CN104701838A - 基于蓄电池储能的统一电能质量调节装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于蓄电池储能的统一电能质量调节装置,使用含DVR[2]、DSTATCOM[1]、蓄电池[8]储能的统一潮流控制器的系统结构,同时结合了DSTATCOM[1]、DVR[2]以及双向DC/DC[3]三种拓扑结构的优点,对电网[16]电能质量进行调节,能够解决电压波动、瞬时电压中断、电力谐波等电能质量综合调节问题,还可以实现在同一个控制装置中同时对有功和无功功率协调控制,提高供电的可靠性和经济性。
Description
技术领域
本发明为一种基于蓄电池储能的统一电能质量调节装置,涉及电网电能质量的优化和控制,属于电力自动化设备领域。
背景技术
现代社会的迅猛发展对电能质量提出了更高的要求,各地电力部门在电能质量方面面临重大挑战:雷击极易造成电压跌落或瞬时供电中断;大规模新能源发电并网运行极易引起供电电压波动;大规模电动汽车电池充电负荷将引起严重的电网谐波。因此,我们发明一种在低压配电系统用户区中切实可行的储能和补偿装置,以解决电压波动、瞬时电压中断、电力谐波等电能质量综合调节问题,同时对有功和无功功率协调控制,提高供电的可靠性和经济性。
目前,解决上述配电系统电能质量问题可以采用电能质量调节器(power quality conditioner,PQC),PQC包括动态电压恢复器(dynamic voltage restorer,DVR)和配电静止同步补偿器(distribution static synchronous compensator,DSTATCOM)。DVR串联接入配电网,在电网系统电压波动或停电故障期间,通过储能单元的能量吸收或释放,提供有功支持,以消除电压波动和短时供电中断对用户区馈线上负荷产生影响。DSTATCOM并联接入配电网,既可以对感性负载进行无功补偿,又可以吸收电动汽车充电产生的谐波,防止这些扰动通过低压配电网影响到其他用户。
在配电系统同时使用含DVR、DSTATCOM、蓄电池储能的统一潮流控制器的系统结构,不仅可以解决电压波动、瞬时电压中断、电力谐波等电能质量综合调节问题,还可以实现在同一个控制装置中同时对有功和无功功率协调控制,提高供电的可靠性和经济性。
发明内容
整个装置的核心从硬件上看,主要由3个模块构成,分别是DSTATCOM[1],DVR[2]以及双向DC/DC[3]。其中DSTATCOM[1]由一个全桥电路[4],3个滤波电感[5],一个三相变压器[6]组成。DSTATCOM[1]中的三相变压器[6]是并联接入电网[16]的,其主要工作是为电网[16]提供有功和无功电流,同时保证直流侧电容[7]的电压稳定,使DVR[2]有足够的能量补偿电网[16]电压,同时,当蓄电池[8]电量不足时,为蓄电池[8]充电。DVR[2]由一个全桥电路[9],3个滤波电感[10],3个单相变压器[11]组成,DVR[2]的变压器[11]是串接到电网[16]中的,其最主要的工作是,当电网[16]电压不稳定时能够通过3个变压器[11]串入一个电压源,从而保证用户端[15]的电压稳定。DVR[2]和DSTATCOM[1]的直流母线通过电容[7]相互连接,作为系统的能源缓冲。DSTATCOM[1]在电网[16]中的角色相当于电流源,能够发出一定的有功和无功电流供给电网[16],或者从电网[16]中吸收一定的有功和无功电流,从而改善电能质量。DVR[2]在电网[16]中的角色相当于电压源,其能够在电网[16]电压跌落时输出一定的电压,以保证用户端[15]电压稳定。双向DC/DC[3]由两个IGBT单管[12]和一个滤波电感[13]组成。双向DC/DC[3]通过连接一个蓄电池[8]和直流母线电容[7],使得蓄电池[8]和直流母线上的能源能够相互流动。蓄电池[8]作为系统的后备能源,当蓄电池[8]电量不足时,通过DSTATCOM[1]对蓄电池[8]进行充电,当系统需要发出有功能量时,通过DSTATCOM[1]或DVR[2]对蓄电池[8]进行放电。
整个系统使用DSP控制器[14]进行控制,DSP控制器[14]发出PWM对DSTATCOM全桥电路[4]、DVR全桥电路[2]、IGBT单管进行控制[12]。整个系统根据拓扑结构可以分为以下运行模式:DSTATCOM[1]单独运行;DSTATCOM[1]和DVR[2]协调运行;双向DC/DC[3]和DVR[2]协调运行;双向DC/DC[3]和DSTATCOM[1]协调运行;双向DC/DC[3]、DVR[2]和DSTATCOM[1]同时协调运行。DSTATCOM[1]单独运行时主要为电网[16]提供无功电流;DSTATCOM[1]和DVR[2]协调运行时,不但可以为电网提供无功电流,还能够稳定用户端[15]电压;双向DC/DC[3]和DVR[2]协调运行时主要是在电网断电时为用户提供电能;双向DC/DC[3]和DSTATCOM[1]协调运行时,主要为蓄电池[8]充电;双向DC/DC[3]、DVR[2]和DSTATCOM[1]同时运行时,将自动地在各个运行模式之间进行切换。
附图说明
图1基于蓄电池储能的统一电能质量调节器总体框图
图中:
[1]DSTATCOM系统
[2]DVR系统
[3]双向DC/DC
[4]DSTATCOM全桥电路
[5]DSTATCOM滤波电感
[6]三相变压器
[7]直流侧电容
[8]蓄电池
[9]DVR全桥电路
[10]DVR滤波电感
[11]单相变压器
[12]IGBT单管
[13]双向DC/DC滤波电感
[14]DSP控制器
[15]用户端
[16]电网。
Claims (9)
1.一种基于蓄电池储能的统一电能质量调节器。其特征在于同时结合了DSTATCOM[1]、DVR[2]以及双向DC/DC[3]三种拓扑结构的优点,对电网[16]电能质量进行调节,同时维持用户端[15]电压稳定。
2.根据权利要求1所述的统一电能质量调节器装置,其特征还在于该装置是基于蓄电池储能的,蓄电池[8]能够保证系统在电网[16]断电的情况下稳定运行,同时稳定用户端[15]电压。
3.根据权利要求2所述的统一电能质量调节器装置,其特征还在于该装置中蓄电池[8]和直流侧是通过双向DC/DC电路[3]连接的,这样使得系统能够对蓄电池组[8]进行充放电控制。
4.根据权利要求1所述的统一电能质量调节器装置,其特征还在于该装置具有多种运行模式:DSTATCOM[1]单独运行;DSTATCOM[1]和DVR[2]协调运行;双向DC/DC[3]和DVR[2]协调运行;双向DC/DC[3]和DSTATCOM[1]协调运行;双向DC/DC[3]、DVR[2]和DSTATCOM[1]同时协调运行。
5.根据权利要求4所述的统一电能质量调节器装置,其特征在于,当DSTATCOM[1]单独运行时,系统可以根据用户设置发出一定的无功功率供给电网[16]。
6.根据权利要求4所述的统一电能质量调节器装置,其特征在于,当DSTATCOM[1]和DVR[2]协调运行时,系统可以根据用户设置发出一定的无功功率供给电网[16],同时保持用户端[15]电压稳定。
7.根据权利要求4所述的统一电能质量调节器装置,其特征在于,当双向DCDC[3]和DVR[2]协调运行时,系统能够在电网断电的情况下为用户提供电能,保持用户端[15]电压稳定。
8.根据权利要求4所述的统一电能质量调节器装置,其特征在于,当双向DC/DC[3]和DSTATCOM[1]协调运行时,系统能够给蓄电池[8]进行充电,同时也能根据用户设置发出一定的无功功率供给电网[16]。
9.根据权利要求4所述的统一电能质量调节器装置,其特征在于,当双向DC/DC[3]、DVR[2]和DSTATCOM[1]同时协调运行时,系统能够自动地在各个模式之间进行切换。
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