[发明专利]一种基于低压的有功和无功调节的电能装置

说明书

技术领域

本发明属于多功能电力电子装置的控制技术领域，特别涉及一种用于三相电系统、同时具有有功功率调节和无功功率调节功能的电能装置。

背景技术

石化能源的瓶颈制约和生态环境恶化使得风力发电作为一种清洁能源近年来得到了迅猛发展。由于自然界中风能是变化的，因此风力发电系统所发出的有功功率亦是波动的。随着并入电网的风机容量不断增大，这个波动将会引起严重的电能质量问题并危害到电网的稳定运行。因此对于风力发电系统，需要有能够进行有功功率调节、抑制电能波动的电力装置。

另外，目前并网发电的大型风力发电机组通常采用异步发电机，而异步发电机在向电网输送有功功率的同时，还会从电网吸收滞后的无功功率，因此整个风电场增加了对电网无功的需求，导致电网电压的稳定性降低。此外，在电网发生大扰动或故障时，一般还需要风力发电场具有动态无功功率支撑能力，即向电网输出无功功率，从而稳定电网电压和频率。因此对于风力发电系统来说，还需要有能够进行无功功率调节、稳定电网电压的电力装置。

目前在风力发电系统的实际应用中，为了提高电能质量，增强电网的稳定性和可靠性。一般使用电能储存装置对有功功率进行调节，例如当风机发出的有功功率大于电网所需功率时就将多余的有功存储在电池、超级电容等储能元件中；当发出的有功功率小于电网所需功率时则将储能元件中的能量送入电网。对于无功功率的调节，现在则大多采用并联的补偿电容器组或静止无功补偿器如SVC、SVG等无功补偿装置来实现。其中投切电容器组（TSC）虽然在一定程度上可以实现无功补偿，但因其调节不平滑、响应速度慢并且补偿容量受装置自身容量的限制，在实际中的补偿效果并不好。而基于电力电子逆变技术的动态无功补偿装置，如SVC（静止无功补偿器）、STATCOM（静止同步补偿器）等，由于采用了GTO、IGBT等大功率全控器件，不仅可以吸收还可以向电网发送无功，能够更加快速有效地实现对无功功率的调节。但这类系统通常大部分需要隔离变压器，结构复杂，占地大，价格高昂。

发明内容

针对当前风力发电系统对电能波动调节和无功调节的需求，本发明的目的是提出一种同时具有有功功率波动调节和无功功率调节功能的电能装置。该装置采用多个三相全桥逆变单元经电抗器并连接入电网，利用每个逆变单元直流母线上的大电容对无功功率和瞬时变化的有功功率进行调节，利用每个单元直流母线上的电池组单元BBU（Batterybankunit）对缓慢变化的有功功率进行调节。该装置将有功功率调节和无功功率调节的功能集于一身，具有较强的动态调节能力，运行中无谐波输出，并且无需并网变压器、占地面积小、维护简单，相较于目前风力发电系统中所使用的储能装置或无功补偿装置具有更加全面的功能和十分突出的性价比优势。

为解决上述技术问题，本发明技术方案如下：

一种基于低压的有功和无功调节的电能装置，所述电能装置包括n个三相全桥逆变单元、n个电抗器、n个断路器、n个自动开关及n个BBU单元；n个三相全桥逆变单元并联接入电网；每个三相全桥逆变单元依次经过一个电抗器、一个电路器接入电网；每个三相全桥逆变单元的直流母线上并联m个电容器；每个三相全桥逆变单元的直流母线上通过一个自动开关并联接入1个BBU单元；n≥1，m≥1；n、m均为整数；所述逆变单元的直流母线上并联m个电容器用于无功功率调节以及吸收瞬时变化的有功功率，电容器的具体数量根据系统的容量进行配置；BBU单元通过自动开关(K1、K2……Kn)接入直流母线，以便于BBU单元的维护。

进一步的，每个三相全桥逆变单元由IGCT或IGBT大功率全控器件构成。

进一步的，每个BBU单元包括一个电池组和一个双向DC/DC变换器，所述电池组与所述双向DC/DC变换器相连，根据需求和电池组的状态对电池组的充放电进行控制。

进一步的，所述电能装置依次通过总断路器及隔离开关接入电网。

进一步的，还包括控制系统，所述控制系统通过输出控制信号驱动所述三相全桥逆变单元工作，实现系统的既有功能。

进一步的，还包括电池管理系统，所述电池管理系统和每一个BBU单元相连，用于对BBU单元中的电池组进行监视和控制。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

1）本发明提出的装置同时具有有功波动和无功调节、以及三相电压不平衡补偿等功能，一机多用，相比于单独的储能装置或无功补偿装置来说，功能更为全面，性价比优势十分明显。