CN111668850B - 一种基于储能与交流调压控制的线路电能补偿系统 - Google Patents

一种基于储能与交流调压控制的线路电能补偿系统 Download PDF

Info

Publication number
CN111668850B
CN111668850B CN202010597139.4A CN202010597139A CN111668850B CN 111668850 B CN111668850 B CN 111668850B CN 202010597139 A CN202010597139 A CN 202010597139A CN 111668850 B CN111668850 B CN 111668850B
Authority
CN
China
Prior art keywords
compensation
energy storage
voltage
converter
alternating current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010597139.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111668850A (zh
Inventor
徐国卿
武慧莉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Shanghai for Science and Technology
Original Assignee
University of Shanghai for Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Shanghai for Science and Technology filed Critical University of Shanghai for Science and Technology
Priority to CN202010597139.4A priority Critical patent/CN111668850B/zh
Publication of CN111668850A publication Critical patent/CN111668850A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111668850B publication Critical patent/CN111668850B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/12—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/01—Arrangements for reducing harmonics or ripples
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H02J3/1807—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using series compensators
    • H02J3/1814—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using series compensators wherein al least one reactive element is actively controlled by a bridge converter, e.g. unified power flow controllers [UPFC]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H02J3/1821—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators
    • H02J3/1835—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control
    • H02J3/1842—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control wherein at least one reactive element is actively controlled by a bridge converter, e.g. active filters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/26—Arrangements for eliminating or reducing asymmetry in polyphase networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/10—Flexible AC transmission systems [FACTS]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/40—Arrangements for reducing harmonics
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/50—Arrangements for eliminating or reducing asymmetry in polyphase networks

Abstract

本发明公开了一种基于储能与交流调压控制的线路电能补偿系统。该系统包括：交流调压单元、补偿变压器、储能与变换单元、新型SVG单元以及传感检测单元；交流调压单元通过交流调压闭环控制产生补偿电压；补偿变压器将补偿电压耦合至供电线路中，实现电压补偿；储能与变换单元通过充、放电模式的交替实现电网负荷峰谷调节以及供给电压补偿过程所需的能量来源；新型SVG单元有效消除减弱了通过交流调压方式进行电压补偿时所产生的谐波，同时实现了线路的无功补偿以及三相不平衡补偿。本发明有效地解决负荷分散地区电压跌落大、线路损耗大等供电难题，能够全面提升供电质量。

Description

一种基于储能与交流调压控制的线路电能补偿系统
技术领域
本发明涉及供电或配电领域，特别是涉及一种基于储能与交流调压控制的线路电能补偿系统。
背景技术
电能是与国民经济息息相关的产业，保证良好的电能质量是电网建设的根本要求。对于一些人口密度低、负荷分散的地区，例如青海省果洛州等高海拔地区，输配网的建设更为落后，由于其网架薄弱、气候条件恶劣，电网建设和发展缓慢，这些地区的配电网中普遍存在供电半径较长、线路电压不合格、电压跌落频繁等问题，而且目前已投入应用的以改善配网电压质量为目的的高性能先进设备较少且效果欠佳，从而影响了人民生活品质和经济建设发展。通过新建变电站的方式来确保负荷分散地区用户的供电显然不适用于人口密度较低的负荷分散地区，分散的变电站主变压器的利用率低，一大部分的功率损失在了线路传输的过程中，且主要是因有功电流流经较长的输电线路造成的损耗，无法通过简单地并联无功补偿设备改善末端电压特性。
为确保末端用户的用电质量亟需通过技术手段来延伸负荷稀疏地区供电服务半径，在不新建变电站的情况下，确保远距离传输的输电质量。现有技术中，柔性交流输电技术在输电网中能够显著提升输电线路的利用效率，促进实现电力长距离、大容量、高效率传输，且随着电力电子技术的高速发展，可控串并联补偿成为了研究与应用领域的热点，这些装置基于有源补偿的原理向电网注入幅值、相位可控的电流电压以实现大容量的补偿，而其直流侧能量来源仍然是限制其大规模应用的关键问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种基于储能与交流调压控制的线路电能补偿系统。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于储能与交流调压控制的线路电能补偿系统，包括：交流调压单元、补偿变压器、储能与变换单元、新型SVG单元以及传感检测单元；
所述交流调压单元的交流侧输入端包括三相相线输入端和中性线输入端，所述三相相线输入端与供电线路连接，所述中性线输入端与中性线连接；所述交流调压单元用于将从电网中获取的交流电进行变换，通过交流调压闭环控制产生补偿电压；
所述补偿变压器的二次侧绕组串联于供电线路中，所述补偿变压器的一次侧绕组与所述交流调压单元的交流侧输出端相连，所述补偿变压器用于将所述交流调压单元输出的补偿电压耦合至供电线路中，实现电压补偿；
所述储能与变换单元并联于供电线路中，所述储能与变换单元通过充、放电模式的交替实现电网负荷峰谷调节以及供给电压补偿过程所需的能量来源；
所述新型SVG单元并联于供电线路中，所述新型SVG单元用于消除或减弱通过交流调压方式进行电压补偿时所产生的谐波，同时实现线路的无功补偿以及三相不平衡补偿；
所述传感检测单元的输入端与供电线路连接，所述传感检测单元的输出端分别与所述交流调压单元、所述储能与变换单元以及所述新型SVG单元相连，所述传感检测单元用于检测供电线路的电压电流信息，并将所述电压电流信息反馈至所述交流调压单元、所述储能与变换单元以及所述新型SVG单元。
可选的，所述交流调压单元包括：
交流调压控制子单元，与所述传感检测单元的输出端连接，用于根据传感器检测单元输出的电压补偿设定值以及所述电压电流信息生成第一控制指令信号；
第一驱动电路，与所述交流调压控制子单元连接，用于将所述第一控制指令信号放大；
交流调压主电路，交流侧输入端与供电线电压接入端相连，交流侧输出端与所述补偿变压器的一次侧绕组相连，驱动信号接收端与所述第一驱动电路连接，所述交流调压主电路用于根据放大后的第一控制指令信号将从电网中获取的交流电通过交-交变换产生所需补偿电压，并输出至所述补偿变压器一次侧绕组。
可选的，所述交流调压主电路的交流侧输入端直接与供电线电压接入端相连，或者所述交流调压主电路的交流侧输入端通过隔离变压器与供电线电压接入端相连。
可选的，当处于负荷高峰时段或供电线路的电压幅值跌落至标准幅值之下时，所述储能与变换单元工作于放电模式，作为电流源向电网馈电，通过向电网注入电流的方式提供电网高峰时段或电压补偿过程所需额外提供的电能；当处于负荷低谷时段，所述储能与变换单元工作于充电模式，作为负荷接收电网的电能并进行存储。
可选的，所述储能与变换单元包括：并网变流器、双向DC/DC变换器、储能电池、DC/DC变换器、DC/AC变换器、储能控制器以及直流母线；
所述并网变流器的交流侧并联至供电线路中，所述并网变流器的直流侧接至所述直流母线上，所述并网变流器用于实现所述储能与变换单元和所述供电线路之间能量的双向流动；
所述双向DC/DC变换器的一对直流端钮接至所述直流母线上，所述双向DC/DC变换器的另一对直流端钮与所述储能电池相连，所述双向DC/DC变换器用于将储能电池输出的直流电以及电网整流得到的直流电进行双向变换；
所述储能电池用于储存电能并在电网高峰时段或需要电压补偿时释放电能；
所述DC/DC变换器的一对直流端子接至所述直流母线上，所述DC/DC变换器的另一对直流端子与光伏接入端子相连，用于接入光伏发电设备所产生的电能；
所述DC/AC变换器的直流侧接至所述直流母线上，所述DC/AC变换器的交流侧与风电接入端子相连，用于接入风力发电设备所产生的电能；
所述直流母线用于实现储能与变换模块内部的能量流动；
所述储能控制器分别与所述并网变流器、所述双向DC/DC变换器、所述储能电池、所述DC/DC变换器、所述DC/AC变换器、所述直流母线以及所述传感检测单元连接，用于根据所述传感检测单元反馈的所述电压电流信息控制所述储能与变换单元工作于充电模式或放电模式，以及生成开关控制指令信号传输给所述并网变流器、所述双向DC/DC变换器、所述储能电池、所述DC/DC变换器以及所述DC/AC变换器进行控制。
可选的，当所述储能与变换单元工作于充电模式时，所述并网变流器工作于整流状态，用于接收电网电流，所述双向DC/DC变换器工作于正向DC-DC变换状态，所述储能电池工作于充电状态，此时所述直流母线上能量流动方向为从直流母线流入储能电池中；当所述储能与变换单元工作于放电模式时，所述并网变流器工作于逆变状态，用于向电网注入电流，所述双向DC/DC变换器工作于反向DC-DC变换状态，所述储能电池工作于放电状态，此时所述直流母线上能量流动方向为从储能电池流出至直流母线上，最后注入电网。
可选的，所述新型SVG单元包括：
新型SVG控制子单元，与所述传感器检测单元连接，用于根据反馈的所述电压电流信息生成第二控制指令信号；
第二驱动电路，与所述新型SVG控制子单元连接，用于将所述新型SVG控制子单元生成的第二控制指令信号进行放大；
补偿输出主电路，交流输出侧与所述供电线路连接，驱动信号接收端与所述第二驱动电路连接，用于根据放大后的第二控制指令信号控制所述补偿输出主电路中各器件的导通或关闭，产生补偿所需电流注入到供电线路中，消除或减弱通过交流调压方式进行电压补偿时所产生的谐波，同时实现线路的无功补偿以及三相不平衡补偿。
可选的，所述并网变流器采用双向DC/AC变换电路拓扑。
可选的，所述补偿输出主电路采用三相三电平逆变电路或采用多电平逆变电路。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
(1)本发明将补偿变压器技术与储能技术、交流调压技术相结合，在不新建变电站的情况下，通过在线路上分布式配置本系统，可分段抬升电压，确保末端用户的用电质量，大幅减少线路传输损耗，有效地解决负荷分散地区电压跌落大、线路损耗大等供电难题；
(2)本发明通过交流调压闭环控制实现线路电压补偿，而因交流调压控制所产生的谐波问题、三相不平衡问题以及线路的无功补偿问题又可通过并联的新型SVG单元进行消除，不会向电网注入大量的谐波造成电网污染，本发明的新型SVG单元是同时具有静止无功补偿功能以及有源电力滤波的综合补偿单元，能够全面解决负载电流质量问题；
(3)本发明不仅能够通过储能与变换单元实现电网的负荷峰谷调节，且在向电网馈电的过程中能够通过向电网注入电流的方式提供电压补偿过程所需额外增加的线路电流，而无需由供电端提供。本发明的电压补偿系统通过储能技术与补偿变压器技术相结合这一设计有效地解决了现有的从电网取电的串联补偿装置当负荷过大时会造成补偿装置失效的问题，电流无需由供电端通过长距离输送提供，而是在储能与变换单元向电网馈电的时候提供，此时不会造成线路额外的损耗，且能量来源稳定同时包括新能源接入端口，相比直接采用具有波动性的新能源直接提供有源补偿所需能量来源具有极其大的稳定性优势。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例基于储能与交流调压控制的线路电能补偿系统的结构示意图。
图2为本发明实施例交流调压单元的一种结构示意图。
图3为本发明实施例交流调压主电路的一种拓扑示意图。
图4为本发明实施例新型SVG单元的一种结构示意图。
图5为本发明实施例储能与变换单元的一种结构示意图。
图6为本发明实施例储能与变换单元充电模式下系统内部能量流动示意图。
图7为本发明实施例储能与变换单元放电模式下系统外部能量流动示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供的基于储能与交流调压控制的线路电能补偿系统，包括：交流调压单元2、补偿变压器1、储能与变换单元3、新型SVG单元4以及传感检测单元5。
交流调压单元2的交流侧输入端包括三相相线输入端和中性线输入端，三相相线输入端与供电线路连接，中性线输入端接地(输电线路中性线接地的情况下)；交流侧输出端与补偿变压器1的一次侧绕组相连，用于将从电网获取的交流电进行变换，通过交流调压闭环控制，产生补偿所需的电压并输出至所述补偿变压器1的一次侧绕组。
交流调压单元2为三相交流调压系统，由于采用三相四线制，三相运行等效故以单相为例说明其运行原理，其他各相相同。其单相示意图如图2所示，包括：交流调压主电路21、第一驱动电路22、交流调压控制子单元23，其中，交流调压控制子单元23根据所述传感检测单元5输入的三相电压、电流信息以及电压补偿设定值进行交流调压闭环控制，生成所述交流调压主电路21中各个器件的导通、关断指令信号(即第一控制指令信号)并输出至第一驱动电路22；第一驱动电路22用于将所述交流调压控制子单元23所产生的控制信号放大并输出至交流调压主电路21，驱动相应开关器件导通与关断；交流调压主电路21的交流侧输入端直接与供电线电压接入端相连或可通过隔离变压器与供电线路电压接入端相连，交流侧输出端与所述补偿变压器1的一次侧绕组相连，驱动信号接收端与第一驱动电路相连，用于根据所述交流调压控制子单元23产生的控制信号完成交流-交流电能的变换，产生补偿所需电压并输出至所述补偿变压器一次侧绕组。在本实施例中，交流调压单元2采用PI控制的Buck型交流调压电路，VT1与VT2为双向可控硅器件，L端子与N端子为该交流调压主电路的交流侧输入端，接入供电线路的相电压UAN(或UBN、UCN)，L'端子与N'端子为该交流调压主电路的交流侧输出端，与补偿变压器一次侧绕组相连，通过斩波控制双向可控硅器件VT1与VT2的通断即可以控制交流侧输出端的交流电压Us，从而在补偿变压器1的二次侧感应出相应的可控的交流电压UX补偿至输电线路中以实现电压补偿。
在本发明的一些其他实施例中，上述交流调压单元主电路可采用如图3所示的交流调压拓扑结构并通过通断控制实现交流调压，也可以采用现有技术中任何能够实现交流-交流变换的电路拓扑，例如：交-交变频电路(不用于频率变换)、交-直-交变频电路(不用于频率变换)等，只要能够实现可控交流调压变换即可。交流调压单元2的交流侧输入端也可通过隔离变压器从电网取电。
补偿变压器1的二次侧绕组串联于供电线路中，一次侧绕组与交流调压单元2相连，用于将所述交流调压单元2输出的补偿电压耦合至供电线路中，实现电压补偿。补偿变压器1的原边采用无抽头方式，与从网侧取电的交流调压单元相连。
储能与变换单元3并联于供电线路中，当处于负荷高峰时段或输电线路的电压幅值跌落至标准幅值之下时，工作于放电模式，可视为电流源向电网馈电，通过向电网注入电流的方式提供电网高峰时段或电压补偿过程所需额外提供的电能，当处于负荷低谷时段，工作于充电模式，可视为负荷接收电网的电能并进行存储，通过充、放电模式的交替实现电网负荷峰谷调节以及供给电压补偿过程所需的能量来源。
如图5所示，储能与变换单元3包括：并网变流器31、双向DC/DC变换器32、储能电池33、DC/DC变换器34、DC/AC变换器35、储能控制器36以及直流母线37。所述并网变流器31采用双向DC/AC变换器电路拓扑，在本实施例中具体采用可逆三相三电平电压型PWM变换器拓扑，交流侧经电抗器并联至输电线路中，直流侧接至所述直流母线37上，用于实现所述储能与变换单元与供电线路之间能量的双向流动；双向DC/DC变换器32采用可双向变换的buck-boost电路，其高压直流侧一侧接至所述直流母线37上，低压直流侧与储能电池33相连，用于将储能电池33输出的直流电以及电网整流得到的直流电进行变换；储能电池33与双向DC/DC变换器32相连，用于储存电能并在电网高峰时段或需要电压补偿时将其释放；DC/DC变换器34的一对直流端子接至所述直流母线37上，另一对直流端子与光伏接入端子相连，用于接入光伏发电设备所产生的电能；DC/AC变换器35的直流侧接至所述直流母线37上，交流侧与风电接入端子相连，用于接入风力发电设备所产生的电能；所述直流母线37用于实现储能与变换单元内部的能量流动；储能控制器36与上述所有变换器模块(并网变流器31、双向DC/DC变换器32、储能电池33、DC/DC变换器34、DC/AC变换器35，直流母线37)以及所述传感检测单元5相连，根据传感检测单元5反馈的三相电压、电流信息，控制储能与变换单元工作于充电模式或放电模式，生成各个功率变换器开关器件的控制指令信号并传输给各功率变换器进行控制。
当储能与变换单元3工作于充电模式时，储能与变换单元3内部能量流动的示意图如图6所示，此时并网变流器31工作于整流状态，将电网的交流电转换为直流电存储至储能电池33中，双向DC/DC变换器32工作于正向DC-DC变换状态(降压状态)，储能电池33工作于充电状态，即此时所述储能与变换单元内部直流母线37上能量流动方向为从直流母线37流入储能电池33中。
当储能与变换单元3工作于放电模式时，并网变流器31工作于逆变状态，向电网注入电流，双向DC/DC变换器32工作于反向DC-DC变换状态(升压状态)，储能电池33工作于放电状态，即此时所述储能与变换单元内部直流母线37上能量流动方向为从储能电池33流出至直流母线37上，最后注入电网。而储能与变换单元3与外部其他子系统的能量流动情况如图7所示，其中，U1、I1为整个系统输入端电网电压、电流；U2、I2为整个系统输出端电网电压、电流；IX+Ie为储能与变换单元放电模式下释放的电流；IX为电压补偿过程所需额外增加的电流；Is为新型SVG单元4注入的补偿电流，主要用于补偿交流调压过程所产生谐波问题以及线路的无功补偿、三相不平衡等问题；根据基尔霍夫节点电流定律可知此时流过补偿变压器二次侧绕组的电流为：I1+Ie，系统输出电流为：I2＝I1+Ie+Is。在负荷确定的情况下，负荷电流I2确定，此时供电端提供的电流仅为：I1＝I2-Ie-Is。此时储能与变换单元3流入电网的电流其实包括两部分：一部分IX用于供给电压补偿所需额外增加的电流，另一部分Ie则是电网高峰时段所需补偿电流，各自的幅值由所需补偿幅度决定，若线路无需电压补偿，则IX＝0，此时储能与变换单元3仅向电网注入电网高峰时段所需电流，若线路仅需电压补偿时，则Ie＝0。此时储能与变换单元3仅向电网注入电压补偿过程所需额外增加的电流。
由图6所示的能量流动关系可以充分体现出本发明所具有的优势，对于电压补偿系统而言，如果要实现大容量的补偿就必须基于有源补偿的原理，直接通过新能源接入作为供电电源又会因新能源具有波动性(昼夜变化、气候变化导致)无法确保补偿所需能量来源的稳定性，而从电网取电则在该节点需要额外提供一部分电流，如图中的IX。若不通过储能装置提供此电流，则在负荷所需电流I2一定的情况下，根据节点电压定理，为实现电压补偿则I1＝I2+IX-Ie-Is，此时I1会比未补偿前电流增大，由于电压补偿而需额外提供的这一部分电流会流经长距离的输电线而造成大量的额外的线路损耗，同时可能会导致串联补偿装置失效问题的出现，而本发明的一种基于储能与交流调压控制的线路电能补偿系统利用储能技术有效地避免了这一问题的发生。
如图4所示，新型SVG单元4包括：补偿输出主电路41、第二驱动电路42及新型SVG控制子单元43，其中，新型SVG控制子单元43接收传感检测单元5反馈的三相电流信息，通过分析计算将输电线负序、零序、高次谐波电流、无功电流合成后反转180°的电流波形作为目标电流波形，进行闭环控制，生成补偿输出主电路41中各个器件的导通、关断指令信号(即第二控制信号)并输出至第二驱动电路42；第二驱动电路42用于将所述新型SVG控制子单元43所产生的控制信号放大并输出至所述补偿输出主电路41，以驱动相应开关器件的导通与关断；补偿输出主电路41采用三相四线制三电平逆变电路拓扑，其交流侧输出端通过电抗器并联至供电线路中，根据所述新型SVG控制子单元43产生的控制信号控制相应开关器件的导通与关断从而产生补偿所需电流注入到供电线路中，消除或减弱通过交流调压方式进行电压补偿时所产生的谐波，同时实现线路的无功补偿以及三相不平衡补偿。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种基于储能与交流调压控制的线路电能补偿系统，其特征在于，包括：交流调压单元、补偿变压器、储能与变换单元、新型SVG单元以及传感检测单元；
所述交流调压单元的交流侧输入端包括三相相线输入端和中性线输入端，所述三相相线输入端与供电线路连接，所述中性线输入端与中性线连接；所述交流调压单元用于将从电网中获取的交流电进行变换，通过交流调压闭环控制产生补偿电压；
所述补偿变压器的二次侧绕组串联于供电线路中，所述补偿变压器的一次侧绕组与所述交流调压单元的交流侧输出端相连，所述补偿变压器用于将所述交流调压单元输出的补偿电压耦合至供电线路中，实现电压补偿；
所述储能与变换单元直接并联于供电线路中，所述储能与变换单元通过充、放电模式的交替实现电网负荷峰谷调节以及供给电压补偿过程所需的能量来源；
所述新型SVG单元并联于供电线路中，所述新型SVG单元用于消除或减弱通过交流调压方式进行电压补偿时所产生的谐波，同时实现线路的无功补偿以及三相不平衡补偿；
所述传感检测单元的输入端与供电线路连接，所述传感检测单元的输出端分别与所述交流调压单元、所述储能与变换单元以及所述新型SVG单元相连，所述传感检测单元用于检测供电线路的电压电流信息，并将所述电压电流信息反馈至所述交流调压单元、所述储能与变换单元以及所述新型SVG单元。
2.根据权利要求1所述的基于储能与交流调压控制的线路电能补偿系统，其特征在于，所述交流调压单元包括：
交流调压控制子单元，与所述传感检测单元的输出端连接，用于根据传感器检测单元输出的电压补偿设定值以及所述电压电流信息生成第一控制指令信号；
第一驱动电路，与所述交流调压控制子单元连接，用于将所述第一控制指令信号放大；
交流调压主电路，与所述第一驱动电路连接，用于根据放大后的第一控制指令信号对交流调压主电路中各个器件进行导通或关断；
交流调压主电路，交流侧输入端与供电线电压接入端相连，交流侧输出端与所述补偿变压器的一次侧绕组相连，驱动信号接收端与所述第一驱动电路连接，所述交流调压主电路用于根据放大后的第一控制指令信号将从电网中获取的交流电通过交-交变换产生所需补偿电压，并输出至所述补偿变压器一次侧绕组。
3.根据权利要求2所述的基于储能与交流调压控制的线路电能补偿系统，其特征在于，所述交流调压主电路的交流侧输入端直接与供电线电压接入端相连，或者所述交流调压主电路的交流侧输入端通过隔离变压器与供电线电压接入端相连。
4.根据权利要求1所述的基于储能与交流调压控制的线路电能补偿系统，其特征在于，当处于负荷高峰时段或供电线路的电压幅值跌落至标准幅值之下时，所述储能与变换单元工作于放电模式，作为电流源向电网馈电，通过向电网注入电流的方式提供电网高峰时段或电压补偿过程所需额外提供的电能；当处于负荷低谷时段，所述储能与变换单元工作于充电模式，作为负荷接收电网的电能并进行存储。
5.根据权利要求4所述的基于储能与交流调压控制的线路电能补偿系统，其特征在于，所述储能与变换单元包括：并网变流器、双向DC/DC变换器、储能电池、DC/DC变换器、DC/AC变换器、储能控制器以及直流母线；
所述并网变流器的交流侧并联至供电线路中，所述并网变流器的直流侧接至所述直流母线上，所述并网变流器用于实现所述储能与变换单元和所述供电线路之间能量的双向流动；
所述双向DC/DC变换器的一对直流端钮接至所述直流母线上，所述双向DC/DC变换器的另一对直流端钮与所述储能电池相连，所述双向DC/DC变换器用于将储能电池输出的直流电以及电网整流得到的直流电进行双向变换；
所述储能电池用于储存电能并在电网高峰时段或需要电压补偿时释放电能；
所述DC/DC变换器的一对直流端子接至所述直流母线上，所述DC/DC变换器的另一对直流端子与光伏接入端子相连，用于接入光伏发电设备所产生的电能；
所述DC/AC变换器的直流侧接至所述直流母线上，所述DC/AC变换器的交流侧与风电接入端子相连，用于接入风力发电设备所产生的电能；
所述直流母线用于实现储能与变换单元内部的能量流动；
所述储能控制器分别与所述并网变流器、所述双向DC/DC变换器、所述储能电池、所述DC/DC变换器、所述DC/AC变换器、所述直流母线以及所述传感检测单元连接，用于根据所述传感检测单元反馈的所述电压电流信息控制所述储能与变换单元工作于充电模式或放电模式，以及生成开关控制指令信号传输给所述并网变流器、所述双向DC/DC变换器、所述储能电池、所述DC/DC变换器以及所述DC/AC变换器进行控制。
6.根据权利要求5所述的基于储能与交流调压控制的线路电能补偿系统，其特征在于，当所述储能与变换单元工作于充电模式时，所述并网变流器工作于整流状态，用于接收电网电流，所述双向DC/DC变换器工作于正向DC-DC变换状态，所述储能电池工作于充电状态，此时所述直流母线上能量流动方向为从直流母线流入储能电池中；当所述储能与变换单元工作于放电模式时，所述并网变流器工作于逆变状态，用于向电网注入电流，所述双向DC/DC变换器工作于反向DC-DC变换状态，所述储能电池工作于放电状态，此时所述直流母线上能量流动方向为从储能电池流出至直流母线上，最后注入电网。
7.根据权利要求1所述的基于储能与交流调压控制的线路电能补偿系统，其特征在于，所述新型SVG单元包括：
新型SVG控制子单元，与所述传感器检测单元连接，用于根据反馈的所述电压电流信息生成第二控制指令信号；
第二驱动电路，与所述新型SVG控制子单元连接，用于将所述新型SVG控制子单元生成的第二控制指令信号进行放大；
补偿输出主电路，交流输出侧与所述供电线路连接，驱动信号接收端与所述第二驱动电路连接，用于根据放大后的第二控制指令信号控制所述补偿输出主电路中各器件的导通或关闭，产生补偿所需电流注入到供电线路中，消除或减弱通过交流调压方式进行电压补偿时所产生的谐波，同时实现线路的无功补偿以及三相不平衡补偿。
8.根据权利要求5所述的基于储能与交流调压控制的线路电能补偿系统，其特征在于，所述并网变流器采用双向DC/AC变换电路拓扑。
9.根据权利要求7所述的基于储能与交流调压控制的线路电能补偿系统，其特征在于，所述补偿输出主电路采用三相三电平逆变电路或采用多电平逆变电路。
CN202010597139.4A 2020-06-28 2020-06-28 一种基于储能与交流调压控制的线路电能补偿系统 Active CN111668850B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010597139.4A CN111668850B (zh) 2020-06-28 2020-06-28 一种基于储能与交流调压控制的线路电能补偿系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010597139.4A CN111668850B (zh) 2020-06-28 2020-06-28 一种基于储能与交流调压控制的线路电能补偿系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111668850A CN111668850A (zh) 2020-09-15
CN111668850B true CN111668850B (zh) 2021-03-26

Family

ID=72390068

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010597139.4A Active CN111668850B (zh) 2020-06-28 2020-06-28 一种基于储能与交流调压控制的线路电能补偿系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111668850B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112421639B (zh) * 2020-10-28 2023-03-31 许继集团有限公司 分布式光伏发电接入配电台区线路电压调节系统和方法
CN112366716A (zh) * 2020-10-28 2021-02-12 广东电网有限责任公司韶关供电局 一种低压台区的电压平衡系统
CN112531747B (zh) * 2020-11-05 2022-03-18 上海红檀智能科技有限公司 一种储能与无功补偿协调控制系统及方法
CN112436546A (zh) * 2020-11-13 2021-03-02 王捷 分布式混储电能质量调节装置及其一体云控制平台
CN113890046B (zh) * 2021-09-30 2023-04-11 华能伊敏煤电有限责任公司 一种露天煤矿35kV配电线路快速调压系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101807799A (zh) * 2010-04-27 2010-08-18 天津大学 超级电容储能型电能质量补偿器
KR20150006956A (ko) * 2013-07-09 2015-01-20 엘에스산전 주식회사 전력 품질 보상 장치
CN206135429U (zh) * 2016-06-16 2017-04-26 任磊 一种具有削峰填谷与电能质量综合治理的装置
CN109390960A (zh) * 2018-10-25 2019-02-26 南京赫曦电气有限公司 一种配电网电压暂降实时在线式综合补偿装置及其方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101807799A (zh) * 2010-04-27 2010-08-18 天津大学 超级电容储能型电能质量补偿器
KR20150006956A (ko) * 2013-07-09 2015-01-20 엘에스산전 주식회사 전력 품질 보상 장치
CN206135429U (zh) * 2016-06-16 2017-04-26 任磊 一种具有削峰填谷与电能质量综合治理的装置
CN109390960A (zh) * 2018-10-25 2019-02-26 南京赫曦电气有限公司 一种配电网电压暂降实时在线式综合补偿装置及其方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于多绕组变压器的混合电能质量治理装置关键技术研究;孙海翔;《工程科技Ⅱ辑》;20200531;全文 *
配备储能装置的分布式光伏系统并网点电压调压策略研究;邓长征 等;《电工材料》;20200229;第41-45页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111668850A (zh) 2020-09-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111668850B (zh) 一种基于储能与交流调压控制的线路电能补偿系统
US7072194B2 (en) Power conversion system and method of converting power
CN107947221B (zh) 一种电力电子变压器直流故障穿越方法
CN106803672A (zh) 家庭型能源局域网的能源路由器及控制策略
CN106712091A (zh) 新型直交流混合微电网系统及其控制策略
CN112072716A (zh) 一种配电网末端电能路由器及其控制方法
CN101917016A (zh) 储能型级联多电平光伏并网发电控制系统
CN108306281A (zh) 一种基于双向全桥dc/dc变换器的部分隔离型四端口变换器及其控制方法
CN114552659A (zh) 含电氢储能的多能量综合管理型能量路由器及控制方法
CN111668849A (zh) 一种基于储能模块和逆变器供电的线路电压补偿系统
CN103606924B (zh) 一种动态电压补偿装置和方法
CN105391079A (zh) 一种基于新能源互连的功率融通型平衡供电系统及方法
CN213367415U (zh) 一种三合一电力电子补偿变电站
Zhu et al. Partial power conversion and high voltage ride-through scheme for a PV-battery based multiport multi-bus power router
CN111756045A (zh) 一种三合一电力电子补偿变电站
Li et al. A novel charging control scheme for super capacitor energy storage in photovoltaic generation system
Zhou et al. The study of power electronic transformer on power flow control and voltage regulation in DC micro-grid
CN108023496B (zh) 串联同时选择开关电压型单级多输入低频环节逆变器
CN114204538B (zh) 一种直流微电网互联变换器及其功率协调控制方法
CN212588095U (zh) 一种应用于电力传输的电力补偿变电系统
CN209881421U (zh) 油井区域多源微电网供电装置系统
CN113675893A (zh) 一种非计划孤岛模式切换及谐波补偿装置及其控制方法
CN113572196A (zh) 一种能量路由器
CN111769568A (zh) 一种适合负荷稀疏地区供电半径延伸实现系统和方法
CN111987730A (zh) 一种集成化电力电子“电压-电能-质量”配网补偿系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant