CN110266018B - 统一电能质量控制器及其控制方法和控制系统 - Google Patents
统一电能质量控制器及其控制方法和控制系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110266018B CN110266018B CN201910482371.0A CN201910482371A CN110266018B CN 110266018 B CN110266018 B CN 110266018B CN 201910482371 A CN201910482371 A CN 201910482371A CN 110266018 B CN110266018 B CN 110266018B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- series
- alternating current
- module
- power grid
- bridge
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 95
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 claims abstract description 80
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 10
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims description 8
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 claims description 7
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 7
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 4
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 12
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 5
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 4
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 2
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 239000010926 waste battery Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
- H02J3/1807—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using series compensators
- H02J3/1814—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using series compensators wherein al least one reactive element is actively controlled by a bridge converter, e.g. unified power flow controllers [UPFC]
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
- H02J3/1821—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators
- H02J3/1835—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control
- H02J3/1842—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control wherein at least one reactive element is actively controlled by a bridge converter, e.g. active filters
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/30—Reactive power compensation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
本发明涉及电力系统输配电技术领域，具体涉及一种统一电能质量控制器及其控制方法和控制系统，旨在解决如何增强可靠性并降低成本的问题。本发明的控制器包括：三个串联侧变压器、三个单相串联侧补偿模块、双向DC‑DC变换模块和并联补偿模块。其中，串联侧变压器用于交流电压的变换；单相串联侧补偿模块用于储存电能或对电网进行补偿；并联补偿模块用于对来自交流电网的电能进行整流，并输送到双向DC‑DC变换模块；或者将双向DC‑DC变换模块输送过来的直流电逆变为交流电，对电网进行补偿。单相串联侧补偿模块中可以采用梯次利用电池储能。本发明在实现电压暂降、中断等故障综合治理功能的同时，增强了系统可靠性，降低了整体成本。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统输配电技术领域，具体涉及一种统一电能质量控制器及其控制方法和控制系统。
背景技术
随着我国电动汽车保有量的逐年上升，各类动力电池的产销量也呈现爆发式增长。根据目前国内外的研究，当动力电池的实际容量衰退至标称容量的70％～80％后就应该停止在电动汽车上使用，须对电池进行更换。因此，预计未来每年都存在大规模的退役动力电池亟待回收处理。经过重新检测分析、筛选及电池单体配对成组，退役电池可用于其他运行工况相对良好、对电池性能要求较低的领域。目前国内外已经开展了一些研究来验证梯次利用的可行性，并分析动力电池降级用作储能电池的条件及应用规范，其电力储能应用场景正在逐步拓展。
与此同时，随着用户侧对于电能质量要求的逐步提高，配电网电能质量治理设备的市场需求空间也逐步扩大。部分电能质量治理设备的内部储能装置的配置需求，未来或将成为退役动力电池在配电网梯次利用的主要场合之一。目前用于配电网的电能质量治理设备主要有动态电压恢复器(DVR)、配电网静止同步补偿器(DSTATCOM)、不间断电源(UPS)、统一电能质量调节器(UPQC)等等。其中，单独的串联或并联补偿设备均存在一定的局限性。例如DVR对电压暂降问题的补偿效果较好，但是无法应对断线式短时中断问题；UPS能够应对大部分电能质量问题，但是在线式UPS系统损耗较大，成本较高；而后备式UPS是目前应对电力中断问题的主流设备之一，但是其存在一定的转换时间，对电压暂降问题的响应速度不及DVR；UPQC集多种电能质量治理功能于一身，同时损耗相对较低，但是其同样造价相对昂贵，如果增加短时中断治理功能，则需要在直流侧增加储能装置，进一步增加了系统成本。
用退役动力电池取代目前的电能质量治理设备内部储能装置，一方面能够显著降低设备总体成本，对于推动优质电力园区建设具有重要意义；另一方面能延长电池使用的全周期寿命，实现资源集约利用，缓解废旧电池环境污染问题。但是与常规储能方案或者汽车用的A品电池相比，梯次电池利用的技术难点在于其一致性管理，梯次电池实际应用中面临容量不一致、内阻不一致、自放电率不一致、荷电状态(SOC)不一致、电压水平不一致、品牌规格不一致等问题。电池单体低电压水平使得电池成组普遍采用串联升压的方式，但梯次电池串联成组面临不一致加速恶化的情况，带来的维护成本和安全隐患不可忽视。因此串联梯次电池组对电池均衡电路和电池管理系统提出了更高的要求。
目前的电池主动均衡电路方案主要原理是通过电容或者电感实现电荷在电池间的转移。以电容作为均衡能量的转移装置控制简单，但受限于均衡电流小、均衡速度较慢，不适用于不一致度通常较高的退役电池。以电感作为能量转移元件的拓扑方案均衡电流较大，均衡速度较快，目前在动力电池组中得到广泛使用，但是存在着控制复杂的特点，且目前通用的电感buck-boost均衡电路，但是电荷只能在相邻电池间传递，但是当电池组中SOC最大与SOC最小的电池距离较远时，需要多次转移才能实现能量在两节电池的传递，均衡效率较低。
文献一为由Zedong Zheng；Kui Wang；Lie Xu；Yongdong Li发表在2014年7期《IEEE Trans.Power Electron》上的论文“A Hybrid Cascaded Multilevel Converterfor Battery Energy Management Applied in Electric Vehicles”，提出一种类似于半桥级联的电动汽车动力电池组与电机驱动集成拓扑，在实现电池组充放电快速均衡并具有高冗余度的同时，整个拓扑结构能够输出多电平交流电压，减少谐波含量，使电动汽车电机性能得到提升。但是由于这种拓扑没有直流母线，不适合目前电力储能设备中较为常见的多逆变器共直流母线拓扑结构。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出了一种统一电能质量控制器及其控制方法和控制系统，能够实现电压暂降、中断等多种电力系统故障综合治理功能的同时，增强系统可靠性，降低系统整体成本。
本发明的第一方面，提出一种统一电能质量控制器，所述控制器包括：三个串联侧变压器、三个单相串联侧补偿模块、双向DC-DC变换模块和并联补偿模块；
三个所述串联侧变压器的原边分别串联在交流电网的三相线路中；三个所述串联侧变压器的副边分别与三个所述单相串联侧补偿模块的交流侧并联；
三个所述单相串联侧补偿模块的直流侧依次串联后，与所述双向DC-DC变换模块的第一直流侧并联；
所述双向DC-DC变换模块的第二直流侧与所述并联补偿模块的直流侧并联；
所述并联补偿模块的交流侧的三个端子分别连接所述交流电网的三相线路；
所述串联侧变压器用于交流电压的变换；
所述单相串联侧补偿模块用于储存电能，或利用储存的电能对所述交流电网进行补偿；
所述双向DC-DC变换模块用于对直流电压进行正向或反向变换；
所述并联补偿模块用于对来自所述交流电网的电能进行整流，并输送到所述双向DC-DC变换模块；或者，将所述双向DC-DC变换模块输送过来的直流电逆变为交流电，对所述交流电网进行电能补偿。
优选地，所述单相串联侧补偿模块包括：全桥导向开关模块和半桥子单元级联模块；
所述全桥导向开关模块包括：由四个全控型器件组成的桥式电路；
所述半桥子单元级联模块包括：一个或多个顺次级联的半桥子单元；
每个所述半桥子单元由两个全控型器件串联之后与动力电池组并联组成。
优选地，每个所述半桥子单元包括：第一全控型器件、第二全控型器件和动力电池组；
所述第一全控型器件的发射极与所述第二全控型器件的集电极连接，作为该半桥子单元的第一引出端子；所述第一全控型器件的集电极与所述动力电池组的正极连接；所述第二全控型器件的发射极与所述动力电池组的负极连接，作为该半桥子单元的第二引出端子。
优选地，所述动力电池组为梯次利用电池组。
优选地，所述双向DC-DC变换模块包括：第一电感、第三全控型器件和第四全控型器件；
所述第一电感的一端与所述第三全控型器件的集电极、所述第四全控型器件的集电极连接；所述第四全控型器件的发射极引出两根线，其中，一根线与所述第一电感的另一端组成所述双向DC-DC变换模块的第一直流侧的引出端子；另一根线与所述第三全控型器件的发射极组成所述双向DC-DC变换模块第二直流侧的引出端子。
优选地，所述并联补偿模块包括：六个全控型器件、两个电容和三个电感；
所述六个全控型器件组成三相桥式整流/逆变电路；
所述两个电容彼此串联之后，并联在所述三相桥式整流/逆变电路的直流侧；
所述三相桥式整流/逆变电路交流侧的三个端子分别串联一个所述电感之后并联到所述交流电网的三相线路。
优选地，所述全控型器件为绝缘栅双极晶体管、门极可关断晶闸管或电力场效应晶体管。
本发明的第二方面，提出一种用于统一电能质量控制器的控制方法，所述控制器包括：三个串联侧变压器、三个单相串联侧补偿模块、双向DC-DC变换模块、并联补偿模块；三个所述串联侧变压器的原边分别串联在交流电网的三相线路中；三个所述串联侧变压器的副边分别与三个所述单相串联侧补偿模块的交流侧并联；三个所述单相串联侧补偿模块的直流侧依次串联后，与所述双向DC-DC变换模块的一侧并联；所述双向DC-DC变换模块的另一侧与所述并联补偿模块的直流侧并联；所述并联补偿模块的交流侧的三个端子分别连接所述交流电网的三相线路；
所述串联侧变压器用于交流电压的变换；
所述单相串联侧补偿模块用于储存电能，或利用储存的电能对所述交流电网进行补偿；
所述双向DC-DC变换模块用于对直流电压进行正向或反向变换；
所述并联补偿模块用于对来自所述交流电网的电能进行整流，并输送到所述双向DC-DC变换模块；或者，将所述双向DC-DC变换模块输送过来的直流电逆变为交流电，对所述交流电网进行电能补偿；
所述控制方法包括以下步骤：
检测所述交流电网的电压；
当所述交流电网的电压小于预设的电网电压阈值时，控制三个所述单相串联侧补偿模块分别通过三个所述串联侧变压器对所述交流电网进行电能补偿；
当所述交流电网的电压大于或等于所述预设的电网电压阈值时，控制所述并联补偿模块对所述交流电网的电能进行整流，并通过所述双向DC-DC变换模块将电能输送到三个所述单相串联侧补偿模块中进行储存；
当所述交流电网出现断线故障时，控制所述单相串联侧补偿模块向所述双向DC-DC变换模块输送直流电，并控制所述并联补偿模块将所述双向DC-DC变换模块传送过来的直流电逆变为交流电对所述交流电网进行电能补偿。
本发明的第三方面，提出一种统一电能质量控制系统，所述控制系统包括：三个串联侧变压器、三个单相串联侧补偿模块、双向DC-DC变换模块、并联补偿模块和控制模块；
三个所述串联侧变压器的原边分别串联在交流电网的三相线路中；三个所述串联侧变压器的副边分别与三个所述单相串联侧补偿模块的交流侧并联；
三个所述单相串联侧补偿模块的直流侧依次串联后，与所述双向DC-DC变换模块的第一直流侧并联；
所述双向DC-DC变换模块的第二直流侧与所述并联补偿模块的直流侧并联；
所述并联补偿模块的交流侧的三个端子分别连接所述交流电网的三相线路；
所述串联侧变压器用于交流电压的变换；
所述单相串联侧补偿模块用于储存电能，或利用储存的电能对所述交流电网进行补偿；
所述双向DC-DC变换模块用于对直流电压进行正向或反向变换；
所述并联补偿模块用于对来自所述交流电网的电能进行整流，并输送到所述双向DC-DC变换模块；或者，将所述双向DC-DC变换模块输送过来的直流电逆变为交流电，对所述交流电网进行电能补偿；
所述控制模块用于检测所述交流电网的电压，并根据所述交流电网的电压大小，对所述单相串联侧补偿模块、所述双向DC-DC变换模块和所述并联补偿模块进行控制，从而使得所述交流电网上的负载能够获得稳定的交流电源；
其中，
所述单相串联侧补偿模块包括：全桥导向开关模块和半桥子单元级联模块；
所述全桥导向开关模块包括：由四个绝缘栅双极晶体管组成的全桥电路；所述半桥子单元级联模块包括：一个或多个顺次级联的半桥子单元；每个所述半桥子单元由两个绝缘栅双极晶体管串联之后与梯次利用电池组并联组成；
“根据所述交流电网的电压大小，对所述单相串联侧补偿模块、所述DC-DC变换模块和所述并联补偿模块进行控制，从而使得所述交流电网上的负载能够获得稳定的交流电源”包括：
在所述交流电网的电压小于预设的电网电压阈值的情况下，控制所述半桥子单元级联模块输出正弦半波电压，并控制所述全桥导向开关模块在半波零点切换导向，从而向所述串联侧变压器输出正弦波；
在所述交流电网的电压大于或等于所述预设的电网电压阈值的情况下，控制所述并联补偿模块从所述交流电网吸收有功功率，并通过所述双向DC-DC变换模块将电能输送到所述梯次利用电池组中进行储存；
在所述交流电网出现断线故障的情况下，控制所述半桥子单元级联模块向所述双向DC-DC变换模块输送直流电，并控制所述并联补偿模块将所述双向DC-DC变换模块传送过来的直流电逆变为交流电对所述交流电网进行电能补偿。
与最接近的现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明的统一电能质量控制器中单相串联侧补偿模块中包含有动力电池，与现有不带储能的统一电能质量控制器相比，增加了电压中断补偿能力。
本发明中半桥子单元级联模块中的各个半桥子单元可以接入电路也可以不接入电路，当各半桥子单元中电池SOC(State of Charge，电池荷电状态，也叫剩余电量)不均衡时，可将需要优先充电或放电的半桥子单元选择接入电路，通过灵活调节各半桥子单元中电池的充放电时间，实现SOC均衡。因此，本发明可以更好地均衡各动力电池组的SOC，更适用于电池参数不均等的场合，比如采用梯次利用电池，与传统带储能的统一电能质量控制器相比，成本显著降低。
本发明的串联侧补偿模块和并联补偿模块能够通过双向DC-DC变换模块实现能量交互传递，从而省去额外的储能充电设备。整个拓扑结构均采用低压常规部件，器件购买容易，制造难度较小，可靠性高。
附图说明
图1是本发明的统一电能质量控制器实施例的主要构成示意图；
图2是本发明实施例中单相串联侧补偿模块的构成示意图；
图3是本发明实施例中半桥子单元的构成示意图；
图4是本发明实施例中双向DC-DC变换模块的构成示意图；
图5是本发明实施例中并联补偿模块的构成示意图；
图6本发明的用于统一电能质量控制器的控制方法实施例的主要步骤示意图。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置、元件或参数的相对重要性，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明中提到的“全控型器件”可以为绝缘栅双极晶体管、门极可关断晶闸管或电力场效应晶体管等，下面的实施例中采用了绝缘栅双极晶体管。本发明中可以采用退役的梯次利用电池组进行储能，有效降低了统一电能质量控制器的成本，当然也可以采用在用的动力电池组进行储能。
图1是本发明的统一电能质量控制器实施例的主要构成示意图。如图1所示，本实施例的控制器包括：三个串联侧变压器(10、20和30)、三个单相串联侧补偿模块(40、50和60)、双向DC-DC变换模块70、并联补偿模块80。
其中，三个串联侧变压器10、20、30的原边分别串联在交流电网的A、B、C三相线路中；三个串联侧变压器10、20、30的副边分别与三个单相串联侧补偿模块40、50、60的交流侧并联；三个单相串联侧补偿模块40、50、60的直流侧依次串联后，与双向DC-DC变换模块70的第一直流侧并联；双向DC-DC变换模块70的第二直流侧与并联补偿模块80的直流侧并联；并联补偿模块80的交流侧的三个端子分别连接交流电网的A、B、C三相线路。
本实施例中，三个串联侧变压器10、20、30均用于交流电压的变换；三个单相串联侧补偿模块40、50、60均用于储存电能，或利用储存的电能对交流电网进行补偿；双向DC-DC变换模块70用于对直流电压进行正向或反向变换；并联补偿模块80用于对来自交流电网的电能进行整流，并输送到双向DC-DC变换模块；或者，将双向DC-DC变换模块输送过来的直流电逆变为交流电，对交流电网进行电能补偿。
图2是本发明实施例中单相串联侧补偿模块的构成示意图。如图2所示，本实施例中的单相串联侧补偿模块40可以包括：全桥导向开关模块41和半桥子单元级联模块42。
其中，全桥导向开关模块41包括：由四个全控型器件组成的桥式电路，本实施例中四个全控型器件采用的是四个绝缘栅双极晶体管(IGBTa、IGBTb、IGBTc、IGBTd)；半桥子单元级联模块42包括：一个或多个顺次级联的半桥子单元，如图2中所示的第1个半桥子单元、第2个半桥子单元、…、第n个半桥子单元，n为大于等于1的正整数，无取值上限；每个半桥子单元由两个全控型器件串联之后与动力电池组并联组成。
具体地，全桥导向开关模块41中四个绝缘栅双极晶体管之间的连接方式为：绝缘栅双极晶体管IGBTa的发射极与绝缘栅双极晶体管IGBTc的集电极连接，此连接点作为全桥导向开关模块41的交流侧第一端子；绝缘栅双极晶体管IGBTb的发射极与绝缘栅双极晶体管IGBTd的集电极连接，此连接点作为全桥导向开关模块41的交流侧第二端子；绝缘栅双极晶体管IGBTa的集电极与绝缘栅双极晶体管IGBTb的集电极连接作为全桥导向开关模块41的直流侧第一端子，绝缘栅双极晶体管IGBTc的发射极与绝缘栅双极晶体管IGBTd的发射极连接，此连接点作为全桥导向开关模块41的直流侧第二端子。
单相串联侧补偿模块50和单相串联侧补偿模块60的内部结构与单相串联侧补偿模块40的内部结构一样，此处不再赘述。
在一种可选的实施例中，动力电池组可以是梯次利用电池组，可以由超级电容器等储能器件组成。
图3是本发明实施例中半桥子单元的构成示意图。如图3所示，本实施例中每个半桥子单元包括：第一全控型器件IGBT1、第二全控型器件IGBT2和动力电池组。
其中，第一全控型器件IGBT1的发射极与第二全控型器件IGBT2的集电极连接，并引出一根线作为该半桥子单元的第一引出端子(图3中标为a)；第一全控型器件IGBT1的集电极与动力电池组BAT的正极连接；第二全控型器件IGBT2的发射极与动力电池组BAT的负极连接，并引出一根线作为该半桥子单元的第二引出端子(图3中标为b)。当n个半桥子单元进行级联时，将第1个半桥子单元的第一引出端子a作为半桥子单元级联模块42的正极端子；将第1个半桥子单元的第二引出端子b与第2个半桥子单元的第一引出端子a连接，将第2个半桥子单元的第二引出端子b与第3个半桥子单元的第一引出端子a连接，…，将第n-1个半桥子单元的第二引出端子b与第n个半桥子单元n的第一引出端子a连接，将第n个半桥子单元的第二引出端子b作为半桥子单元级联模块42的负极端子。
图4是本发明实施例中双向DC-DC变换模块的构成示意图。如图4所示，本实施例中双向DC-DC变换模块70可以包括：第一电感L1、第三全控型器件IGBT3、第四全控型器件IGBT4。
其中，第一电感L1的一端与第三全控型器件IGBT3的集电极、第四全控型器件IGBT4的集电极连接；第四全控型器件IGBT4的发射极引出两根线，其中，一根线与第一电感L1的另一端组成双向DC-DC变换模块70的第一直流侧的引出端子；另一根线与第三全控型器件IGBT3的发射极组成双向DC-DC变换模块70第二直流侧的引出端子。
图5是本发明实施例中并联补偿模块的构成示意图。如图5所示，本实施例中，并联补偿模块80可以包括：六个全控型器件(IGBT5-IGBT10)、两个电容(C1、C2)和三个电感L2-L4。
其中，六个全控型器件IGBT5-IGBT10组成三相桥式整流/逆变电路；两个电容C1、C2彼此串联之后，并联在三相桥式整流/逆变电路的直流侧；三相桥式整流/逆变电路交流侧的三个端子分别串联电感L2、L3、L4之后并联到交流电网的三相线路中。
基于上述统一电能质量控制器，本发明还提出一种用于统一电能质量控制器的控制方法实施例，下面进行具体说明。
图6是本发明的用于统一电能质量控制器的控制方法实施例的主要步骤示意图。基于图1的控制器，本实施例的控制方法包括以下步骤：
步骤S1，检测交流电网的电压；
步骤S2，当交流电网的电压小于预设的电网电压阈值时，控制三个单相串联侧补偿模块40、50、60分别通过三个串联侧变压器10、20、30对交流电网进行电能补偿；
步骤S3，当交流电网的电压大于或等于预设的电网电压阈值时，控制并联补偿模块80对交流电网的电能进行整流，并通过双向DC-DC变换模块70将电能输送到三个单相串联侧补偿模块40、50、60中进行储存；
步骤S4，当交流电网出现断线故障时，控制单相串联侧补偿模块40、50、60向双向DC-DC变换模块70输送直流电，并控制并联补偿模块80将双向DC-DC变换模块70传送过来的直流电逆变为交流电对交流电网进行电能补偿，从而为负载供电。
本实施例中，当单相串联侧补偿模块采用图2的结构时，步骤S2中向电网进行电能补偿的方法具体为：
控制半桥子单元级联模块输出正弦半波电压，并控制全桥导向开关模块在半波零点切换导向，从而向串联侧变压器10、20、30输出正弦波，对交流电网进行补偿。所述“在半波零点切换导向”，即当单相串联侧补偿模块需要输出正弦电压的正半波时，绝缘栅双极晶体管IGBTa和IGBTd导通，当单相串联侧补偿模块需要输出正弦电压的负半波时，绝缘栅双极晶体管IGBTb和IGBTc导通，全桥导向开关模块在上述两个状态间切换，切换时刻为全桥导向开关模块直流侧的电压为零的时刻。
本实施例中，当单相串联侧补偿模块采用图2的结构，且半桥子单元采用图3的结构时，步骤S3中向动力电池中储能的方法具体为：
每个半桥子单元的第一绝缘栅双极晶体管IGBT1导通，使得半桥子单元级联模块中所有动力电池组串联，再控制并联补偿模块80从交流电网吸收有功功率，并通过双向DC-DC变换模块70将电能输送到串联后的动力电池组中进行储存。
本实施例中，当单相串联侧补偿模块采用图2的结构，且半桥子单元采用图3的结构时，步骤S4中为负载供电的方法具体为：
全桥导向开关模块中绝缘栅双极晶体管IGBTa和IGBTb导通，使半桥子单元级联模块不再接入串联侧电网，半桥子单元级联模块内所有半桥子单元第一绝缘栅双极晶体管IGBT1导通，第二绝缘栅双极晶体管IGBT2关闭，等效于所有的梯次利用电池组串联，并通过双向DC-DC变换模块70向并联补偿模块80供能，并联补偿模块80转为电压源控制，为负载提供电源。
上述实施例中虽然将各个步骤按照上述先后次序的方式进行了描述，但是本领域技术人员可以理解，为了实现本实施例的效果，不同的步骤之间不必按照这样的次序执行，其可以同时(并行)执行或以颠倒的次序执行，这些简单的变化都在本发明的保护范围之内。
基于上述的控制器和控制方法，本发明还提出一种统一电能质量控制系统的实施例。
本实施例的统一电能质量控制系统的主要构成可以参看图1。本实施例的控制系统包括：三个串联侧变压器(10、20、30)、三个单相串联侧补偿模块(40、50、60)、双向DC-DC变换模块70和并联补偿模块80，另外还包括控制模块(图1中未示出)。
其中，三个串联侧变压器(10、20、30)、三个单相串联侧补偿模块(40、50、60)、双向DC-DC变换模块70和并联补偿模块80之间的连接关系，以及各部分的功能均与图1相同，此处不再赘述。
本实施例中的“双向DC-DC变换模块”、“并联补偿模块”可以与前面图4、图5的结构相同或不同，只要能实现相同的功能就可以。
本实施例中的单相串联侧补偿模块40也可以如图2所示，包括：全桥导向开关模块41和半桥子单元级联模块42。
其中，全桥导向开关模块41包括：由四个绝缘栅双极晶体管组成的全桥电路；半桥子单元级联模块包括：一个或多个顺次级联的半桥子单元；如图3所示，每个半桥子单元由两个绝缘栅双极晶体管串联之后与梯次利用电池组并联组成。
本实施例中单向串联侧补偿模块50和60的内部结构也可以与单向串联侧补偿模块40的内部结构相同，此处不再赘述。
本实施例中，控制模块用于检测交流电网的电压，并根据交流电网的电压大小，对单相串联侧补偿模块、双向DC-DC变换模块和并联补偿模块进行控制，从而使得交流电网上的负载能够获得稳定的交流电源。具体包括以下3种情况：
(1)在检测出交流电网的电压小于预设的电网电压阈值的情况下，控制半桥子单元级联模块输出正弦半波电压，并控制全桥导向开关模块在半波零点切换导向，从而向串联侧变压器10、20、30输出正弦波，对交流电网进行补偿。
所述“在半波零点切换导向”，即当单相串联侧补偿模块需要输出正弦电压的正半波时，绝缘栅双极晶体管IGBTa和IGBTd导通，当单相串联侧补偿模块需要输出正弦电压的负半波时，绝缘栅双极晶体管IGBTb和IGBTc导通，全桥导向开关模块在上述两个状态间切换，切换时刻为全桥导向开关模块直流侧的电压为零的时刻。
(2)在检测出交流电网的电压不跌落，即大于或等于预设的电网电压阈值的情况下，每个半桥子单元的第一绝缘栅双极晶体管IGBT1导通，使得半桥子单元级联模块中所有梯次利用电池组串联，再控制并联补偿模块80从交流电网吸收有功功率，并通过双向DC-DC变换模块70将电能输送到串联后的梯次利用电池组中进行储存。
(3)在检测出交流电网出现断线故障的情况下，此时电压中断，控制半桥子单元级联模块向双向DC-DC变换模块70输送直流电，并控制并联补偿模块80将双向DC-DC变换模块70传送过来的直流电逆变为交流电对交流电网进行电能补偿，从而使得负载仍然能够获得交流电源。
具体地，全桥导向开关模块中绝缘栅双极晶体管IGBTa和IGBTb导通，使半桥子单元级联模块不再接入串联侧电网，半桥子单元级联模块内所有半桥子单元第一绝缘栅双极晶体管IGBT1导通，第二绝缘栅双极晶体管IGBT2关闭，等效于所有的梯次利用电池组串联，并通过双向DC-DC变换模块70向并联补偿模块80供能，并联补偿模块80转为电压源控制，为负载提供电源。
本发明可以采用梯次利用电池，各个半桥子单元可以接入电路也可以不接入电路，当各半桥子单元中电池SOC(State of Charge，电池荷电状态，也叫剩余电量)不均衡时，可将需要优先充电或放电的半桥子单元选择接入电路，通过灵活调节各半桥子单元中电池的充放电时间，实现SOC均衡。因此，本发明的均衡电路能够在各电池参数不对称的情况下也同样具备电池均衡能力和较强的抗干扰能力和容错能力；并且串联侧补偿模块和并联补偿模块能够通过双向DC-DC变换模块实现能量交互传递，从而省去额外的储能充电设备。整个装备在实现电压暂降、中断等多种电力系统故障综合治理功能的同时，增强系统可靠性，降低系统整体成本。
本领域技术人员应该能够意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以电子硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种统一电能质量控制器，其特征在于，所述控制器包括：三个串联侧变压器、三个单相串联侧补偿模块、双向DC-DC变换模块和并联补偿模块；
三个所述串联侧变压器的原边分别串联在交流电网的三相线路中；三个所述串联侧变压器的副边分别与三个所述单相串联侧补偿模块的交流侧并联；
三个所述单相串联侧补偿模块的直流侧依次串联后，与所述双向DC-DC变换模块的第一直流侧并联；
所述双向DC-DC变换模块的第二直流侧与所述并联补偿模块的直流侧并联；
所述并联补偿模块的交流侧的三个端子分别连接所述交流电网的三相线路；
所述串联侧变压器用于交流电压的变换；
所述单相串联侧补偿模块用于储存电能，或利用储存的电能对所述交流电网进行补偿；
所述双向DC-DC变换模块用于对直流电压进行正向或反向变换；
所述并联补偿模块用于对来自所述交流电网的电能进行整流，并输送到所述双向DC-DC变换模块；或者，将所述双向DC-DC变换模块输送过来的直流电逆变为交流电，对所述交流电网进行电能补偿；
所述单相串联侧补偿模块包括：全桥导向开关模块和半桥子单元级联模块；
所述全桥导向开关模块包括：由四个全控型器件组成的桥式电路；
所述半桥子单元级联模块包括：一个或多个顺次级联的半桥子单元；
每个所述半桥子单元由两个全控型器件串联之后与动力电池组并联组成；
每个所述半桥子单元包括：第一全控型器件、第二全控型器件和动力电池组；
所述第一全控型器件的发射极与所述第二全控型器件的集电极连接，作为该半桥子单元的第一引出端子；所述第一全控型器件的集电极与所述动力电池组的正极连接；所述第二全控型器件的发射极与所述动力电池组的负极连接，作为该半桥子单元的第二引出端子；
所述动力电池组为梯次利用电池组。
2.根据权利要求1所述的统一电能质量控制器，其特征在于，所述双向DC-DC变换模块包括：第一电感、第三全控型器件和第四全控型器件；
所述第一电感的一端与所述第三全控型器件的集电极、所述第四全控型器件的集电极连接；所述第四全控型器件的发射极引出两根线，其中，一根线与所述第一电感的另一端组成所述双向DC-DC变换模块的第一直流侧的引出端子；另一根线与所述第三全控型器件的发射极组成所述双向DC-DC变换模块第二直流侧的引出端子。
3.根据权利要求1所述的统一电能质量控制器，其特征在于，所述并联补偿模块包括：六个全控型器件、两个电容和三个电感；
所述六个全控型器件组成三相桥式整流/逆变电路；
所述两个电容彼此串联之后，并联在所述三相桥式整流/逆变电路的直流侧；
所述三相桥式整流/逆变电路交流侧的三个端子分别串联一个所述电感之后并联到所述交流电网的三相线路。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的统一电能质量控制器，其特征在于，所述全控型器件为绝缘栅双极晶体管、门极可关断晶闸管或电力场效应晶体管。
5.一种用于统一电能质量控制器的控制方法，其特征在于，所述控制器包括：三个串联侧变压器、三个单相串联侧补偿模块、双向DC-DC变换模块、并联补偿模块；三个所述串联侧变压器的原边分别串联在交流电网的三相线路中；三个所述串联侧变压器的副边分别与三个所述单相串联侧补偿模块的交流侧并联；三个所述单相串联侧补偿模块的直流侧依次串联后，与所述双向DC-DC变换模块的一侧并联；所述双向DC-DC变换模块的另一侧与所述并联补偿模块的直流侧并联；所述并联补偿模块的交流侧的三个端子分别连接所述交流电网的三相线路；
所述串联侧变压器用于交流电压的变换；
所述单相串联侧补偿模块用于储存电能，或利用储存的电能对所述交流电网进行补偿；
所述双向DC-DC变换模块用于对直流电压进行正向或反向变换；
所述并联补偿模块用于对来自所述交流电网的电能进行整流，并输送到所述双向DC-DC变换模块；或者，将所述双向DC-DC变换模块输送过来的直流电逆变为交流电，对所述交流电网进行电能补偿；
所述控制方法包括以下步骤：
检测所述交流电网的电压；
当所述交流电网的电压小于预设的电网电压阈值时，控制三个所述单相串联侧补偿模块分别通过三个所述串联侧变压器对所述交流电网进行电能补偿；
当所述交流电网的电压大于或等于所述预设的电网电压阈值时，控制所述并联补偿模块对所述交流电网的电能进行整流，并通过所述双向DC-DC变换模块将电能输送到三个所述单相串联侧补偿模块中进行储存；
当所述交流电网出现断线故障时，控制所述单相串联侧补偿模块向所述双向DC-DC变换模块输送直流电，并控制所述并联补偿模块将所述双向DC-DC变换模块传送过来的直流电逆变为交流电对所述交流电网进行电能补偿；
所述单相串联侧补偿模块包括：全桥导向开关模块和半桥子单元级联模块；
所述全桥导向开关模块包括：由四个全控型器件组成的桥式电路；
所述半桥子单元级联模块包括：一个或多个顺次级联的半桥子单元；
每个所述半桥子单元由两个全控型器件串联之后与动力电池组并联组成；
每个所述半桥子单元包括：第一全控型器件、第二全控型器件和动力电池组；
所述第一全控型器件的发射极与所述第二全控型器件的集电极连接，作为该半桥子单元的第一引出端子；所述第一全控型器件的集电极与所述动力电池组的正极连接；所述第二全控型器件的发射极与所述动力电池组的负极连接，作为该半桥子单元的第二引出端子；
所述动力电池组为梯次利用电池组。
6.一种统一电能质量控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：三个串联侧变压器、三个单相串联侧补偿模块、双向DC-DC变换模块、并联补偿模块和控制模块；
三个所述串联侧变压器的原边分别串联在交流电网的三相线路中；三个所述串联侧变压器的副边分别与三个所述单相串联侧补偿模块的交流侧并联；
三个所述单相串联侧补偿模块的直流侧依次串联后，与所述双向DC-DC变换模块的第一直流侧并联；
所述双向DC-DC变换模块的第二直流侧与所述并联补偿模块的直流侧并联；
所述并联补偿模块的交流侧的三个端子分别连接所述交流电网的三相线路；
所述串联侧变压器用于交流电压的变换；
所述单相串联侧补偿模块用于储存电能，或利用储存的电能对所述交流电网进行补偿；
所述双向DC-DC变换模块用于对直流电压进行正向或反向变换；
所述并联补偿模块用于对来自所述交流电网的电能进行整流，并输送到所述双向DC-DC变换模块；或者，将所述双向DC-DC变换模块输送过来的直流电逆变为交流电，对所述交流电网进行电能补偿；
所述控制模块用于检测所述交流电网的电压，并根据所述交流电网的电压大小，对所述单相串联侧补偿模块、所述双向DC-DC变换模块和所述并联补偿模块进行控制，从而使得所述交流电网上的负载能够获得稳定的交流电源；
其中，
所述单相串联侧补偿模块包括：全桥导向开关模块和半桥子单元级联模块；
所述全桥导向开关模块包括：由四个绝缘栅双极晶体管组成的全桥电路；所述半桥子单元级联模块包括：一个或多个顺次级联的半桥子单元；每个所述半桥子单元由两个绝缘栅双极晶体管串联之后与梯次利用电池组并联组成；
“根据所述交流电网的电压大小，对所述单相串联侧补偿模块、所述DC-DC变换模块和所述并联补偿模块进行控制，从而使得所述交流电网上的负载能够获得稳定的交流电源”包括：
在所述交流电网的电压小于预设的电网电压阈值的情况下，控制所述半桥子单元级联模块输出正弦半波电压，并控制所述全桥导向开关模块在半波零点切换导向，从而向所述串联侧变压器输出正弦波；
在所述交流电网的电压大于或等于所述预设的电网电压阈值的情况下，控制所述并联补偿模块从所述交流电网吸收有功功率，并通过所述双向DC-DC变换模块将电能输送到所述梯次利用电池组中进行储存；
在所述交流电网出现断线故障的情况下，控制所述半桥子单元级联模块向所述双向DC-DC变换模块输送直流电，并控制所述并联补偿模块将所述双向DC-DC变换模块传送过来的直流电逆变为交流电对所述交流电网进行电能补偿。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910482371.0A CN110266018B (zh) | 2019-06-04 | 2019-06-04 | 统一电能质量控制器及其控制方法和控制系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910482371.0A CN110266018B (zh) | 2019-06-04 | 2019-06-04 | 统一电能质量控制器及其控制方法和控制系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110266018A CN110266018A (zh) | 2019-09-20 |
| CN110266018B true CN110266018B (zh) | 2024-08-02 |
Family
ID=67916751
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910482371.0A Active CN110266018B (zh) | 2019-06-04 | 2019-06-04 | 统一电能质量控制器及其控制方法和控制系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110266018B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110957912B (zh) * | 2019-10-31 | 2022-02-15 | 东南大学 | 基于可控直流母线的分布式储能装置 |
| CN111404175B (zh) * | 2020-05-07 | 2023-04-18 | 国网湖南省电力有限公司 | 用于配电台区的低压电能质量的综合治理装置及控制方法 |
| CN112421135B (zh) * | 2020-11-20 | 2022-06-17 | 四川长虹电器股份有限公司 | 一种串联式储能电池直流转换系统及其控制方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201178308Y (zh) * | 2008-04-25 | 2009-01-07 | 华北电力大学 | 电压扰动补偿装置 |
| CN209896700U (zh) * | 2019-06-04 | 2020-01-03 | 中国科学院电工研究所 | 统一电能质量控制器 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102013691A (zh) * | 2010-07-22 | 2011-04-13 | 荣信电力电子股份有限公司 | 一种基于mmc模块化多电平逆变器的无变压器电池储能拓扑结构 |
| CN102437575B (zh) * | 2011-12-29 | 2015-04-29 | 中国科学院电工研究所 | 一种中高压无变压器结构统一电能质量控制器 |
| CN103236693B (zh) * | 2013-04-25 | 2015-05-13 | 广东电网公司电力科学研究院 | 一种统一电能质量控制器 |
| CN204407914U (zh) * | 2015-03-12 | 2015-06-17 | 国家电网公司 | 用于风力发电系统的储能式电能质量调节器 |
| CN108964026B (zh) * | 2018-06-29 | 2021-01-29 | 国网湖南省电力有限公司 | 一种用于中压配电网的统一电能质量调节器 |
-
2019
- 2019-06-04 CN CN201910482371.0A patent/CN110266018B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201178308Y (zh) * | 2008-04-25 | 2009-01-07 | 华北电力大学 | 电压扰动补偿装置 |
| CN209896700U (zh) * | 2019-06-04 | 2020-01-03 | 中国科学院电工研究所 | 统一电能质量控制器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110266018A (zh) | 2019-09-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hsieh et al. | A novel high-efficiency compact-size low-cost balancing method for series-connected battery applications | |
| CN108923508B (zh) | 一种含反激变换器的电池主动均衡装置 | |
| CN104078992A (zh) | 一种储能电压平衡电力电子电能变换系统及其控制方法 | |
| CN104218805B (zh) | 一种单双极性转换直流变换器 | |
| CN106877368A (zh) | 一种光伏发电微网系统混合储能控制方法 | |
| CN104269875A (zh) | 一种基于mmc模块化多电平变换器的混合储能拓扑结构 | |
| CN103236706A (zh) | 基于模块化多电平交交变换拓扑的电池储能系统 | |
| CN109873568B (zh) | 一种多直流端口换流器及控制方法 | |
| CN109950969B (zh) | 一种基于光伏备用的变电站直流系统应急电源 | |
| CN110266018B (zh) | 统一电能质量控制器及其控制方法和控制系统 | |
| CN108539841A (zh) | 用于混合电源系统的组合dc-dc变换器 | |
| CN209088560U (zh) | 一种含反激变换器的电池主动均衡装置 | |
| CN203859583U (zh) | 一种多路并联冗余的变电站直流电源系统 | |
| CN101572429B (zh) | 一种ups系统 | |
| CN204103532U (zh) | 一种双向充电器 | |
| WO2023093057A1 (zh) | 一种充电模块及充电系统 | |
| WO2024152871A1 (zh) | 储能系统 | |
| US11088615B2 (en) | Balancing multilevel DC-DC converter apparatus | |
| CN108011425A (zh) | 一种电池组主动均衡电路及方法 | |
| CN206060575U (zh) | 双级三相储能变流器 | |
| CN209896700U (zh) | 统一电能质量控制器 | |
| CN108089687B (zh) | 一种数据中心高效式供电系统 | |
| WO2013031934A1 (ja) | 電力連系システム | |
| CN212435428U (zh) | 不间断电源 | |
| CN204290428U (zh) | 一种集成电机驱动和电池充电功能模块 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |