[发明专利]统一电能质量控制器及其控制方法和控制系统

说明书

本发明涉及电力系统输配电技术领域，具体涉及一种统一电能质量控制器及其控制方法和控制系统，旨在解决如何增强可靠性并降低成本的问题。本发明的控制器包括：三个串联侧变压器、三个单相串联侧补偿模块、双向DC‑DC变换模块和并联补偿模块。其中，串联侧变压器用于交流电压的变换；单相串联侧补偿模块用于储存电能或对电网进行补偿；并联补偿模块用于对来自交流电网的电能进行整流，并输送到双向DC‑DC变换模块；或者将双向DC‑DC变换模块输送过来的直流电逆变为交流电，对电网进行补偿。单相串联侧补偿模块中可以采用梯次利用电池储能。本发明在实现电压暂降、中断等故障综合治理功能的同时，增强了系统可靠性，降低了整体成本。

技术领域

本发明涉及电力系统输配电技术领域，具体涉及一种统一电能质量控制器及其控制方法和控制系统。

背景技术

随着我国电动汽车保有量的逐年上升，各类动力电池的产销量也呈现爆发式增长。根据目前国内外的研究，当动力电池的实际容量衰退至标称容量的70％～80％后就应该停止在电动汽车上使用，须对电池进行更换。因此，预计未来每年都存在大规模的退役动力电池亟待回收处理。经过重新检测分析、筛选及电池单体配对成组，退役电池可用于其他运行工况相对良好、对电池性能要求较低的领域。目前国内外已经开展了一些研究来验证梯次利用的可行性，并分析动力电池降级用作储能电池的条件及应用规范，其电力储能应用场景正在逐步拓展。

与此同时，随着用户侧对于电能质量要求的逐步提高，配电网电能质量治理设备的市场需求空间也逐步扩大。部分电能质量治理设备的内部储能装置的配置需求，未来或将成为退役动力电池在配电网梯次利用的主要场合之一。目前用于配电网的电能质量治理设备主要有动态电压恢复器(DVR)、配电网静止同步补偿器(DSTATCOM)、不间断电源(UPS)、统一电能质量调节器(UPQC)等等。其中，单独的串联或并联补偿设备均存在一定的局限性。例如DVR对电压暂降问题的补偿效果较好，但是无法应对断线式短时中断问题；UPS能够应对大部分电能质量问题，但是在线式UPS系统损耗较大，成本较高；而后备式UPS是目前应对电力中断问题的主流设备之一，但是其存在一定的转换时间，对电压暂降问题的响应速度不及DVR；UPQC集多种电能质量治理功能于一身，同时损耗相对较低，但是其同样造价相对昂贵，如果增加短时中断治理功能，则需要在直流侧增加储能装置，进一步增加了系统成本。

用退役动力电池取代目前的电能质量治理设备内部储能装置，一方面能够显著降低设备总体成本，对于推动优质电力园区建设具有重要意义；另一方面能延长电池使用的全周期寿命，实现资源集约利用，缓解废旧电池环境污染问题。但是与常规储能方案或者汽车用的A品电池相比，梯次电池利用的技术难点在于其一致性管理，梯次电池实际应用中面临容量不一致、内阻不一致、自放电率不一致、荷电状态(SOC)不一致、电压水平不一致、品牌规格不一致等问题。电池单体低电压水平使得电池成组普遍采用串联升压的方式，但梯次电池串联成组面临不一致加速恶化的情况，带来的维护成本和安全隐患不可忽视。因此串联梯次电池组对电池均衡电路和电池管理系统提出了更高的要求。

目前的电池主动均衡电路方案主要原理是通过电容或者电感实现电荷在电池间的转移。以电容作为均衡能量的转移装置控制简单，但受限于均衡电流小、均衡速度较慢，不适用于不一致度通常较高的退役电池。以电感作为能量转移元件的拓扑方案均衡电流较大，均衡速度较快，目前在动力电池组中得到广泛使用，但是存在着控制复杂的特点，且目前通用的电感buck-boost均衡电路，但是电荷只能在相邻电池间传递，但是当电池组中SOC最大与SOC最小的电池距离较远时，需要多次转移才能实现能量在两节电池的传递，均衡效率较低。