一種蓄電池儲能調節裝置的製作方法
2023-07-20 17:58:01 1
專利名稱：一種蓄電池儲能調節裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電能調節裝置，特別是關於一種蓄電池儲能調節裝置 (PowerConditioning System, PCS)。
背景技術：
我國電網尚無法覆蓋全國各個區域，比如偏遠地區、海上油田平臺等，這是由於遠 距離輸電，不僅會造成很多電能損耗，大大提高成本，而且實現難度也很大。眾所周知，海上 和有些偏遠地區風資源豐富，如果能夠有效地利用風資源，建立一個獨立電源系統，則可以 很好地解決"孤島電網"供電難的問題。但是，由於風能的間歇性、波動性和不可控性等特 點，因此需要一個蓄電池儲能調節裝置來平衡風機風力的波動，以穩定獨立電源系統的輸 出電壓和頻率，提高電能質量。就目前已有的技術而言，適合與千瓦級風電機組組成獨立電 源系統的蓄電池儲能調節裝置已有應用，而適合與兆瓦級風電機組組成獨立電源系統的蓄 電池儲能調節裝置現在還沒有，而且從千瓦級到兆瓦級的風電獨立系統的電壓和頻率波動 增大，系統的電壓和頻率穩定控制面臨更大的挑戰，需要更加優越的控制方法和合理的系 統結構來保證系統的穩定性。
發明內容
針對上述問題，本發明的目的是提供一種易於實現，節約成本，且適用與兆瓦級風 電機組組成獨立電源系統的蓄電池儲能調節裝置。 為實現上述目的，本發明採取以下技術方案一種蓄電池儲能調節裝置，其特徵 在於，它包括至少兩個充放電管理系統，其的交流側均並聯接入一公共母線上後，再通過 一變壓器接入高壓主母線；每一所述充放電管理系統的直流端連接一蓄電池組，控制所述 蓄電池組在上、下限電壓值範圍內與所述高壓主母線和公共母線形成的PCC點進行有功功 率、無功功率的雙向調節，使所述PCC點的電壓和頻率穩定；一系統主監控器，其通過若干 CAN接口與各所述充放電管理系統進行信息交互，並按照所述充放電管理系統的指令，控制 外部備用電源為所述高壓主母線供電或者控制卸載電荷消耗掉所述高壓主母線輸出的電 能，使所述PCC點的電壓和頻率穩定。 每一所述充放電管理系統包括一電壓源逆變器，其與所述PCC點之間進行有功 功率、無功功率雙向調節，使所述PCC點的電壓和頻率穩定；若干電能要素採樣器，採集所 述高壓主母線的實際電能要素，所述電壓源逆變器與變壓器之間的公共母線上的電能要 素，以及所述蓄電池組兩端的電壓；模數轉換模塊，將所述電能要素採樣器採集到的各種電 能要素轉換成數位訊號；一 DSP核心控制器，其中預設置有所述PCC點電壓和頻率值，以及 所述蓄電池組兩端的上、下限電壓值；所述DSP核心控制器根據所述模數轉換模塊輸入的 電能要素，控制所述PCC點電壓和頻率為預設值，同時判斷所述蓄電池組兩端的電壓值是 否超出了所述預設的上、下限電壓值，以控制所述電壓源逆變器和/或所述系統主監控器 的工作。
所述電能要素採樣器採集的電能要素包括電壓、頻率和電流。 當所述DSP核心控制器判斷出所述PCC點的實際電壓、頻率值均大於所述預設的 電壓、頻率值，且所述蓄電池組兩端的電壓值位於所述預設的上、下限電壓範圍內時，所述 電壓源逆變器吸收有功功率，使所述PCC點電壓、頻率穩定為預設值。 當所述DSP核心控制器判斷出所述PCC點的實際電壓、頻率值均大於所述預設的 電壓、頻率值，且所述蓄電池組兩端的電壓值與所述預設上限電壓值相等時，所述DSP核心 控制器通過所述系統主監控器控制卸載負荷消耗掉所述高壓主母線輸出的電能，使所述 PCC點電壓、頻率穩定為預設值。 當所述DSP核心控制器判斷出實際有功功率值小於預設的額定有功功率值，且所 述蓄電池組兩端的電壓值位於所述預設的上、下限電壓範圍內時，所述電壓源逆變器發出 有功功率，使PCC點的電壓和頻率穩定為預設值。 當所述DSP核心控制器判斷出實際有功功率值小於預設的額定有功功率值，且所 述蓄電池組兩端的電壓值位於所述預設的上、下限電壓範圍內時，所述電壓源逆變器發出 有功功率，同時所述DSP核心控制器通過所述系統主監控器啟動所述外部備用電源給所述 高壓主母線供電，使PCC點的電壓和頻率穩定為預設值。 當所述DSP核心控制器判斷出實際有功功率值小於所述預設的額定有功功率值， 且所述蓄電池組兩端的電壓值與所述預設的下限電壓值相等時，所述DSP核心控制器通過 所述系統主監控器啟動外部備用電源給所述高壓主母線供電，使PCC點的電壓和頻率穩定 為預設值。 還包括一上位機，其通過RS485接口與所述系統主監控器進行信息交互，以對所 述充放電管理系統進行遠程監測與控制；所述上位機包括一人機界面，其通過所述CAN接 口與所述系統主監控器進行信息交互，以對所述充放電管理系統進行人機對話、遠程控制。
本發明由於採取以上技術方案，其具有以下優點1、由於本發明包括至少兩個與 蓄電池組相對應的充放電管理系統，且每一充放電管理系統採用了 DSP核心控制器，其中 預設置有一額定有功功率值和無功功率值，以及蓄電池組兩端的電壓的上、下限值，DSP核 心控制器根據模數轉換模塊輸入的電能要素，計算出高壓主母線的實際有功功率值和無功 功率值，並將實際有功功率值和無功功率值分別與預設的額定有功功率值和無功功率值進 行比較，同時判斷蓄電池組兩端的電壓值是否超出了預設的電壓上、下限，以通過電壓源逆 變器控制蓄電池組與PCC點之間進行有功功率、無功功率雙向交換，因此可以很容易地控 制了 PCC點的頻率和電壓保持穩定，從而提高了電能的輸出質量，而且還適用於與兆瓦級 風電機組組成獨立電源系統。2、由於本發明的每一蓄電池組可以直接插入對應的充放電管 理系統的直流端，且每一充放電管理系統並聯接入一公共母線上，並分別通過一變壓器接 入高壓主母線，因此可以降低每個充放電管理系統的額定容量，便於實現。本發明易於實 現，節約了成本，且適用與兆瓦級風電機組組成獨立電源系統，適用於海上油田平臺和偏遠 地區的供電。
圖1是本發明的結構示意圖
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。 如圖l所示，本發明包括至少兩個充放電管理系統1、一系統主監控器2和若干 CAN接口 3。其中，充放電管理系統1與蓄電池組4 一一對應，每一充放電管理系統1的直 流端連接對應的蓄電池組4，並控制相應蓄電池組4進行充放電。各充放電系統1分別通過 一 CAN接口 3與系統主監控器2進行信息交互，每一充放電管理系統1的交流側並聯接入 一公共母線5上，再通過一變壓器6接入高壓主母線7 (相當於電網)，公共母線5與高壓主 母線7之間的接點形成一 PCC點(Point of common coupling,公共耦合點)，PCC點的電 壓和頻率值的穩定，保證負荷11用電的穩定。本實施例中，蓄電池組4可以採用現有的鈦 酸鋰電池、鈉硫電池、液流電池、鋰電池和鉛酸電池中的任一種或多種。
本發明的每一充放電管理系統1包括一電壓源逆變器8、若干電能要素採樣器9、 模數轉換模塊10和一 DSP核心控制器11。其中，電壓源逆變器8按照DSP核心控制器11 的指令，與PCC點之間進行有功功率、無功功率雙向調節，電壓源逆變器8吸收有功功率時， 即將高壓主母線7上剩餘的電量存儲在蓄電池組4中；電壓源逆變器8發出有功功率時，即 蓄電池組4通過公共母線5給高壓主母線7供電。電能要素採樣器9用於採集高壓主母線 7的實際電能要素，電壓源逆變器8與變壓器6之間的公共母線5上的電能要素，以及蓄電 池組4兩端的電壓Vdc。電能要素通常包括電壓、頻率和電流，本實施例中，電能要素採樣 器9可以是電壓霍爾傳感器和電流霍爾傳感器。模數轉換模塊10將電能要素採樣器9採 集到的各種電能要素轉換成數位訊號。DSP核心控制器11中預設置有PCC點電壓和頻率 值，以及蓄電池組4兩端的上、下限電壓值。DSP核心控制器11根據模數轉換模塊10輸入 的電能要素，控制PCC點電壓和頻率為預設值，同時判斷蓄電池組4兩端的電壓值是否超出 了預設的上、下限電壓值，以控制電壓源逆變器8和/或系統主監控器2的工作。
DSP核心控制器11對系統主監控器2的控制情況是一旦判斷出蓄電池組4兩端 的電壓值大於預設的上限電壓值，DSP核心控制器11通過系統主監控器2，控制卸載負荷消 耗掉高壓主母線7輸出的電能，使PCC點的電壓和頻率穩定為預設值。若判斷出蓄電池組 4兩端的電壓值小於預設的下限電壓值，DSP核心控制器11通過系統主監控器2，控制外部 備用電源啟動，向高壓主母線7供電，使PCC點的電壓和頻率穩定為預設值。
上述實施例中，本發明還包括一上位機12，其通過RS485接口 13與系統主監控器 2進行信息交互，以對本發明進行遠程監測與控制。上位機12還包括一人機界面14，其通 過CAN接口 3與系統主監控器2進行信息交互，以對充放電管理系統1進行人機對話、遠程 控制等。 本發明對電能進行調節的工作如下 1)當DSP核心控制器ll判斷出PCC點的實際電壓、頻率值均大於預設的PCC點電 壓、頻率值，且蓄電池組4兩端的電壓值位於預設的上、下限電壓範圍內時，電壓源逆變器8 吸收有功功率，即電壓源逆變器8將高壓主母線7中剩餘的電能存儲在蓄電池組4中，使 PCC點電壓、頻率穩定為預設值。 2)當DSP核心控制器11判斷出PCC點的實際電壓、頻率值均大於預設的PCC點電 壓、頻率值，且蓄電池組4兩端的電壓值與預設上限電壓值相等時，DSP核心控制器11通過 系統主監控器2控制卸載負荷消耗掉高壓主母線7輸出的電能，使PCC點電壓、頻率穩定為預設值。 3)當DSP核心控制器11判斷出PCC點的實際電壓頻率值小於預設的PCC點電壓、 頻率值，且蓄電池組4兩端的電壓值位於預設的上、下限電壓範圍內時，電壓源逆變器8發 出有功功率，即電壓源逆變器8將蓄電池組4中存儲的電能通過公共母線5給高壓主母線 7供電，使PCC點電壓、頻率穩定為預設值。 4)當DSP核心控制器11判斷出PCC點的實際電壓頻率值小於預設的PCC點電壓、 頻率值，且蓄電池組4兩端的電壓值與預設的下限電壓值相等時，DSP核心控制器11通過系 統主監控器2啟動外部備用電源給高壓主母線7供電，使PCC點電壓、頻率穩定為預設值。
本發明通過與PCC點之間的有功功率、無功功率的雙向調節，即四象限運行。在本 發明與兆瓦級風電機組組成獨立電源系統出現擾動時，本發明可以在額定範圍內動態平衡 獨立電源系統的有功功率和無功功率，以控制PCC點的頻率和電壓穩定為預設值。
上述各實施例僅用於說明本發明，其中各部件的結構、連接方式都是可以有所變 化的，凡是在本發明技術方案的基礎上進行的等同變換和改進，均不應排除在本發明的保 護範圍之外。
權利要求
一種蓄電池儲能調節裝置，其特徵在於，它包括至少兩個充放電管理系統，其的交流側均並聯接入一公共母線上後，再通過一變壓器接入高壓主母線；每一所述充放電管理系統的直流端連接一蓄電池組，控制所述蓄電池組在上、下限電壓值範圍內與所述高壓主母線和公共母線形成的PCC點進行有功功率、無功功率的雙向調節，使所述PCC點的電壓和頻率穩定；一系統主監控器，其通過若干CAN接口與各所述充放電管理系統進行信息交互，並按照所述充放電管理系統的指令，控制外部備用電源為所述高壓主母線供電或者控制卸載電荷消耗掉所述高壓主母線輸出的電能，使所述PCC點的電壓和頻率穩定。
2. 如權利要求1所述的一種蓄電池儲能調節裝置，其特徵在於，每一所述充放電管理 系統包括一電壓源逆變器，其與所述PCC點之間進行有功功率、無功功率雙向調節，使所述PCC 點的電壓和頻率穩定；若干電能要素採樣器，採集所述高壓主母線的實際電能要素，所述電壓源逆變器與變 壓器之間的公共母線上的電能要素，以及所述蓄電池組兩端的電壓；模數轉換模塊，將所述電能要素採樣器採集到的各種電能要素轉換成數位訊號；一 DSP核心控制器，其中預設置有所述PCC點電壓和頻率值，以及所述蓄電池組兩端的 上、下限電壓值；所述DSP核心控制器根據所述模數轉換模塊輸入的電能要素，控制所述PCC點電壓和 頻率為預設值，同時判斷所述蓄電池組兩端的電壓值是否超出了所述預設的上、下限電壓 值，以控制所述電壓源逆變器和/或所述系統主監控器的工作。
3. 如權利要求2所述的一種蓄電池儲能調節裝置，其特徵在於所述電能要素採樣器 採集的電能要素包括電壓、頻率和電流。
4. 如權利要求2所述的一種蓄電池儲能調節裝置，其特徵在於當所述DSP核心控制 器判斷出所述PCC點的實際電壓、頻率值均大於所述預設的電壓、頻率值，且所述蓄電池組 兩端的電壓值位於所述預設的上、下限電壓範圍內時，所述電壓源逆變器吸收有功功率，使 所述PCC點電壓、頻率穩定為預設值。
5. 如權利要求2所述的一種蓄電池儲能調節裝置，其特徵在於當所述DSP核心控制 器判斷出所述PCC點的實際電壓、頻率值均大於所述預設的電壓、頻率值，且所述蓄電池組 兩端的電壓值與所述預設上限電壓值相等時，所述DSP核心控制器通過所述系統主監控器 控制卸載負荷消耗掉所述高壓主母線輸出的電能，使所述PCC點電壓、頻率穩定為預設值。
6. 如權利要求2所述的一種蓄電池儲能調節裝置，其特徵在於當所述DSP核心控制 器判斷出實際有功功率值小於預設的額定有功功率值，且所述蓄電池組兩端的電壓值位於 所述預設的上、下限電壓範圍內時，所述電壓源逆變器發出有功功率，使PCC點的電壓和頻 率穩定為預設值。
7. 如權利要求2所述的一種蓄電池儲能調節裝置，其特徵在於當所述DSP核心控制 器判斷出實際有功功率值小於預設的額定有功功率值，且所述蓄電池組兩端的電壓值位於 所述預設的上、下限電壓範圍內時，所述電壓源逆變器發出有功功率，同時所述DSP核心控 制器通過所述系統主監控器啟動所述外部備用電源給所述高壓主母線供電，使PCC點的電 壓和頻率穩定為預設值。
8. 如權利要求2所述的一種蓄電池儲能調節裝置，其特徵在於當所述DSP核心控制 器判斷出實際有功功率值小於所述預設的額定有功功率值，且所述蓄電池組兩端的電壓值 與所述預設的下限電壓值相等時，所述DSP核心控制器通過所述系統主監控器啟動外部備 用電源給所述高壓主母線供電，使PCC點的電壓和頻率穩定為預設值。
9. 如權利要求l或2獲火4或5或6或7或8所述的一種蓄電池儲能調節裝置，其特 徵在於還包括一上位機，其通過RS485接口與所述系統主監控器進行信息交互，以對所述 充放電管理系統進行遠程監測與控制；所述上位機包括一人機界面，其通過所述CAN接口 與所述系統主監控器進行信息交互，以對所述充放電管理系統進行人機對話、遠程控制。
全文摘要
本發明涉及一種蓄電池儲能調節裝置，其特徵在於，它包括至少兩個充放電管理系統，其的交流側均並聯接入一公共母線上後，再通過一變壓器接入高壓主母線；每一所述充放電管理系統的直流端連接一蓄電池組，控制所述蓄電池組在上、下限電壓值範圍內與所述高壓主母線和公共母線形成的PCC點進行有功功率、無功功率的雙向調節，使所述PCC點的電壓和頻率穩定；一系統主監控器，其通過若干CAN接口與各所述充放電管理系統進行信息交互，並按照所述充放電管理系統的指令，控制外部備用電源為所述高壓主母線供電或者控制卸載電荷消耗掉所述高壓主母線輸出的電能，使所述PCC點的電壓和頻率穩定。本發明易於實現，節約了成本，且適用與兆瓦級風電機組組成獨立電源系統，適用於海上油田平臺和偏遠地區的供電。
文檔編號H02J3/28GK101795005SQ201010142278
公開日2010年8月4日 申請日期2010年4月2日 優先權日2010年4月2日
發明者尚景宏, 張建文, 曹雲峰, 朱鵬, 林偉明, 羅銳, 蔡旭, 蔡翔 申請人:中國海洋石油總公司;中海油新能源投資有限責任公司