專利名稱：一種蓄電池儲能調(diào)節(jié)裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電能調(diào)節(jié)裝置，特別是關于一種蓄電池儲能調(diào)節(jié)裝置 (PowerConditioning System, PCS)。
背景技術：
我國電網(wǎng)尚無法覆蓋全國各個區(qū)域，比如偏遠地區(qū)、海上油田平臺等，這是由于遠 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(xiàn)難度也很大。眾所周知，海上 和有些偏遠地區(qū)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(tǒng)，則可以 很好地解決"孤島電網(wǎng)"供電難的問題。但是，由于風能的間歇性、波動性和不可控性等特 點，因此需要一個蓄電池儲能調(diào)節(jié)裝置來平衡風機風力的波動，以穩(wěn)定獨立電源系統(tǒng)的輸 出電壓和頻率，提高電能質(zhì)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(tǒng)的蓄電池儲能調(diào)節(jié)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(tǒng)的蓄 電池儲能調(diào)節(jié)裝置現(xiàn)在還沒有，而且從千瓦級到兆瓦級的風電獨立系統(tǒng)的電壓和頻率波動 增大，系統(tǒng)的電壓和頻率穩(wěn)定控制面臨更大的挑戰(zhàn)，需要更加優(yōu)越的控制方法和合理的系 統(tǒng)結構來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種易于實現(xiàn)，節(jié)約成本，且適用與兆瓦級風 電機組組成獨立電源系統(tǒng)的蓄電池儲能調(diào)節(jié)裝置。 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術方案一種蓄電池儲能調(diào)節(jié)裝置，其特征 在于，它包括至少兩個充放電管理系統(tǒng)，其的交流側均并聯(lián)接入一公共母線上后，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(tǒng)的直流端連接一蓄電池組，控制所述 蓄電池組在上、下限電壓值范圍內(nèi)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(diào)節(jié)，使所述PCC點的電壓和頻率穩(wěn)定；一系統(tǒng)主監(jiān)控器，其通過若干 CAN接口與各所述充放電管理系統(tǒng)進行信息交互，并按照所述充放電管理系統(tǒng)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(wěn)定。 每一所述充放電管理系統(tǒng)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(diào)節(jié)，使所述PCC點的電壓和頻率穩(wěn)定；若干電能要素采樣器，采集所 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(shù)轉換模塊，將所述電能要素采樣器采集到的各種電 能要素轉換成數(shù)字信號；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(jù)所述模數(shù)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(tǒng)主監(jiān)控器 的工作。
所述電能要素采樣器采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、頻率值均大于所述預設的 電壓、頻率值，且所述蓄電池組兩端的電壓值位于所述預設的上、下限電壓范圍內(nèi)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(wěn)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、頻率值均大于所述預設的 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(tǒng)主監(jiān)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(wěn)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于預設的額定有功功率值，且所 述蓄電池組兩端的電壓值位于所述預設的上、下限電壓范圍內(nèi)時，所述電壓源逆變器發(fā)出 有功功率，使PCC點的電壓和頻率穩(wěn)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于預設的額定有功功率值，且所 述蓄電池組兩端的電壓值位于所述預設的上、下限電壓范圍內(nèi)時，所述電壓源逆變器發(fā)出 有功功率，同時所述DSP核心控制器通過所述系統(tǒng)主監(jiān)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(wěn)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于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(tǒng)主監(jiān)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(wěn)定 為預設值。 還包括一上位機，其通過RS485接口與所述系統(tǒng)主監(jiān)控器進行信息交互，以對所 述充放電管理系統(tǒng)進行遠程監(jiān)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(tǒng)主監(jiān)控器進行信息交互，以對所述充放電管理系統(tǒng)進行人機對話、遠程控制。
本發(fā)明由于采取以上技術方案，其具有以下優(yōu)點1、由于本發(fā)明包括至少兩個與 蓄電池組相對應的充放電管理系統(tǒng)，且每一充放電管理系統(tǒng)采用了 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(jù)模數(shù)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，并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(wěn)定，從而提高了電能的輸出質(zhì)量，而且還適用于與兆瓦級 風電機組組成獨立電源系統(tǒng)。2、由于本發(fā)明的每一蓄電池組可以直接插入對應的充放電管 理系統(tǒng)的直流端，且每一充放電管理系統(tǒng)并聯(lián)接入一公共母線上，并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(tǒng)的額定容量，便于實現(xiàn)。本發(fā)明易于實 現(xiàn)，節(jié)約了成本，且適用與兆瓦級風電機組組成獨立電源系統(tǒng)，適用于海上油田平臺和偏遠 地區(qū)的供電。
圖1是本發(fā)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(fā)明進行詳細的描述。 如圖l所示，本發(fā)明包括至少兩個充放電管理系統(tǒng)1、一系統(tǒng)主監(jiān)控器2和若干 CAN接口 3。其中，充放電管理系統(tǒng)1與蓄電池組4 一一對應，每一充放電管理系統(tǒng)1的直 流端連接對應的蓄電池組4，并控制相應蓄電池組4進行充放電。各充放電系統(tǒng)1分別通過 一 CAN接口 3與系統(tǒng)主監(jiān)控器2進行信息交互，每一充放電管理系統(tǒng)1的交流側并聯(lián)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 (相當于電網(wǎng))，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(wěn)定，保證負荷11用電的穩(wěn)定。本實施例中，蓄電池組4可以采用現(xiàn)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(fā)明的每一充放電管理系統(tǒng)1包括一電壓源逆變器8、若干電能要素采樣器9、 模數(shù)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(diào)節(jié)，電壓源逆變器8吸收有功功率時， 即將高壓主母線7上剩余的電量存儲在蓄電池組4中；電壓源逆變器8發(fā)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。電能要素采樣器9用于采集高壓主母線 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，電能要素采樣 器9可以是電壓霍爾傳感器和電流霍爾傳感器。模數(shù)轉換模塊10將電能要素采樣器9采 集到的各種電能要素轉換成數(shù)字信號。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(jù)模數(shù)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(tǒng)主監(jiān)控器2的工作。
DSP核心控制器11對系統(tǒng)主監(jiān)控器2的控制情況是一旦判斷出蓄電池組4兩端 的電壓值大于預設的上限電壓值，DSP核心控制器11通過系統(tǒng)主監(jiān)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(wěn)定為預設值。若判斷出蓄電池組 4兩端的電壓值小于預設的下限電壓值，DSP核心控制器11通過系統(tǒng)主監(jiān)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(wěn)定為預設值。
上述實施例中，本發(fā)明還包括一上位機12，其通過RS485接口 13與系統(tǒng)主監(jiān)控器 2進行信息交互，以對本發(fā)明進行遠程監(jiān)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(tǒng)主監(jiān)控器2進行信息交互，以對充放電管理系統(tǒng)1進行人機對話、遠程 控制等。 本發(fā)明對電能進行調(diào)節(jié)的工作如下 1)當DSP核心控制器ll判斷出PCC點的實際電壓、頻率值均大于預設的PCC點電 壓、頻率值，且蓄電池組4兩端的電壓值位于預設的上、下限電壓范圍內(nèi)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中剩余的電能存儲在蓄電池組4中，使 PCC點電壓、頻率穩(wěn)定為預設值。 2)當DSP核心控制器11判斷出PCC點的實際電壓、頻率值均大于預設的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(tǒng)主監(jiān)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(wěn)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于預設的PCC點電壓、 頻率值，且蓄電池組4兩端的電壓值位于預設的上、下限電壓范圍內(nèi)時，電壓源逆變器8發(fā) 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(wěn)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于預設的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(tǒng)主監(jiān)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(wěn)定為預設值。
本發(fā)明通過與PCC點之間的有功功率、無功功率的雙向調(diào)節(jié)，即四象限運行。在本 發(fā)明與兆瓦級風電機組組成獨立電源系統(tǒng)出現(xiàn)擾動時，本發(fā)明可以在額定范圍內(nèi)動態(tài)平衡 獨立電源系統(tǒng)的有功功率和無功功率，以控制PCC點的頻率和電壓穩(wěn)定為預設值。
上述各實施例僅用于說明本發(fā)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(fā)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(fā)明的保 護范圍之外。
權利要求
一種蓄電池儲能調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，它包括至少兩個充放電管理系統(tǒng)，其的交流側均并聯(lián)接入一公共母線上后，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(tǒng)的直流端連接一蓄電池組，控制所述蓄電池組在上、下限電壓值范圍內(nèi)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(diào)節(jié)，使所述PCC點的電壓和頻率穩(wěn)定；一系統(tǒng)主監(jiān)控器，其通過若干CAN接口與各所述充放電管理系統(tǒng)進行信息交互，并按照所述充放電管理系統(tǒng)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(wěn)定。
2. 如權利要求1所述的一種蓄電池儲能調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，每一所述充放電管理 系統(tǒng)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(diào)節(jié)，使所述PCC 點的電壓和頻率穩(wěn)定；若干電能要素采樣器，采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(shù)轉換模塊，將所述電能要素采樣器采集到的各種電能要素轉換成數(shù)字信號；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(jù)所述模數(shù)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(tǒng)主監(jiān)控器的工作。
3. 如權利要求2所述的一種蓄電池儲能調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述電能要素采樣器 采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(diào)節(jié)裝置，其特征在于當所述DSP核心控制 器判斷出所述PCC點的實際電壓、頻率值均大于所述預設的電壓、頻率值，且所述蓄電池組 兩端的電壓值位于所述預設的上、下限電壓范圍內(nèi)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(wěn)定為預設值。
5. 如權利要求2所述的一種蓄電池儲能調(diào)節(jié)裝置，其特征在于當所述DSP核心控制 器判斷出所述PCC點的實際電壓、頻率值均大于所述預設的電壓、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(tǒng)主監(jiān)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(wěn)定為預設值。
6. 如權利要求2所述的一種蓄電池儲能調(diào)節(jié)裝置，其特征在于當所述DSP核心控制 器判斷出實際有功功率值小于預設的額定有功功率值，且所述蓄電池組兩端的電壓值位于 所述預設的上、下限電壓范圍內(nèi)時，所述電壓源逆變器發(fā)出有功功率，使PCC點的電壓和頻 率穩(wěn)定為預設值。
7. 如權利要求2所述的一種蓄電池儲能調(diào)節(jié)裝置，其特征在于當所述DSP核心控制 器判斷出實際有功功率值小于預設的額定有功功率值，且所述蓄電池組兩端的電壓值位于 所述預設的上、下限電壓范圍內(nèi)時，所述電壓源逆變器發(fā)出有功功率，同時所述DSP核心控 制器通過所述系統(tǒng)主監(jiān)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(wěn)定為預設值。
8. 如權利要求2所述的一種蓄電池儲能調(diào)節(jié)裝置，其特征在于當所述DSP核心控制 器判斷出實際有功功率值小于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(tǒng)主監(jiān)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(wěn)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(diào)節(jié)裝置，其特 征在于還包括一上位機，其通過RS485接口與所述系統(tǒng)主監(jiān)控器進行信息交互，以對所述 充放電管理系統(tǒng)進行遠程監(jiān)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(tǒng)主監(jiān)控器進行信息交互，以對所述充放電管理系統(tǒng)進行人機對話、遠程控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種蓄電池儲能調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，它包括至少兩個充放電管理系統(tǒng)，其的交流側均并聯(lián)接入一公共母線上后，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(tǒng)的直流端連接一蓄電池組，控制所述蓄電池組在上、下限電壓值范圍內(nèi)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(diào)節(jié)，使所述PCC點的電壓和頻率穩(wěn)定；一系統(tǒng)主監(jiān)控器，其通過若干CAN接口與各所述充放電管理系統(tǒng)進行信息交互，并按照所述充放電管理系統(tǒng)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(wěn)定。本發(fā)明易于實現(xiàn)，節(jié)約了成本，且適用與兆瓦級風電機組組成獨立電源系統(tǒng)，適用于海上油田平臺和偏遠地區(qū)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(yōu)先權日2010年4月2日
發(fā)明者尚景宏, 張建文, 曹云峰, 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