器控制蓄电池组与PCC点之间进行有功功率、无功功率双向交换，因此可以很容易地控制了PCC点的频率和电压保持稳定，从而提高了电能的输出质量，而且还适用于与兆瓦级风电机组组成独立电源系统。2、由于本发明的每一蓄电池组可以直接插入对应的充放电管理系统的直流端，且每一充放电管理系统并联接入一公共母线上，并分别通过一变压器接入高压主母线，因此可以降低每个充放电管理系统的额定容量，便于实现。本发明易于实现，节约了成本，且适用与兆瓦级风电机组组成独立电源系统，适用于海上油田平台和偏远地区的供电。
附图说明
图1是本发明的结构示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明包括至少两个充放电管理系统1、一系统主监控器2和若干CAN接口3。其中，充放电管理系统1与蓄电池组4一一对应，每一充放电管理系统1的直流端连接对应的蓄电池组4，并控制相应蓄电池组4进行充放电。各充放电系统1分别通过一CAN接口3与系统主监控器2进行信息交互，每一充放电管理系统1的交流侧并联接入一公共母线5上，再通过一变压器6接入高压主母线7(相当于电网)，公共母线5与高压主母线7之间的接点形成一PCC点(Point of common coupling，公共耦合点)，PCC点的电压和频率值的稳定，保证负荷11用电的稳定。本实施例中，蓄电池组4可以采用现有的钛酸锂电池、钠硫电池、液流电池、锂电池和铅酸电池中的任一种或多种。
本发明的每一充放电管理系统1包括一电压源逆变器8、若干电能要素采样器9、模数转换模块10和一DSP核心控制器11。其中，电压源逆变器8按照DSP核心控制器11的指令，与PCC点之间进行有功功率、无功功率双向调节，电压源逆变器8吸收有功功率时，即将高压主母线7上剩余的电量存储在蓄电池组4中；电压源逆变器8发出有功功率时，即蓄电池组4通过公共母线5给高压主母线7供电。电能要素采样器9用于采集高压主母线7的实际电能要素，电压源逆变器8与变压器6之间的公共母线5上的电能要素，以及蓄电池组4两端的电压Vdc。电能要素通常包括电压、频率和电流，本实施例中，电能要素采样器9可以是电压霍尔传感器和电流霍尔传感器。模数转换模块10将电能要素采样器9采集到的各种电能要素转换成数字信号。DSP核心控制器11中预设置有PCC点电压和频率值，以及蓄电池组4两端的上、下限电压值。DSP核心控制器11根据模数转换模块10输入的电能要素，控制PCC点电压和频率为预设值，同时判断蓄电池组4两端的电压值是否超出了预设的上、下限电压值，以控制电压源逆变器8和/或系统主监控器2的工作。
DSP核心控制器11对系统主监控器2的控制情况是：一旦判断出蓄电池组4两端的电压值大于预设的上限电压值，DSP核心控制器11通过系统主监控器2，控制卸载负荷消耗掉高压主母线7输出的电能，使PCC点的电压和频率稳定为预设值。若判断出蓄电池组4两端的电压值小于预设的下限电压值，DSP核心控制器11通过系统主监控器2，控制外部备用电源启动，向高压主母线7供电，使PCC点的电压和频率稳定为预设值。
上述实施例中，本发明还包括一上位机12，其通过RS485接口13与系统主监控器2进行信息交互，以对本发明进行远程监测与控制。上位机12还包括一人机界面14，其通过CAN接口3与系统主监控器2进行信息交互，以对充放电管理系统1进行人机对话、远程控制等。
本发明对电能进行调节的工作如下：
1)当DSP核心控制器11判断出PCC点的实际电压、频率值均大于预设的PCC点电压、频率值，且蓄电池组4两端的电压值位于预设的上、下限电压范围内时，电压源逆变器8吸收有功功率，即电压源逆变器8将高压主母线7中剩余的电能存储在蓄电池组4中，使PCC点电压、频率稳定为预设值。
2)当DSP核心控制器11判断出PCC点的实际电压、频率值均大于预设的PCC点电压、频率值，且蓄电池组4两端的电压值与预设上限电压值相等时，DSP核心控制器11通过系统主监控器2控制卸载负荷消耗掉高压主母线7输出的电能，使PCC点电压、频率稳定为预设值。
3)当DSP核心控制器11判断出PCC点的实际电压频率值小于预设的PCC点电压、频率值，且蓄电池组4两端的电压值位于预设的上、下限电压范围内时，电压源逆变器8发出有功功率，即电压源逆变器8将蓄电池组4中存储的电能通过公共母线5给高压主母线7供电，使PCC点电压、频率稳定为预设值。
4)当DSP核心控制器11判断出PCC点的实际电压频率值小于预设的PCC点电压、频率值，且蓄电池组4两端的电压值与预设的下限电压值相等时，DSP核心控制器11通过系统主监控器2启动外部备用电源给高压主母线7供电，使PCC点电压、频率稳定为预设值。
本发明通过与PCC点之间的有功功率、无功功率的双向调节，即四象限运行。在本发明与兆瓦级风电机组组成独立电源系统出现扰动时，本发明可以在额定范围内动态平衡独立电源系统的有功功率和无功功率，以控制PCC点的频率和电压稳定为预设值。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (8)
1.一种蓄电池储能调节装置，其特征在于，它包括：
至少两个充放电管理系统，其的交流侧均并联接入一公共母线上后，再通过一变压器接入高压主母线；每一所述充放电管理系统的直流端连接一蓄电池组，控制所述蓄电池组在上、下限电压值范围内与所述高压主母线和公共母线形成的PCC点进行有功功率、无功功率的双向调节，使所述PCC点的电压和频率稳定；
一系统主监控器，其通过若干CAN接口与各所述充放电管理系统进行信息交互，并按照所述充放电管理系统的指令，控制外部备用电源为所述高压主母线供电或者控制卸载负荷消耗掉所述高压主母线输出的电能，使所述PCC点的电压和频率稳定。
2.如权利要求1所述的一种蓄电池储能调节装置，其特征在于，每一所述充放电管理系统包括：
一电压源逆变器，其与所述PCC点之间进行有功功率、无功功率双向调节，使所述PCC点的电压和频率稳定；
若干电能要素采样器，采集所述高压主母线的实际电能要素，所述电压源逆变器与变压器之间的公共母线上的电能要素，以及所述蓄电池组两端的电压；
模数转换模块，将所述电能要素采样器采集到的各种电能要素转换成数字信号；
一DSP核心控制器，其中预设置有所述PCC点电压和频率值，以及所述蓄电池组两端的上、下限电压值；
所述DSP核心控制器根据所述模数转换模块输入的电能要素，控制所述PCC点电压和频率为预设值，同时判断所述蓄电池组两端的电压值是否超出了所述预设的上、下限电压值，以控制所述电压源逆变器和/或所述系统主监控器的工作。
3.如权利要求2所述的一种蓄电池储能调节装置，其特征在于：所述电能要素采样器采集的电能要素包括电压、频率和电流。
4.如权利要求2所述的一种蓄电池储能调节装置，其特征在于：当所述DSP核心控制器判断出所述PCC点的实际电压、频率值均大于所述预设的电压、频率值，且所述蓄电池组两端的电压值位于所述预设的上、下限电压范围内时，所述电压源逆变器吸收有功功率，使所述PCC点电压、频率稳定为预设值。
5.如权利要求2所述的一种蓄电池储能调节装置，其特征在于：当所述DSP核心控制器判断出所述PCC点的实际电压、频率值均大于所述预设的电压、频率值，且所述蓄电池组两端的电压值与所述预设上限电压值相等时，所述DSP核心控制器通过所述系统主监控器控制卸载负荷消耗掉所述高压主母线输出的电能，使所述PCC点电压、频率稳定为预设值。
6.如权利要求2所述的一种蓄电池储能调节装置，其特征在于：当所述DSP核心控制器判断出所述PCC点的实际电压频率值小于所述预设的电压、频率值，且所述蓄电池组两端的电压值位于所述预设的上、下限电压范围内时，所述电压源逆变器发出有功功率，使PCC点的电压和频率稳定为预设值。
7.如权利要求2所述的一种蓄电池储能调节装置，其特征在于：当所述DSP核心控制器判断出所述PCC点的实际电压频率值小于所述预设的电压、频率值，且所述蓄电池组两端的电压值与所述预设的下限电压值相等时，所述DSP核心控制器通过所述系统主监控器启动外部备用电源给所述高压主母线供电，使PCC点的电压和频率稳定为预设值。
8.如权利要求1或2或4或5或6或7所述的一种蓄电池储能调节装置，其特征在于：还包括一上位机，其通过RS485接口与所述系统主监控器进行信息交互，以对所述充放电管理系统进行远程监测与控制；所述上位机包括一人机界面，其通过所述CAN接口与所述系统主监控器进行信息交互，以对所述充放电管理系统进行人机对话、远程控制。
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