一種基于低壓的有功和無功調(diào)節(jié)的電能裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于多功能電力電子裝置的控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于三相電系 統(tǒng)、同時具有有功功率調(diào)節(jié)和無功功率調(diào)節(jié)功能的電能裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 石化能源的瓶頸制約和生態(tài)環(huán)境惡化使得風(fēng)力發(fā)電作為一種清潔能源近年來得 到了迅猛發(fā)展。由于自然界中風(fēng)能是變化的，因此風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的有功功率亦是波 動的。隨著并入電網(wǎng)的風(fēng)機容量不斷增大，這個波動將會引起嚴(yán)重的電能質(zhì)量問題并危害 到電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。因此對于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，需要有能夠進(jìn)行有功功率調(diào)節(jié)、抑制電能波動 的電力裝置。
[0003] 另外，目前并網(wǎng)發(fā)電的大型風(fēng)力發(fā)電機組通常采用異步發(fā)電機，而異步發(fā)電機在 向電網(wǎng)輸送有功功率的同時，還會從電網(wǎng)吸收滯后的無功功率，因此整個風(fēng)電場增加了對 電網(wǎng)無功的需求，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性降低。此外，在電網(wǎng)發(fā)生大擾動或故障時，一般還 需要風(fēng)力發(fā)電場具有動態(tài)無功功率支撐能力，即向電網(wǎng)輸出無功功率，從而穩(wěn)定電網(wǎng)電壓 和頻率。因此對于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)來說，還需要有能夠進(jìn)行無功功率調(diào)節(jié)、穩(wěn)定電網(wǎng)電壓的電 力裝置。
[0004] 目前在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的實際應(yīng)用中，為了提高電能質(zhì)量，增強電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可 靠性。一般使用電能儲存裝置對有功功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，例如當(dāng)風(fēng)機發(fā)出的有功功率大于電網(wǎng) 所需功率時就將多余的有功存儲在電池、超級電容等儲能元件中；當(dāng)發(fā)出的有功功率小于 電網(wǎng)所需功率時則將儲能元件中的能量送入電網(wǎng)。對于無功功率的調(diào)節(jié)，現(xiàn)在則大多采用 并聯(lián)的補償電容器組或靜止無功補償器如SVC、SVG等無功補償裝置來實現(xiàn)。其中投切電 容器組（TSC)雖然在一定程度上可以實現(xiàn)無功補償，但因其調(diào)節(jié)不平滑、響應(yīng)速度慢并且補 償容量受裝置自身容量的限制，在實際中的補償效果并不好。而基于電力電子逆變技術(shù)的 動態(tài)無功補償裝置，如SVC (靜止無功補償器)、STATC0M (靜止同步補償器）等，由于采用了 GTO、IGBT等大功率全控器件，不僅可以吸收還可以向電網(wǎng)發(fā)送無功，能夠更加快速有效地 實現(xiàn)對無功功率的調(diào)節(jié)。但這類系統(tǒng)通常大部分需要隔離變壓器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地大，價格 尚昂。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)對電能波動調(diào)節(jié)和無功調(diào)節(jié)的需求，本發(fā)明的目的是提出 一種同時具有有功功率波動調(diào)節(jié)和無功功率調(diào)節(jié)功能的電能裝置。該裝置采用多個三相全 橋逆變單元經(jīng)電抗器并連接入電網(wǎng)，利用每個逆變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(jìn)行調(diào)節(jié)，利用每個單元直流母線上的電池組單元BBlKBattery bank unit)對緩慢變化的有功功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。該裝置將有功功率調(diào)節(jié)和無功功率調(diào)節(jié)的功能集 于一身，具有較強的動態(tài)調(diào)節(jié)能力，運行中無諧波輸出，并且無需并網(wǎng)變壓器、占地面積小、 維護簡單，相較于目前風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中所使用的儲能裝置或無功補償裝置具有更加全面的 功能和十分突出的性價比優(yōu)勢。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明技術(shù)方案如下： 一種基于低壓的有功和無功調(diào)節(jié)的電能裝置，所述電能裝置包括η個三相全橋逆變單 元、η個電抗器、η個斷路器、η個自動開關(guān)及η個BBU單元；η個三相全橋逆變單元并聯(lián)接 入電網(wǎng)；每個三相全橋逆變單元依次經(jīng)過一個電抗器、一個電路器接入電網(wǎng)；每個三相全 橋逆變單元的直流母線上并聯(lián)m個電容器；每個三相全橋逆變單元的直流母線上通過一個 自動開關(guān)并聯(lián)接入1個BBU單元；η彡1，m彡I ;n、m均為整數(shù)；所述逆變單元的直流母線 上并聯(lián)m個電容器用于無功功率調(diào)節(jié)以及吸收瞬時變化的有功功率，電容器的具體數(shù)量根 據(jù)系統(tǒng)的容量進(jìn)行配置；BBU單元通過自動開關(guān)（K1、K2......Kn)接入直流母線，以便于BBU 單元的維護。
[0007] 進(jìn)一步的，每個三相全橋逆變單元由IGCT或IGBT大功率全控器件構(gòu)成。
[0008] 進(jìn)一步的，每個BBU單元包括一個電池組和一個雙向DC/DC變換器，所述電池組與 所述雙向DC/DC變換器相連，根據(jù)需求和電池組的狀態(tài)對電池組的充放電進(jìn)行控制。
[0009] 進(jìn)一步的，所述電能裝置依次通過總斷路器及隔離開關(guān)接入電網(wǎng)。
[0010] 進(jìn)一步的，還包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)通過輸出控制信號驅(qū)動所述三相全橋 逆變單元工作，實現(xiàn)系統(tǒng)的既有功能。
[0011] 進(jìn)一步的，還包括電池管理系統(tǒng)，所述電池管理系統(tǒng)和每一個BBU單元相連，用于 對BBU單元中的電池組進(jìn)行監(jiān)視和控制。
[0012] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是： 1)本發(fā)明提出的裝置同時具有有功波動和無功調(diào)節(jié)、以及三相電壓不平衡補償?shù)裙?能，一機多用，相比于單獨的儲能裝置或無功補償裝置來說，功能更為全面，性價比優(yōu)勢十 分明顯。
[0013] 2)本發(fā)明提出的裝置能夠完全替代現(xiàn)有的動態(tài)無功補償裝置實現(xiàn)對電網(wǎng)的無功 補償功能，比起現(xiàn)有的SVC等裝置來說，結(jié)構(gòu)簡單，占地小。
[0014] 3)本發(fā)明提出的電能裝置在對風(fēng)力發(fā)電電能波動的調(diào)節(jié)中，相較于已有的儲能裝 置來說，由于利用了直流母線上大電容的充放電能力從而對快動態(tài)過程具有更佳的調(diào)節(jié)性 能。
[0015] 4)本發(fā)明提出的電能裝置中，儲能單元BBU易于更換，這對相較于系統(tǒng)其他部件 壽命較短的電池組而言，維護更加容易安全。
[0016] 5)本發(fā)明采用多個三相全橋逆變單元通過電抗器并聯(lián)方式接入電網(wǎng)可以增大系 統(tǒng)輸出容量，以滿足系統(tǒng)大容量的需求。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明所提出的電能裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
[0018] 圖2為本發(fā)明中涉及的BBU單元的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。
[0019] 圖3為本發(fā)明有功功率和無功功率的控制框圖。
[0020] 圖4為本發(fā)明的四個基本工作狀況原理圖。
【具體實施方式】
[0021] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的一種基于低壓的有功和無功調(diào)節(jié)的電能裝置進(jìn)一步描 述。
[0022] 如圖1所示，本發(fā)明提出一種用于有功波動調(diào)節(jié)和無功調(diào)節(jié)的電能裝置， 所述裝置由大功率全控器件IGBT構(gòu)成多個三相全橋逆變單元，每個逆變單元通過 一個電抗器并聯(lián)接入電網(wǎng)。每個逆變單元的直流母線上并聯(lián)兩個大容量電解電容 _，每個逆變單元的直流母線通過一個自動開關(guān)接入一個BBU單元。BBU單元的結(jié)構(gòu)如圖 2所示，用一個雙向DC/DC變換器對儲能電池組進(jìn)行充放電控制。
[0023] 對于三相全橋逆變單元采用SPffM調(diào)制方法（Sinusoidal PWM)，保證輸出電壓的 諧波滿足國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)?？刂葡到y(tǒng)依據(jù)瞬時無功理論分別對有功功率和無功功率進(jìn)行控 制，并輸出相關(guān)信號驅(qū)動三相全橋逆變單元工作。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生低壓、三相不平衡、以及電網(wǎng) 需要輸入無功功率時，系統(tǒng)根據(jù)需要發(fā)出連續(xù)可調(diào)的感性無功或容性無功，動態(tài)地補償電 網(wǎng)無功功率，穩(wěn)定電網(wǎng)電壓。在風(fēng)電場輸出有功功率時，裝置對其輸出的有功波動進(jìn)行調(diào) 節(jié)：若風(fēng)