[发明专利]基于蓄电池储能的统一电能质量调节装置

说明书

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