一種用於中壓電力系統混合功率調節的電能裝置製造方法
2023-05-26 16:11:26
一種用於中壓電力系統混合功率調節的電能裝置製造方法
【專利摘要】一種用於中壓電力系統混合功率調節的電能裝置，它涉及電力電子【技術領域】，三相級聯單元之間呈星型連接；每相級聯單元由n個全橋逆變單元、n個大電容器組、n個自動開關和n個電池組單元組成，所述的n個全橋逆變單元相互串聯，每個級聯單元中的第一個全橋逆變單元的首端與相應的電抗器相連，每個級聯單元中的第n個全橋逆變單元的末端與另外兩個級聯單元中的第n個全橋逆變單元的末端相連；它採用級聯多個單相全橋逆變單元的方式實現中壓併網，利用每個單元直流母線上的大電容對無功功率和瞬時變化的有功功率進行調節，利用每個單元直流母線上的電池組單元對緩慢變化的有功功率進行調節；並且無需併網變壓器、佔地面積小、維護簡單。
【專利說明】—種用於中壓電力系統混合功率調節的電能裝置
【技術領域】:
[0001]本發明涉及電力電子【技術領域】，具體涉及一種用於中壓電力系統混合功率調節的電能裝置。
【背景技術】:
[0002]作為一種清潔能源，風力發電近年來得到了迅猛發展。由於自然界中風能是變化的，因此風力發電系統所發出的有功功率亦是波動的。隨著併入電網的風電場容量的不斷增大，這個波動將會引起嚴重的電能質量問題並危害到電網的穩定運行。因此，風力發電系統中需要裝入有能夠進行有功功率調節、抑制電能波動的電力裝置。
[0003]另外，在電網發生擾動或故障時，一般還需要風力發電場對電網具有足夠的動態無功功率支撐能力，即向電網發送無功功率，從而穩定電網電壓和頻率。因此，風力發電場自身還需要裝備能夠進行無功功率調節、穩定電網電壓的電力裝置。
[0004]目前在風力發電系統的實際應用中，一般使用電能儲存裝置對有功功率進行調節，例如當風機發出的有功功率大於電網所需功率時就將多餘的有功存儲在電池、超級電容等儲能元件中；當發出的有功功率小於電網所需功率時則將儲能元件中的能量送入電網。對於無功功率的調節，現在則大多採用並聯的補償電容器組或靜止無功補償器、靜止無功發生器等無功補償裝置來實現。其中投切電容器組雖然在一定程度上可以實現無功補償，但因其調節不平滑、響應速度慢並且補償容量受裝置自身容量的限制，在實際中的補償效果並不好。而基於電力電子逆變技術的動態無功補償裝置，如靜止無功補償器、靜止無功發生器等，由於採用了門極可關斷晶閘管、絕緣柵雙極電晶體等大功率全控器件，不僅可以吸收還可以向電網發送無功，能夠更加快速有效地實現對無功功率的調節。但這類系統沒有對風電場輸出的有功功率的波動進行抑制的功能。
【發明內容】
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[0005]本發明的目的是提供一種用於中壓電力系統混合功率調節的電能裝置，它採用級聯多個單相全橋逆變單元的方式實現中壓併網，利用每個單元直流母線上的大電容對無功功率和瞬時變化的有功功率進行調節，利用每個單元直流母線上的電池組單元對緩慢變化的有功功率進行調節；將有功功率調節和無功功率調節的功能集於一身，具有較強的動態調節能力，運行中無諧波輸出，並且無需併網變壓器、佔地面積小、維護簡單。
[0006]為了解決【背景技術】所存在的問題，本發明是採用如下技術方案:它包含U相級聯單元l、v相級聯單元2和W相級聯單元3，三相級聯單元之間呈星型連接；每相級聯單元由η個全橋逆變單元、η個大電容器組C、η個自動開關K和η個電池組單元組成，所述的η個全橋逆變單元相互串聯，每個級聯單元中的第一個全橋逆變單元的首端與相應的電抗器L相連，每個級聯單元中的第η個全橋逆變單元的末端與另外兩個級聯單元中的第η個全橋逆變單元的末端相連；所述的每個全橋逆變單元中的直流母線與所述的大電容器組C相併聯；所述的電池組單元通過自動開關K與所述的大電容器組C相連。[0007]所述的全橋逆變單元由四個絕緣柵雙極電晶體或集成門極換流晶閘管組成，絕緣柵雙極電晶體或集成門極換流晶閘管成橋式連接。
[0008]所述的電池組單元由一個電池組和一個雙向DC/DC變換器組成，電池組與雙向DC/DC變換器相連。
[0009]本發明有如下優點:
[0010]一、具有有功波動調節、無功調節以及三相電壓不平衡補償等功能，一機多用，與已有的儲能裝置或無功補償裝置相比，功能更為全面，性價比優勢十分明顯。
[0011]二、能夠完全替代現有的動態無功補償裝置實現對電網的無功補償功能，但是比起現有的靜止補償器等裝置來說，省去了複雜笨重的併網變壓器，結構簡單，佔地面積小。
[0012]三、在對風力發電電能波動的調節中，與已有的儲能裝置相比，由於利用了直流母線上大電容的充放電能力，從而對快速波動的輸入電能具有更好的調節作用。
[0013]四、每個單元直流母線上的電池組單元可以在線切出或投入，這對於定期維護或更換每個單元直流母線上的電池組單元中的電池組而言，操作容易而且安全。
【專利附圖】
【附圖說明】:
[0014]圖1為本發明的結構示意圖；
[0015]圖2為本發明中電池組單元的結構示意圖；
[0016]圖3a為實施例中裝置需要吸收的有效功率的示意圖；
[0017]圖3b為實施例中電容器實際吸收的有效功率的示意圖；
[0018]圖3c為實施例中電池組實際吸收的有效功率的示意圖；
[0019]圖3d為實施例中時間軸放大後電池組吸收的有功功率的示意圖；
[0020]圖3e為實施例中電容器上的電壓值的示意圖；
[0021]圖4a為實施例中電網電壓與電流波形的示意圖；
[0022]圖4b為實施例中裝置發出的無功功率的示意圖；
[0023]圖4c為實施例中線路和裝置等自身的損耗的示意圖；
[0024]圖4d為實施例中裝置向電網吸收了部分有功功率的示意圖。
【具體實施方式】:
[0025]參看圖1-2，本【具體實施方式】採用如下技術方案:它包含U相級聯單元1、V相級聯單元2和W相級聯單元3，三相級聯單元之間呈星型連接；每相級聯單元由η個全橋逆變單元、η個大電容器組C、n個自動開關K和η個電池組單元組成，所述的η個全橋逆變單元相互串聯，每個級聯單元中的第一個全橋逆變單元的首端與相應的電抗器L相連，每個級聯單元中的第η個全橋逆變單元的末端與另外兩個級聯單元中的第η個全橋逆變單元的末端相連；所述的每個全橋逆變單元中的直流母線與所述的大電容器組C相併聯；所述的電池組單元通過自動開關K與所述的大電容器組C相連。
[0026]所述的全橋逆變單元由四個絕緣柵雙極電晶體或集成門極換流晶閘管組成,絕緣柵雙極電晶體或集成門極換流晶閘管成橋式連接。
[0027]所述的電池組單元由一個電池組和一個雙向DC/DC變換器組成，電池組與雙向DC/DC變換器相連。[0028]一臺三相電抗器分別用於:(1)、根據電能裝置接入點的電壓與級聯單元產生的電壓在其上的電壓降來產生調節電流；(2)、濾除來自級聯單元電流的高次諧波。電抗器的一端分別與相應的級聯單元相連，電抗器的另一端分別與斷路器相連。
[0029]一臺三相斷路器用於在電能裝置發生故障或維修時使三相級聯單元與電網切斷，斷路器的一端分別與相應的電抗器相連，斷路器的另一端分別與相應的隔離開關相連。
[0030]一臺三相隔離開關用於在斷路器斷開時保證三相級聯單元與電網完全切斷，隔離開關的一端分別與相應的斷路器相連，隔離開關的另一端分別與電網的三相連接。
[0031]實施例:
[0032]如圖1所示中，級聯數N=3，為了實驗方便，電網與本裝置的各項參數如下所示:
[0033]
【權利要求】
1.一種用於中壓電力系統混合功率調節的電能裝置，其特徵在於它包含U相級聯單元(l)、v相級聯單元(2)和W相級聯單元(3)，三相級聯單元之間呈星型連接；每相級聯單元由η個全橋逆變單元、η個大電容器組(C)、η個自動開關(K)和η個電池組單元組成，所述的η個全橋逆變單元相互串聯，每個級聯單元中的第一個全橋逆變單元的首端與相應的電抗器(L)相連，每個級聯單元中的第η個全橋逆變單元的末端與另外兩個級聯單元中的第η個全橋逆變單元的末端相連；所述的每個全橋逆變單元中的直流母線與所述的大電容器組(C)相併聯；所述的電池組單元通過自動開關(K)與所述的大電容器組(C)相連。
2.根據權利要求1所述的一種用於中壓電力系統混合功率調節的電能裝置，其特徵在於所述的電池組單元由一個電池組和一個雙向DC/DC變換器組成，電池組與雙向DC/DC變換器相連。
3.根據權利要求1所述的一種用於中壓電力系統混合功率調節的電能裝置，其特徵在於所述的全橋逆變單元由四個絕緣柵雙極電晶體或集成門極換流晶閘管組成，絕緣柵雙極電晶體或集成門極換流晶閘管成橋式連接。
【文檔編號】H02J3/00GK103560536SQ201310449673
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年9月22日 優先權日:2013年9月22日
【發明者】萬承寬, 付權偉, 張川, 唐斌, 賴成毅, 彭良平 申請人:東方日立(成都)電控設備有限公司