專(zhuān)利名稱(chēng)：獨(dú)立式電能存儲(chǔ)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種獨(dú)立式電能存儲(chǔ)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電網(wǎng)系統(tǒng)在供電過(guò)程中，存在電網(wǎng)負(fù)荷高峰和低谷的現(xiàn)象。用電負(fù)荷是一個(gè)不斷變動(dòng)的量，對(duì)一個(gè)地區(qū)而言，負(fù)荷變化的特性主要取決于用電行業(yè)結(jié)構(gòu)、地域、季節(jié)變化、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活水平等因素。用電負(fù)荷在時(shí)間上的不均衡性使得某一時(shí)段用電較多，某一時(shí)段用電較少，這就形成了用電高峰負(fù)荷與低谷負(fù)荷。峰谷差愈大，電網(wǎng)運(yùn)行愈不經(jīng)濟(jì)。從某地區(qū)電網(wǎng)冬季、夏季典型日負(fù)荷曲線(xiàn)中可看出，用電日負(fù)荷一般有早、中、晚三個(gè)高峰，其中晚峰是由于照明及居民生活用電疊加而成，而商業(yè)、生活用電和單班制生產(chǎn)工廠深夜用電的減少形成了低谷。電力供應(yīng)的持續(xù)性，是滿(mǎn)足人們幸福生活的基本保證。目前，由于各地供電設(shè)備的供電能力有限，而又加上用電負(fù)荷分為高峰段和低谷段，使得各地出現(xiàn)時(shí)段性的缺電現(xiàn)象。 尤其是每年的冬夏兩季，用電負(fù)荷的增加造成電力供應(yīng)嚴(yán)重不足。供電部門(mén)只有采用拉閘限電控制用電，但這顯然給人民生活和工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)了不利的影響。這種用電負(fù)荷的峰谷差對(duì)電網(wǎng)造成了巨大的影響，會(huì)導(dǎo)致電壓不穩(wěn)、損耗加大。高峰與低谷用電嚴(yán)重不平衡，既存在供電不足，也存在用電量不足的問(wèn)題。現(xiàn)有技術(shù)中，電網(wǎng)管理規(guī)劃部門(mén)常常采用建設(shè)蓄能水庫(kù)和蓄能電站的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，但是這種方式具有投資巨大、占用大片水面耕地和建設(shè)周期較長(zhǎng)等缺點(diǎn)，特別是在人口密集的大中城市無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為避免上述已有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種獨(dú)立式電能存儲(chǔ)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電網(wǎng)峰谷平衡的目的。本發(fā)明為解決技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案。獨(dú)立式電能存儲(chǔ)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，包括蓄電池、雙向變流器UC、變壓器T、配電開(kāi)關(guān)K ；所述變壓器T通過(guò)配電開(kāi)關(guān)K接在交流電網(wǎng)的相線(xiàn)L上，所述蓄電池CG通過(guò)雙向變流器UC與所述變壓器T相連接。本發(fā)明的獨(dú)立式電能存儲(chǔ)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于所述雙向變流器UC包括電感線(xiàn)圈Lr、電感線(xiàn)圈Ls、電感線(xiàn)圈Lt、半橋逆變電路、電容C和可變電阻Rd ；三相交流電的三相輸入eR、eS和eT分別通過(guò)電感線(xiàn)圈Lr、電感線(xiàn)圈 Ls、電感線(xiàn)圈Lt與半橋逆變電路的上下橋臂之間相連接，電容C和可變電阻Rd均與半橋逆變電路相并聯(lián)。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在采用智能型雙向變流器UC，實(shí)現(xiàn)雙向變流控制來(lái)調(diào)節(jié)電網(wǎng)系統(tǒng)的平衡，在用戶(hù)用電量處于低谷區(qū)段時(shí)，給蓄電池進(jìn)行充電，儲(chǔ)存能量，此時(shí)電價(jià)為最低價(jià)；在用戶(hù)用電量處于高峰區(qū)段時(shí)，蓄電池儲(chǔ)存的電量釋放出來(lái)，此時(shí)電價(jià)為最高價(jià)。本發(fā)明的獨(dú)立式電能存儲(chǔ)系統(tǒng)，運(yùn)行可靠、維修簡(jiǎn)單、污染物排放低、利于環(huán)境保護(hù)，節(jié)約了用電成本，提高了電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。


圖1為本發(fā)明的獨(dú)立式電能存儲(chǔ)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的獨(dú)立式電能存儲(chǔ)系統(tǒng)的雙向變流器UC的主電路拓?fù)鋱D。圖3為雙向變流器UC控制過(guò)程等效圖。圖4為雙向變流器UC工作在順變狀態(tài)下的相量圖。圖5為雙向變流器UC工作在逆變狀態(tài)下的相量圖。以下通過(guò)具體實(shí)施方式
，并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)圖1和圖2，獨(dú)立式電能存儲(chǔ)系統(tǒng)，包括蓄電池、雙向變流器UC、變壓器T、配電開(kāi)關(guān)K ；所述變壓器T通過(guò)配電開(kāi)關(guān)K接在交流電網(wǎng)的相線(xiàn)L上，所述蓄電池CG通過(guò)雙向變流器UC與所述變壓器T相連接。雙向變流器UC在電網(wǎng)正常供電時(shí)，被用作整流充電器，將電網(wǎng)交流電轉(zhuǎn)換為直流電向蓄電池充電儲(chǔ)能；當(dāng)電網(wǎng)斷電或供電異常時(shí)，雙向變流器UC被用作逆變器，將蓄電池儲(chǔ)存電能轉(zhuǎn)換輸出交流電到變壓器T到配電輸出，給用戶(hù)使用或并網(wǎng)發(fā)電。通過(guò)雙向變流器UC實(shí)現(xiàn)充電和供電的轉(zhuǎn)換，可在供電低谷時(shí)由市電電網(wǎng)向蓄電池充電，將電能存儲(chǔ)起來(lái)，并在供電高峰時(shí)將蓄電池所存儲(chǔ)的電能釋放，并通過(guò)雙向變流器UC轉(zhuǎn)換為交流電，以彌補(bǔ)電網(wǎng)電量的不足，從而調(diào)配電網(wǎng)高峰和低谷的電量，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電網(wǎng)峰谷平衡的目的，提高了電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。所述雙向變流器UC包括電感線(xiàn)圈Lr、電感線(xiàn)圈Ls、電感線(xiàn)圈Lt、半橋逆變電路、電容C和可變電阻Rd ；三相交流電的三相輸入eR、eS和eT分別通過(guò)電感線(xiàn)圈Lr、電感線(xiàn)圈 Ls、電感線(xiàn)圈Lt與半橋逆變電路的上下橋臂之間相連接，電容C和可變電阻Rd均與半橋逆變電路相并聯(lián)。如圖1所示，雙向變流器UC在電網(wǎng)正常供電時(shí)，被用作整流充電器，將電網(wǎng)交流電轉(zhuǎn)換為直流電向蓄電池充電儲(chǔ)能；當(dāng)電網(wǎng)斷電或供電異常時(shí)，雙向變流器UC被用作逆變器，將蓄電池儲(chǔ)存電能轉(zhuǎn)換輸出交流電到變壓器T到配電輸出，給用戶(hù)使用或并網(wǎng)發(fā)電。雙向變流器UC，主要由恒流充放電及變流兩大部分組成，恒流充/放電部分控制電池的充放電電流并實(shí)現(xiàn)恒流充放電，變流部分在放電時(shí)作為蓄電池放電的可變負(fù)載，并把放電能量逆變回饋電網(wǎng)，同時(shí)根據(jù)放電電流的大小改變負(fù)載的大小，而在充電時(shí)，電網(wǎng)的正弦交流電經(jīng)SPWM(Sinusoidal PWM，正弦脈寬調(diào)制)整流濾波后，對(duì)蓄電池充電，同時(shí)根據(jù)充電電流大小調(diào)節(jié)SPWM控制的占空比。系統(tǒng)的控制目標(biāo)是使系統(tǒng)能雙向運(yùn)行，并且蓄電池的充、放電過(guò)程能按照規(guī)定的曲線(xiàn)進(jìn)行。系統(tǒng)在充電時(shí)處于整流模式，電網(wǎng)側(cè)電流為正弦波且功率因數(shù)為1，電能從電網(wǎng)流向蓄電池；系統(tǒng)在放電時(shí)處于逆變模式，電網(wǎng)側(cè)電流為正弦波且功率因數(shù)為“-1”，此時(shí)電能從蓄電池流向電網(wǎng)。圖2為雙向變流器UC的主電路拓?fù)鋱D
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如圖所示具體工作原理變換過(guò)程如下充電過(guò)程相當(dāng)于三相可控整流電路，功率管控制的一個(gè)周期分為6段，每段為 60度，每一段中導(dǎo)通的功率管及輸出整流電壓情況如下I =VU V6導(dǎo)通，整流輸出電壓為 Ue .s .= Ue .-Us ‘ ；II =VU V2 導(dǎo)通，整流輸出電壓為 Uk .t .= Ue .-Ut ‘ ；III :V3、V2 導(dǎo)通，整流輸出電壓為Us .T .= Us .-Ut .;IV :V3、V4導(dǎo)通，整流輸出電壓為Us .E .= Us .-Ue ‘ ；V :V5、V4導(dǎo)通，整流輸出電壓為Ut .e .= Ut .-Ue .;VI :V5、V6導(dǎo)通，整流輸出電壓為Ut ‘s .= Ut .-Us .。如此循環(huán)，輸出穩(wěn)定的直流電壓，為蓄電池CG充電。放電過(guò)程相當(dāng)于三相橋式逆變電路，主電路由6個(gè)IGBT和6個(gè)二極管組成，Vl和 V2在同一橋臂上，V3和V4在同一橋臂，V5和V6在同一橋臂。當(dāng)1和4通時(shí)，Ue .s .= Ud, 當(dāng)3禾口 2通時(shí)，Uk .s .= -Ud，當(dāng)1禾口 3或2禾口 4通時(shí)，Uk .s .= 0。輸出線(xiàn)電壓P麗波由士Ud 和0三種電平構(gòu)成負(fù)載相電壓PWM波由(士2/3)Ud，(士 l/3)Ud和0共5種電平組成。通過(guò) DSP控制功率管的導(dǎo)通，得到穩(wěn)定的三相正弦波，并入電網(wǎng)或?yàn)橛脩?hù)負(fù)載供電。如圖3為雙向變流器UC的R相控制過(guò)程等效圖，圖中tlR為蓄電池內(nèi)阻電壓，&相當(dāng)于電網(wǎng)電壓。通過(guò)改變雙向逆變器輸出電壓tlR，改變輸出電流iR，當(dāng)電流^與電網(wǎng)電壓^r方向一致時(shí)，系統(tǒng)處于充電狀態(tài)；當(dāng)電流向與電網(wǎng)電壓色]^相反時(shí)，系統(tǒng)處于逆變狀態(tài)，Re, R' R為系統(tǒng)等效
內(nèi)阻，各參數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系為/ = eJ-^r
kr+r r圖4為雙向變流器UC工作在順變狀態(tài)下的相量圖，用戶(hù)用電量處于低谷區(qū)段，雙向變流器UC為整流過(guò)程，給蓄電池充電，儲(chǔ)存能量。圖中相量Ur落后于相量Er，落后的角度為α。圖中α為Er和to的夾角，φ為Ir和Er的夾角，可以看出改變to和α的大小， 可以實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)為1，電流超前電源電壓，圖4的Δ0ΑΒ必須是直角，這時(shí)三相交流電源向負(fù)載輸出能量同時(shí)整流向蓄電池充電，在相量Er、相量to·和相量te構(gòu)成的Δ OAB中，有Er =Ur+Ux 成立。圖5為雙向變流器UC工作在逆變狀態(tài)下的相量圖，用戶(hù)用電量處于高峰區(qū)段，雙向變換器UC為逆變過(guò)程，將蓄電池的能量反饋到電網(wǎng)。圖中α為Er和to的夾角，φ為Ir 和Er的夾角，可以看出改變to和α的大小，可以實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)為1，電流滯后電源電壓， 實(shí)現(xiàn)逆變狀態(tài)將蓄電池的電量回饋至電網(wǎng)。在由相量Erjr和Ux構(gòu)成的Δ OAH中，同樣有 Er = to+Ux成立，但α為超前角。本發(fā)明的獨(dú)立式電能存儲(chǔ)系統(tǒng)，在供電低谷時(shí)段，電網(wǎng)電量富裕，電壓偏高，由配電開(kāi)關(guān)K接通電網(wǎng)供電，通過(guò)雙向變流器UC向蓄電池充電，將富裕電量吸收存儲(chǔ)；在供電高峰時(shí)段，電網(wǎng)電量嚴(yán)重不足，電壓偏低，雙向變流器UC將蓄電池存儲(chǔ)的電能，通過(guò)隔離變壓器T向配電開(kāi)關(guān)K輸出電量，為工商企業(yè)和居民住宅提供穩(wěn)定的電能，可在工廠、企業(yè)、 礦山、機(jī)關(guān)和居民住宅等環(huán)境分別設(shè)置，形成分布式儲(chǔ)能電源系統(tǒng)，設(shè)計(jì)人工控制型或智能控制型。在電力負(fù)荷的不同時(shí)段，在用電負(fù)荷低谷區(qū)段，大約在晚上九點(diǎn)以后，儲(chǔ)能系統(tǒng)為蓄電池充電狀態(tài)，將電能儲(chǔ)存起來(lái)，吸收多余電量的峰值電壓，調(diào)節(jié)電壓穩(wěn)定；當(dāng)用電負(fù)荷高峰區(qū)段，大約在上午八點(diǎn)至十二點(diǎn)，還有下午二點(diǎn)至八點(diǎn)，儲(chǔ)能系統(tǒng)將蓄電池電能釋放出來(lái)，調(diào)整電網(wǎng)的穩(wěn)定，供工商企業(yè)和居民住宅使用。通過(guò)分散式廣大的用戶(hù)雙向變流裝置和蓄電池系統(tǒng)，將電網(wǎng)在白天負(fù)荷高峰時(shí)段釋放出電能，為分別布置儲(chǔ)能系統(tǒng)的工商企業(yè)提供電能，在夜間負(fù)荷低谷時(shí)段從電網(wǎng)充電消耗多余電能，進(jìn)行分散存儲(chǔ)，達(dá)到電網(wǎng)在高峰與低谷的有效平衡。
與原有蓄能電站相比，這種分布式點(diǎn)多面廣的能量集聚效應(yīng)，同樣解決電網(wǎng)在高峰電量不足，低谷電量嚴(yán)重多余的矛盾，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)在高峰釋放補(bǔ)充，低谷吸收存儲(chǔ)的平衡輸送，更適合點(diǎn)多面廣的大中城市工商企業(yè)和居民家庭，有效的提高了電能質(zhì)量。
權(quán)利要求
1.獨(dú)立式電能存儲(chǔ)系統(tǒng)，其特征是，包括蓄電池、雙向變流器UC、變壓器T、配電開(kāi)關(guān)K； 所述變壓器τ通過(guò)配電開(kāi)關(guān)K接在交流電網(wǎng)的相線(xiàn)L上，所述蓄電池CG通過(guò)雙向變流器UC 與所述變壓器T相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的獨(dú)立式電能存儲(chǔ)系統(tǒng)，其特征是，所述雙向變流器UC包括電感線(xiàn)圈Lr、電感線(xiàn)圈Ls、電感線(xiàn)圈Lt、半橋逆變電路、電容C和可變電阻Rd ；三相交流電的三相輸入eR、eS和eT分別通過(guò)電感線(xiàn)圈Lr、電感線(xiàn)圈Ls、電感線(xiàn)圈Lt與半橋逆變電路的上下橋臂之間相連接，電容C和可變電阻Rd均與半橋逆變電路相并聯(lián)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種獨(dú)立式電能存儲(chǔ)系統(tǒng)，包括蓄電池、雙向變流器UC、變壓器T、配電開(kāi)關(guān)K；所述變壓器T通過(guò)配電開(kāi)關(guān)K接在交流電網(wǎng)的相線(xiàn)L上，所述蓄電池CG通過(guò)雙向變流器UC與所述變壓器T相連接。所述雙向變流器UC包括電感線(xiàn)圈Lr、電感線(xiàn)圈Ls、電感線(xiàn)圈Lt、半橋逆變電路、電容C和可變電阻Rd。本發(fā)明的獨(dú)立式電能存儲(chǔ)系統(tǒng)，具有可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電網(wǎng)峰谷平衡的目的并提高了電力系統(tǒng)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02J3/28GK102364804SQ20111035855
公開(kāi)日2012年2月29日 申請(qǐng)日期2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月14日
發(fā)明者宋銀生, 李多山 申請(qǐng)人:合肥聯(lián)信電源有限公司