CN106159979A - 电网的控制系统及配电网 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电网的控制系统及配电网，其中所述控制系统包括：至少一个储能变频器，被配置为在第一状态下存储来自所述至少一个储能变频器所连接的电机产生的能量，在第二状态下向所述电机释放存储的能量；至少一个监测模块，被配置为对所述至少一个储能变频器的电压和电流进行监测，将监测到的电压和电流对应的信号输出到第一控制器；第一控制器，被配置为接收来自所述至少一个监测模块的监测到的电压和电流对应的信号，基于监测到的电压和电流对应的信号控制所述至少一个储能变频器的至少一部分进入第一状态或第二状态。与现有技术相比，本发明实施例可以显著提升配电网的能量利用率。

Description

电网的控制系统及配电网
技术领域
本发明涉及电力控制和电能利用领域，尤其涉及一种电网的控制系统及配电网。
背景技术
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。高压变频器一般是连在电网的三相输入与电机之间，电机带动负载。由于负载的状况不同，例如机车的起动、致动、加速、减速时的耗能都是不同的，因此在实际运转中要根据负载的变化调节电机的转速，而电机的转速是靠高压变频器向电机输出不同频率的电压来调节的。因此，高压变频器起到在实际运转中根据负载的变化调节供给电机的电压频率的作用。
现有的配电网中，存在着大量能量浪费的情况。以与变频器连接的电机为例，在电机的制动状态，基于电机的机械惯性而使得其仍然以一定的转速自行转动，因而在该状态下电机自行产生机械能。而基于现有技术这部分机械能白白浪费掉了。
发明内容
本发明的目的之一是减少配电网中的能量浪费，提高配电网的能源利用效率。
根据本发明的一个实施例，提供了一种电网的控制系统，包括：
至少一个储能变频器，被配置为在第一状态下存储来自所述至少一个储能变频器所连接的电机产生的能量，在第二状态下向所述电机释放存储的能量；
至少一个监测模块，被配置为对所述至少一个储能变频器的电压和电流进行监测，将监测到的电压和电流对应的信号输出到第一控制器；
第一控制器，被配置为接收来自所述至少一个监测模块的监测到的电压和电流对应的信号，基于监测到的电压和电流对应的信号控制所述至少一个储能变频器的至少一部分进入第一状态或第二状态。
根据本发明的另一个实施例，还提供了一种配电网，包括：
电网，
对所述电网进行控制的上述的控制系统。
与现有技术相比，本发明的实施例具有以下优点：通过在电网的控制系统中提供至少一个储能变频器，在对应的状态下，例如电机的制动状态下把由于电机的机械惯性而使得其仍然以一定的转速自行转动产生的机械能存储起来，而在需要更多能量的情况下放出来，有效提升配电网的能源利用率。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为根据本发明一个实施例的包括电网和电网的控制系统1的整个配电网的结构示意图；
图2示出了根据本发明一个实施例的储能变频器的具体电路结构；
图3为根据本发明一个实施例的配电网的结构示意图，其中详细示出了第一控制器的具体结构；
图4为根据本发明一个实施例的储能变频器的结构示意图，其中详细示出了储能管理单元的具体结构。
附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
图1为根据本发明一个实施例的配电网的结构示意图，其包括电网和电网的控制系统1。根据图1，所述控制系统1包括：
至少一个储能变频器13，被配置为在第一状态下存储来自所述至少一个储能变频器13所连接的电机产生的能量，在第二状态下向所述电机释放存储的能量；
至少一个监测模块11，被配置为对所述至少一个储能变频器的电压和电流进行监测，将监测到的电压和电流对应的信号输出到第一控制器12；
第一控制器12，被配置为接收来自所述至少一个监测模块11的监测到的电压和电流对应的信号，基于监测到的电压和电流对应的信号控制所述至少一个储能变频器13的至少一部分进入第一状态或第二状态。
其中所述储能变频器是指带有储能功能的变频器。现有的变频器是不带有储能功能的。储能变频器的具体实现将在下面结合图2、4阐述。
其中所述第一状态可以指所述储能变频器13所连接的电机产生了多余的能量可以存储起来的状态，例如前述机车的制动状况。
其中所述第二状态可以指提供给所述储能变频器13所连接的电机的能量不能满足其需要的状态,例如机车的启动状态。
也即在第一状态下，能量从电机流向储能变频器，在第二状态下，能量从储能变频器流向电机。
至少一个监测模块11可以包括电压计和电流计，其可以对所述至少一个储能变频器的电压和电流进行监测。
第一控制器12基于监测到的电压和电流对应的信号控制所述至少一个储能变频器13的至少一部分进入第一状态或第二状态。这是因为，监测到的储能变频器的电压和电流是能够反映其连接的电机产生的功率和需要的功率的。例如，在制动状态下，电机基于机械惯性其转速仍未改变，从而电机产生反电动势，使储能变频器上电压升高等。这样，从监测到的储能变频器的电压和电流，就能推断出所连的电机产生功率或需要功率的情况。第一控制器接着就能根据电机产生功率或需要功率的情况决定让储能变频器存储还是释放能量，即进入第一或第二状态。它还能从监测到的储能变频器的电压和电流中，推断出所连的电机产生功率或需要功率的多少，进而控制进入第一状态或第二状态的储能变频器的数量。
由于上述实施例能控制进入第一状态或第二状态的储能变频器的数量，因此能非常精确地控制配电网的能源使用，从而进一步提高配电网的能源利用率。
可选地，为了进一步说明所述储能变频器的结构，请参考图2，所述至少一个储能变频器13中的每个储能变频器包括：
整流单元101，被配置为将输入储能变频器的第一频率的交流电压变换为直流电压；
逆变单元102，被配置为将直流电压逆变成第二频率的交流电压；
储能装置103，连接在所述整流单元101和逆变单元102之间，包括储能单元1031和储能管理单元1032，其中所述储能管理单元1032被配置为在第一状态下使所述储能单元充电，在第二状态下使所述储能单元放电。
如图2所示，所述整流单元101可以包括滤波电抗器L1和开关IGBT(绝缘栅双极型晶体管)S11～S16组成的全桥整流电路，所述全桥整流电路通过电抗器L2和晶体管D1及开关SDC1连接形成一级升压电路。IGBT的开通和关断与滤波电抗器L1共同作用产生了与输入电压相位一致的正弦电流波形，如此消除对电网的谐波污染。
如图2所示，所述逆变单元102可以包括6个IGBT(S21～S26)组成的全桥整流电路，所述逆变单元102中的S21和S24之间、S23和S26之间以及S25和S22之间分别连接到电机的三相电路的每一相上。
如图2所示，所述储能装置103位于所述整流单元101和逆变单元102之间，包括储能单元1031和储能单元1032。可选地，所述储能单元(1031)包括锂电池组(诸如为48V/100Ah的锂电池组)和电容C1，所述电容C1可以以图2所示的方式并联在所述整流单元101的输出端。
可选地，所述第一控制器12被配置为根据来自所述至少一个监测模块11的监测到的电压和电流对应的信号计算所述信号对应的功率，并在所述功率高于第一阈值的情况下控制所述至少一个储能变频器13的至少一部分进入第一状态，在所述功率低于第二阈值的情况下控制所述至少一个储能变频器13的至少一部分进入第二状态。
将监测到的储能变频器的电压和电流相乘，得到储能变频器上的功率，它是与电机产生的功率或需要的功率成正比的。例如，所述电机在制动状况下产生高于所述储能变频器13中直流端的电压，由此所述电机作为发电机向所述储能变频器13供能，基于功率与电压成正比的关系，所述储能变频器13的电压由此也上升，则其功率也上升。因此，通过该计算出的功率与阈值的比较，就能精确控制何时让储能变频器进入第一状态，何时让储能变频器进入第二状态。
可选地，为了确保所述电网在与多个储能变频器连接的情况下仍可以正常安全的运行，所述第一控制器12被配置为进一步根据计算出的功率确定进入第一状态或第二状态的储能变频器13的数量。
可选地，所述储能变频器13为多个，当第一控制器12控制所述至少一个储能变频器13的一部分进入第一状态或第二状态时，控制哪一部分储能变频器13进入第一状态或第二状态是根据所述多个储能变频器的各自的优先级进行的。
可选地，为了进一步描述所述第一控制器12，请参考图3，所述第一控制器12包括：
-通信接口201，被配置为与所述至少一个监测模块11进行通信；
-数字信号处理器(DSP)202，被配置为基于从所述通信接口201接收到的来自所述至少一个监测模块11的监测到的电压和电流对应的信号，基于监测到的电压和电流对应的信号输出表示进入第一状态或第二状态的储能变频器13的指示；
-与所述至少一个储能变频器13通信的接触器204，被配置为根据所述指示使相应储能变频器进入第一状态或第二状态。该接触器在业内能够实现。
可选地，所述数字信号处理器202基于监测到的电压和电流对应的信号，输出表示进入第一状态或第二状态的储能变频器13的指示包括：
-基于监测到的电压和电流对应的信号，计算所述信号对应的功率；
-在所述功率高于第一阈值的情况下，生成控制所述至少一个储能变频器13的至少一部分进入第一状态的指示；
-在所述功率低于第二阈值的情况下，生成控制所述至少一个储能变频器13的至少一部分进入第二状态的指示。
可选地，所述数字信号处理器202基于监测到的电压和电流对应的信号，输出表示进入第一状态或第二状态的储能变频器13的指示进一步包括：
-根据计算出的功率，生成确定进入第一状态或第二状态的储能变频器13的数量的指示。
可选地，为了更好地使所述接触器203更好地接收到所述数字信号处理器202的指示，在所述数字处理器202和所述接触器203之间连接一个驱动单元(图中未示出)，以接收所述数字处理器202输出的指示并对所述指示进行信号放大，并将放大后的指示输出给所述接触器203。
可选地，为了进一步描述所述储能管理单元1032，请参考图4，所述储能管理单元1032包括：
具有第一体二极管VD1的第一开关元件V1；
具有第二体二极管VD2的第二开关元件V2；
连接在第一开关元件V1的一端和第二开关元件V2的一端的第一电感L；
负极分别连接第一开关元件V1和所述一端和第二开关元件V2的所述一端的第一二极管VD4和第二二极管VD3；
其中所述储能单元1031连接在第一开关元件V1不与第一电感L连接的另一端和第一二极管VD4的正极之间，
其中所述整流单元101的输出连接在第二开关元件V2不与第一电感L连接的另一端和第二二极管VD3的正极之间。
其中所述第一开关元件V1和所述第二开关元件V2可以包括诸如双极型晶体管或其他开关元件等。
根据本发明的另一个实施例，还提供了一种配电网，包括：
电网，以及
对所述电网进行控制的上述任一项所述的控制系统1。
其中所述电网的类型包括诸如低压电网、高压电网、超高压电网等。
附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (9)

1.一种电网的控制系统(1)，包括：
至少一个储能变频器(13)，被配置为在第一状态下存储来自所述至少一个储能变频器(13)所连接的电机产生的能量，在第二状态下向所述电机释放存储的能量；
至少一个监测模块(11)，被配置为对所述至少一个储能变频器的电压和电流进行监测，将监测到的电压和电流对应的信号输出到第一控制器(12)；
第一控制器(12)，被配置为接收来自所述至少一个监测模块(11)的监测到的电压和电流对应的信号，基于监测到的电压和电流对应的信号控制所述至少一个储能变频器(13)的至少一部分进入第一状态或第二状态。
2.根据权利要求1所述的控制系统(1)，其中所述至少一个储能变频器(13)中的每个储能变频器包括：
整流单元(101)，被配置为将输入储能变频器的第一频率的交流电压变换为直流电压；
逆变单元(102)，被配置为将所述直流电压逆变成第二频率的交流电压；
储能装置(103)，连接在所述整流单元(101)和逆变单元(102)之间，包括储能单元(1031)和储能管理单元(1032)，其中所述储能管理单元(1032)被配置为在第一状态下使所述储能单元充电，在第二状态下使所述储能单元放电。
3.根据权利要求1所述的控制系统(1)，其中第一控制器(12)被配置为根据来自所述至少一个监测模块(11)的监测到的电压和电流对应的信号计算所述信号对应的功率，并在所述功率高于第一阈值的情况下控制所述至少一个储能变频器(13)的至少一部分进入第一状态，在所述功率低于第二阈值的情况下控制所述至少一个储能变频器(13)的至少一部分进入第二状态。
4.根据权利要求3所述的控制系统(1)，其中第一控制器(12)被配置为进一步根据计算出的功率确定进入第一状态或第二状态的储能变频器(13)的数量。
5.根据权利要求1所述的控制系统(1)，其中所述第一控制器(12)包括：
通信接口(201)，被配置为与所述至少一个监测模块(11)进行通信；
数字信号处理器(202)，被配置为基于从所述通信接口(201)接收到的来自所述至少一个监测模块(11)的监测到的电压和电流对应的信号，基于监测到的电压和电流对应的信号输出表示进入第一状态或第二状态的储能变频器(13)的指示；
与所述至少一个储能变频器(13)通信的接触器(203)，被配置为根据所述指示使相应储能变频器进入第一状态或第二状态。
6.根据权利要求1所述的控制系统(1)，其中所述储能变频器(13)为多个，第一控制器(12)控制所述至少一个储能变频器(13)的至少一部分进入第一状态或第二状态是根据所述多个储能变频器的各自的优先级进行的。
7.根据权利要求2所述的控制系统(1)，其中所述储能单元(1031)包括锂电池组和电容。
8.根据权利要求2所述的控制系统(1)，其中所述储能管理单元(1032)包括：
具有第一体二极管的第一开关元件；
具有第二体二极管的第二开关元件；
连接在第一开关元件的一端和第二开关元件的一端的第一电感；
负极分别连接第一开关元件和所述一端和第二开关元件的所述一端的第一二极管和第二二极管；
其中所述储能单元(1031)连接在第一开关元件不与第一电感连接的另一端和第一二极管的正极之间，
其中所述整流单元(101)的输出连接在第二开关元件不与第一电感连接的另一端和第二二极管的正极之间。
9.一种配电网，包括：
电网，
对所述电网进行控制的权利要求1-8中任一项所述的控制系统(1)。
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