一種削峰填谷與電能質(zhì)量綜合治理系統(tǒng)及其工作方法
【專利摘要】一種削峰填谷與電能質(zhì)量綜合治理系統(tǒng)，其特征在于它包括三相逆變器模塊INV1、三相逆變器模塊INV2、直流支撐電容、雙向晶閘管模塊、控制器I、控制器II、變壓器T2、直流母線、直流?直流變換器和蓄電池；其工作方法包括系統(tǒng)電源AC電壓正常和異常兩種工作模式；其優(yōu)越性：響應(yīng)速度快、待機效率高、工作穩(wěn)定，而且結(jié)構(gòu)簡單，產(chǎn)品成本低，便于維護，易于操作，性價比較高；具有不間斷電源功能、諧波補償功能、無功補償功能和三相不平衡補償功能；節(jié)省用電成本，提高企業(yè)經(jīng)濟效益。
【專利說明】
一種削峰填谷與電能質(zhì)量綜合治理系統(tǒng)及其工作方法(一)
技術(shù)領(lǐng)域
:
[0001]本發(fā)明屬于電力設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種削峰填谷與電能質(zhì)量綜合治理系統(tǒng)及其工作方法。
(二)【背景技術(shù)】:
[0002]電廠通常為全天候持續(xù)發(fā)電，如果所發(fā)出的電無法被及時消納，用于發(fā)電的能源利用率則會降低，特別對新能源發(fā)電。一個發(fā)電廠發(fā)電能力通常是相對固定的，然而用電高峰通常在白天，這樣就造成白天電不夠用的現(xiàn)象，晚上則成為用電低谷，造成發(fā)電能源利用率降低，針對該問題電力系統(tǒng)通過峰谷分時電價手段將一部分高峰負荷挪到低谷期，以達到節(jié)約能源的目的。
[0003]峰谷分時電價是指根據(jù)電網(wǎng)的負荷變化情況，將每天24小時劃分為高峰、平段、低谷等多個時段，對各時段分別制定不同的電價水平，以鼓勵用電客戶合理安排用電時間，削峰填谷，提高電力資源的利用效率。然而很多企業(yè)生產(chǎn)時間相對固定，因此通過儲能方式實現(xiàn)削峰填谷已經(jīng)被越來越多企業(yè)采用。尤其隨著蓄電池和電力電子技術(shù)的發(fā)展，基于蓄電池大容量削峰填谷模式已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。
[0004]對于對供電可靠性要求較高的高端制造業(yè)，相應(yīng)的解決方案主要為重要敏感負荷配置不間斷電源(UPS--Uninterruptible Power System)，在線式UPS在線損耗較大且成本較高，后備式UPS響應(yīng)速度較慢無法滿足敏感負荷的要求，同時不間斷電源也是基于蓄電池儲能實現(xiàn)，從而導(dǎo)致削峰填谷儲能裝置與不間斷電源儲能裝置重復(fù)使用，大大增加了生產(chǎn)投資，降低了企業(yè)用電效率。
[0005]同時隨著諧波污染，功率因數(shù)低，三相不平衡登電能質(zhì)量問題日益凸顯，相應(yīng)的解決方案主要有源濾波器(APF--Active power filter)，靜止無功補償發(fā)生器(SVG--
Static Var Generator)等，但由于這些電能質(zhì)量治理設(shè)備功能單一，同樣大大增加了企業(yè)生產(chǎn)投資。
(三)
【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0006]本發(fā)明的目的在于提出一種削峰填谷與電能質(zhì)量綜合治理系統(tǒng)及其工作方法，它可以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，是一種結(jié)構(gòu)簡單，又可以同時滿足削峰填谷和電能質(zhì)量的綜合治理，使用方便，成本低的系統(tǒng)，且工作方法簡單，容易實現(xiàn)。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案:一種削峰填谷與電能質(zhì)量綜合治理系統(tǒng)，包括電網(wǎng)、電網(wǎng)電源AC、電網(wǎng)側(cè)變壓器Tl、一般負荷Ml和重要負荷M2，其特征在于它包括三相逆變器模塊INVl、三相逆變器模塊INV2、直流支撐電容、雙向晶閘管模塊、控制器1、控制器I1、變壓器T2、直流母線、直流-直流變換器和蓄電池;其中，所述逆變器模塊INVl與逆變器模塊INV2之間呈直流側(cè)背靠背方式連接;所述直流支撐電容并聯(lián)在兩個逆變器模塊的直流側(cè)之間；所述的雙向晶閘管模塊的輸入端與電網(wǎng)側(cè)變壓器Tl的低壓側(cè)連接，其輸出端與重要負荷M2相連;所述控制器I的輸入端采集電壓互感器和電流互感器采集電網(wǎng)及負荷側(cè)電壓電流信號，其輸出端分別與三相逆變器模塊INVl，三相逆變器模塊INV2以及雙相晶閘管模塊的控制輸入端連接;所述直流母線分別與三相逆變器模塊INVl和三相逆變器模塊INV2的直流側(cè)連接，所述直流母線還同時連接直流-直流變換器的網(wǎng)側(cè);所述直流-直流變換器的網(wǎng)側(cè)與直流母線連接，其元器件側(cè)與蓄電池連接;所述控制器II的輸入端采集直流母線上的電壓信號和蓄電池電壓信號，其輸出端與直流-直流變換器的輸入控制端連接;所述變壓器T2的高壓側(cè)與電網(wǎng)電源AC連接，其低壓側(cè)與三相逆變器模塊INV2的交流側(cè)連接。
[0008]所述控制器I的輸入端通過電壓互感器PTl采集電網(wǎng)側(cè)的電壓信號，同時通過電壓互感器PT2和電流互感器CTl采集重要負荷側(cè)的電壓電流信號，以及通過電流互感器CT2采集變壓器T2低壓側(cè)的電流信號。
[0009]所述直流-直流變換器不少于一個;所述蓄電池的數(shù)量與直流-直流變換器的數(shù)量相同，分別給每一個直流-直流變換器供電。
[0010]所述雙向晶閘管模塊由三個雙向晶閘管組成;所述蓄電池組由蓄電池單體串并聯(lián)組成。
[0011]所述逆變器直流支撐電容是電解電容或薄膜電容。
[0012]所述逆變器模塊INVl與逆變器模塊INV2是三相橋逆變器結(jié)構(gòu)、三電平逆變器結(jié)構(gòu)或三個單相逆變器的一種和LCL濾波器相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。
[0013]所述變壓器T2為三相變壓器，低壓側(cè)為380V或400V，高壓側(cè)為6kV或10kV。
[0014]所述直流-直流變換器模塊是升壓降壓電路或基于高頻變壓器的直流-直流變換器。
[0015]—種削峰填谷與電能質(zhì)量綜合治理系統(tǒng)的工作方法，其特征在于它包括系統(tǒng)電源AC電壓正常和異常兩種工作模式，每種模式包括以下步驟:
[0016](I)系統(tǒng)電源AC電壓正常工作模式:
[0017]①當(dāng)系統(tǒng)電源AC正常時，控制器I輸出Kl和K2控制信號使三相逆變器模塊INVl和三相逆變器模塊INV2工作在電流源模式下，控制器I通過電流傳感器CTl和CT2采集三相逆變器模塊INVI和三相逆變器模塊INV2的輸出電流，實現(xiàn)對逆變器的電流跟蹤控制；三相逆變器模塊INVl啟動功能為有源濾波、無功補償、三相不平衡補償功能；
[0018]②控制器I輸出SCR控制信號觸發(fā)雙向晶閘管模塊，使其導(dǎo)通;一般負荷Ml由系統(tǒng)電源AC通過變壓器Tl直接供電，對于重要負荷M2，系統(tǒng)電源AC通過變壓器Tl和雙向晶閘管模塊供電；
[0019]③若當(dāng)前電價處于低谷，三相逆變器模塊INV2工作在可控整流模式下，為蓄電池的充電電路直流-直流變換器提供能量，控制器II通過采集蓄電池電壓Vbl...Vbn和控制輸出Κ3...Κη控制直流-直流變換器為蓄電池充電；
[0020]④若當(dāng)前電價處于峰值，三相逆變器模塊INV2工作在逆變模式下，通過蓄電池的放電電路直流-直流變換器將蓄電池存儲能量放出為負荷Ml和M2提供能量，以減少系統(tǒng)電源AC用電量，控制器II通過采集蓄電池電壓Vdc和控制輸出Κ3...Κη控制直流-直流變換器為蓄電池放電；
[0021](2)系統(tǒng)電源AC電壓異常工作模式:
[0022]①當(dāng)系統(tǒng)電源AC發(fā)生電壓故障時，控制器I通過電壓傳感器PTl檢測判斷出電壓故障，控制器I通過輸出SCR控制信號停止觸發(fā)雙向晶閘管模塊，同時輸出KI控制信號使三相逆變器模塊INVl立即停止電流源工作模式，并通過反壓脈沖方法或負荷電流轉(zhuǎn)移方法實現(xiàn)雙向晶閘管的有效關(guān)斷，三相逆變器模塊INVl工作狀態(tài)由電流源模式切換到電壓源模式；
[0023]②控制器I通過電壓傳感器PT2實現(xiàn)三相逆變器模塊INVl輸出電壓閉環(huán)控制以確保重要負荷M2保持正常工作；蓄電池組通過直流-直流變換器和三相逆變器模塊INVl直流側(cè)為三相逆變器模塊INVl交流輸出提供能量，三相逆變器模塊INVl作為電壓源以維持重要負荷Ml的正常工作;三相逆變器模塊INV2停止工作；
[0024]③當(dāng)系統(tǒng)電源AC恢復(fù)正常后，三相逆變器模塊INVl則退出電壓源工作模式并再次啟動電流源工作模式，雙向晶閘管被導(dǎo)通以維持負荷的正常工作，三相逆變器模塊INV2啟動工作。
[0025]本發(fā)明的優(yōu)越性:1、使用了可快速關(guān)斷晶閘管技術(shù)，不但具有極快的響應(yīng)速度、待機效率高、工作穩(wěn)定，而且結(jié)構(gòu)簡單，有效地節(jié)約了產(chǎn)品成本，便于維護，易于操作，性價比較高；2、可以實現(xiàn)有源濾波，無功補償，三相不平衡補償功能；3、通過使用背靠背三相逆變器，同時將供電系統(tǒng)與負荷之間串入雙向晶閘管模塊，不但可以通過蓄電池儲能實現(xiàn)基于峰谷電價的削峰填谷功能，而且可以實現(xiàn)不間斷電源功能、諧波補償功能、無功補償功能和三相不平衡補償功能;4、同時具備電力削峰填谷功能和不間斷電源功能，這樣不僅為企業(yè)節(jié)省用電成本，同時提高企業(yè)經(jīng)濟效益。
(四)【附圖說明】:
[0026]圖1為本發(fā)明所涉一種削峰填谷與電能質(zhì)量綜合治理系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖。
[0027]圖2為本發(fā)明所涉一種削峰填谷與電能質(zhì)量綜合治理系統(tǒng)中雙向晶閘管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖3為本發(fā)明所涉一種削峰填谷與電能質(zhì)量綜合治理系統(tǒng)中蓄電池組的組模方式結(jié)構(gòu)示意圖。
(五)【具體實施方式】:
[0029]實施例:一種削峰填谷與電能質(zhì)量綜合治理系統(tǒng)(見圖1)，包括電網(wǎng)、電網(wǎng)電源AC、電網(wǎng)側(cè)變壓器Tl、一般負荷Ml和重要負荷M2，其特征在于它包括三相逆變器模塊INVl、三相逆變器模塊INV2、直流支撐電容、雙向晶閘管模塊、控制器1、控制器I1、變壓器T2、直流母線、直流-直流變換器和蓄電池；其中，所述逆變器模塊INVl與逆變器模塊INV2之間呈直流側(cè)背靠背方式連接;所述直流支撐電容并聯(lián)在兩個逆變器模塊的直流側(cè)之間；所述的雙向晶閘管模塊的輸入端與電網(wǎng)側(cè)變壓器Tl的低壓側(cè)連接，其輸出端與重要負荷M2相連;所述控制器I的輸入端采集電壓互感器和電流互感器采集電網(wǎng)及負荷側(cè)電壓電流信號，其輸出端分別與三相逆變器模塊INVl，三相逆變器模塊INV2以及雙相晶閘管模塊的控制輸入端連接;所述直流母線分別與三相逆變器模塊INVl和三相逆變器模塊INV2的直流側(cè)連接，所述直流母線還同時連接直流-直流變換器的網(wǎng)側(cè);所述直流-直流變換器的網(wǎng)側(cè)與直流母線連接，其元器件側(cè)與蓄電池連接;所述控制器II的輸入端采集直流母線上的電壓信號和蓄電池電壓信號，其輸出端與直流-直流變換器的輸入控制端連接;所述變壓器T2的高壓側(cè)與電網(wǎng)電源AC連接，其低壓側(cè)與三相逆變器模塊INV2的交流側(cè)連接。
[0030]所述控制器I的輸入端通過電壓互感器PTl采集電網(wǎng)側(cè)的電壓信號，同時通過電壓互感器PT2和電流互感器CTl采集重要負荷側(cè)的電壓電流信號，以及通過電流互感器CT2采集變壓器T2低壓側(cè)的電流信號(見圖1)。
[0031 ]所述直流-直流變換器不少于一個;所述蓄電池的數(shù)量與直流-直流變換器的數(shù)量相同，分別給每一個直流-直流變換器供電(見圖1)。
[0032]所述雙向晶閘管模塊由三個雙向晶閘管組成(見圖2);所述蓄電池組由蓄電池單體串并聯(lián)組成(見圖3)。
[0033]所述逆變器直流支撐電容是電解電容或薄膜電容。
[0034]所述逆變器模塊INVl與逆變器模塊INV2是三相橋逆變器結(jié)構(gòu)、三電平逆變器結(jié)構(gòu)或三個單相逆變器的一種和LCL濾波器相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。
[0035]所述變壓器T2為三相變壓器，低壓側(cè)為380V或400V，高壓側(cè)為6kV或10kV。
[0036]所述直流-直流變換器模塊是升壓降壓電路或基于高頻變壓器的直流-直流變換器。
[0037]—種削峰填谷與電能質(zhì)量綜合治理系統(tǒng)的工作方法，其特征在于它包括系統(tǒng)電源AC電壓正常和異常兩種工作模式，每種模式包括以下步驟:
[0038](I)系統(tǒng)電源AC電壓正常工作模式:
[0039 ]①當(dāng)系統(tǒng)電源AC正常時，控制器I輸出KI和K2控制信號使三相逆變器模塊INVI和三相逆變器模塊INV2工作在電流源模式下，控制器I通過電流傳感器CTl和CT2采集三相逆變器模塊INVI和三相逆變器模塊INV2的輸出電流，實現(xiàn)對逆變器的電流跟蹤控制；三相逆變器模塊INVl啟動功能為有源濾波、無功補償、三相不平衡補償功能；
[0040]②控制器I輸出SCR控制信號觸發(fā)雙向晶閘管模塊，使其導(dǎo)通;一般負荷Ml由系統(tǒng)電源AC通過變壓器Tl直接供電，對于重要負荷M2，系統(tǒng)電源AC通過變壓器Tl和雙向晶閘管模塊供電；
[0041]③若當(dāng)前電價處于低谷，三相逆變器模塊INV2工作在可控整流模式下，為蓄電池的充電電路直流-直流變換器提供能量，控制器II通過采集蓄電池電壓Vbl...Vbn和控制輸出Κ3...Κη控制直流-直流變換器為蓄電池充電；
[0042]④若當(dāng)前電價處于峰值，三相逆變器模塊INV2工作在逆變模式下，通過蓄電池的放電電路直流-直流變換器將蓄電池存儲能量放出為負荷Ml和M2提供能量，以減少系統(tǒng)電源AC用電量，控制器II通過采集蓄電池電壓Vdc和控制輸出Κ3...Κη控制直流-直流變換器為蓄電池放電；
[0043](2)系統(tǒng)電源AC電壓異常工作模式:
[0044]①當(dāng)系統(tǒng)電源AC發(fā)生電壓故障時，控制器I通過電壓傳感器PTl檢測判斷出電壓故障，控制器I通過輸出SCR控制信號停止觸發(fā)雙向晶閘管模塊，同時輸出KI控制信號使三相逆變器模塊INVl立即停止電流源工作模式，并通過反壓脈沖方法或負荷電流轉(zhuǎn)移方法實現(xiàn)雙向晶閘管的有效關(guān)斷，三相逆變器模塊INVl工作狀態(tài)由電流源模式切換到電壓源模式；
[0045]②控制器I通過電壓傳感器ΡΤ2實現(xiàn)三相逆變器模塊INVl輸出電壓閉環(huán)控制以確保重要負荷M2保持正常工作；蓄電池組通過直流-直流變換器和三相逆變器模塊INVl直流側(cè)為三相逆變器模塊INVl交流輸出提供能量，三相逆變器模塊INVl作為電壓源以維持重要負荷Ml的正常工作;三相逆變器模塊INV2停止工作；
[0046]③當(dāng)系統(tǒng)電源AC恢復(fù)正常后，三相逆變器模塊INVl則退出電壓源工作模式并再次啟動電流源工作模式，雙向晶閘管被導(dǎo)通以維持負荷的正常工作，三相逆變器模塊INV2啟動工作。
【主權(quán)項】
1.一種削峰填谷與電能質(zhì)量綜合治理系統(tǒng)，包括電網(wǎng)、電網(wǎng)電源AC、電網(wǎng)側(cè)變壓器Tl、一般負荷Ml和重要負荷M2，其特征在于它包括三相逆變器模塊INVl、三相逆變器模塊INV2、直流支撐電容、雙向晶閘管模塊、控制器1、控制器I1、變壓器T2、直流母線、直流-直流變換器和蓄電池;其中，所述逆變器模塊INVl與逆變器模塊INV2之間呈直流側(cè)背靠背方式連接；所述直流支撐電容并聯(lián)在兩個逆變器模塊的直流側(cè)之間;所述的雙向晶閘管模塊的輸入端與電網(wǎng)側(cè)變壓器Tl的低壓側(cè)連接，其輸出端與重要負荷M2相連;所述控制器I的輸入端采集電壓互感器和電流互感器采集電網(wǎng)及負荷側(cè)電壓電流信號，其輸出端分別與三相逆變器模塊INVl，三相逆變器模塊INV2以及雙相晶閘管模塊的控制輸入端連接;所述直流母線分別與三相逆變器模塊INVl和三相逆變器模塊INV2的直流側(cè)連接，所述直流母線還同時連接直流-直流變換器的網(wǎng)側(cè);所述直流-直流變換器的網(wǎng)側(cè)與直流母線連接，其元器件側(cè)與蓄電池連接;所述控制器II的輸入端采集直流母線上的電壓信號和蓄電池電壓信號，其輸出端與直流-直流變換器的輸入控制端連接;所述變壓器T2的高壓側(cè)與電網(wǎng)電源AC連接，其低壓側(cè)與三相逆變器模塊INV2的交流側(cè)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種削峰填谷與電能質(zhì)量綜合治理系統(tǒng)，其特征在于所述控制器I的輸入端通過電壓互感器PTl采集電網(wǎng)側(cè)的電壓信號，同時通過電壓互感器PT2和電流互感器CTl采集重要負荷側(cè)的電壓電流信號，以及通過電流互感器CT2采集變壓器T2低壓側(cè)的電流信號。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種削峰填谷與電能質(zhì)量綜合治理系統(tǒng)，其特征在于所述直流-直流變換器不少于一個;所述蓄電池的數(shù)量與直流-直流變換器的數(shù)量相同，分別給每一個直流-直流變換器供電。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種削峰填谷與電能質(zhì)量綜合治理系統(tǒng)，其特征在于所述雙向晶閘管模塊由三個雙向晶閘管組成;所述蓄電池組由蓄電池單體串并聯(lián)組成。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種削峰填谷與電能質(zhì)量綜合治理系統(tǒng)，其特征在于所述直流支撐電容是電解電容或薄膜電容。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種削峰填谷與電能質(zhì)量綜合治理系統(tǒng)，其特征在于所述逆變器模塊INVl與逆變器模塊INV2是三相橋逆變器結(jié)構(gòu)、三電平逆變器結(jié)構(gòu)或三個單相逆變器的一種和LCL濾波器相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種削峰填谷與電能質(zhì)量綜合治理系統(tǒng)，其特征在于所述變壓器T2為三相變壓器，低壓側(cè)為380V或400V，高壓側(cè)為6kV或10kV。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種削峰填谷與電能質(zhì)量綜合治理系統(tǒng)，其特征在于所述直流-直流變換器是升壓降壓電路或基于高頻變壓器的直流-直流變換器。9.一種削峰填谷與電能質(zhì)量綜合治理系統(tǒng)的工作方法，其特征在于它包括系統(tǒng)電源AC電壓正常和異常兩種工作模式，每種模式包括以下步驟: (I)系統(tǒng)電源AC電壓正常工作模式: ①當(dāng)系統(tǒng)電源AC正常時，控制器I輸出Kl和K2控制信號使三相逆變器模塊INVl和三相逆變器模塊INV2工作在電流源模式下，控制器I通過電流傳感器CTl和CT2采集三相逆變器模塊INVl和三相逆變器模塊INV2的輸出電流，實現(xiàn)對逆變器的電流跟蹤控制；三相逆變器模塊INVl啟動功能為有源濾波、無功補償、三相不平衡補償功能； ②控制器I輸出SCR控制信號觸發(fā)雙向晶閘管模塊，使其導(dǎo)通;一般負荷Ml由系統(tǒng)電源AC通過變壓器Tl直接供電，對于重要負荷M2，系統(tǒng)電源AC通過變壓器Tl和雙向晶閘管模塊供電； ③若當(dāng)前電價處于低谷，三相逆變器模塊INV2工作在可控整流模式下，為蓄電池的充電電路直流-直流變換器提供能量，控制器II通過采集蓄電池電壓Vbl-Vbn和控制輸出Κ3...Κη控制直流-直流變換器為蓄電池充電； ④若當(dāng)前電價處于峰值，三相逆變器模塊INV2工作在逆變模式下，通過蓄電池的放電電路直流-直流變換器將蓄電池存儲能量放出為負荷Ml和M2提供能量，以減少系統(tǒng)電源AC用電量，控制器II通過采集蓄電池電壓Vdc和控制輸出Κ3…Kn控制直流-直流變換器為蓄電池放電； (2)系統(tǒng)電源AC電壓異常工作模式: ①當(dāng)系統(tǒng)電源AC發(fā)生電壓故障時，控制器I通過電壓傳感器PTl檢測判斷出電壓故障，控制器I通過輸出SCR控制信號停止觸發(fā)雙向晶閘管模塊，同時輸出Kl控制信號使三相逆變器模塊INVl立即停止電流源工作模式，并通過反壓脈沖方法或負荷電流轉(zhuǎn)移方法實現(xiàn)雙向晶閘管的有效關(guān)斷，三相逆變器模塊INVl工作狀態(tài)由電流源模式切換到電壓源模式； ②控制器I通過電壓傳感器ΡΤ2實現(xiàn)三相逆變器模塊INVl輸出電壓閉環(huán)控制以確保重要負荷M2保持正常工作；蓄電池組通過直流-直流變換器和三相逆變器模塊INVl直流側(cè)為三相逆變器模塊INVl交流輸出提供能量，三相逆變器模塊INVl作為電壓源以維持重要負荷Ml的正常工作;三相逆變器模塊INV2停止工作； ③當(dāng)系統(tǒng)電源AC恢復(fù)正常后，三相逆變器模塊INVl則退出電壓源工作模式并再次啟動電流源工作模式，雙向晶閘管被導(dǎo)通以維持負荷的正常工作，三相逆變器模塊INV2啟動工作。
【文檔編號】H02J3/18GK105896583SQ201610442226
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月16日
【發(fā)明人】任磊, 白玉樓
【申請人】任磊