本實(shí)用新型涉及一種基于超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)的微電網(wǎng)電能裝置。

背景技術(shù)：

為了緩解能源危機(jī)與環(huán)境壓力，當(dāng)今許多國家都在大力倡導(dǎo)發(fā)展清潔能源和可再生能源發(fā)電，并提倡節(jié)約電力。同時(shí)，隨著數(shù)字時(shí)代的到來，用戶對(duì)供電可靠性和電能質(zhì)量的要求也愈來愈高。為此，一些有前瞻性的國家如美國、歐洲、加拿大、澳大利亞和中國等都相繼提出建設(shè)“智能電網(wǎng)”，并已開展了一些相關(guān)的研究與實(shí)踐活動(dòng)。智能電網(wǎng)正得到全球越來越多的重視，成為未來電網(wǎng)的重要發(fā)展趨勢(shì)之一。

智能電網(wǎng)概念的提出及系統(tǒng)性研究，也促使人們更多地關(guān)注傳統(tǒng)大電網(wǎng)模式的缺陷，關(guān)注當(dāng)今社會(huì)對(duì)能源和電力供應(yīng)的質(zhì)量以及安全可靠性的要求。微電網(wǎng)是以分布式發(fā)電技術(shù)為基礎(chǔ)，以靠近分散型資源或用戶的小型電站為主，結(jié)合終端用戶電能質(zhì)量管理和能源梯級(jí)利用技術(shù)形成的小型模塊化、分散式的供能網(wǎng)絡(luò)。微電網(wǎng)是智能電網(wǎng)的重要組成部分，能實(shí)現(xiàn)內(nèi)部電源和負(fù)荷的一體化運(yùn)行，并通過和主電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制，可平滑接入主網(wǎng)或獨(dú)立自治運(yùn)行，充分滿足用戶對(duì)電能質(zhì)量、供電可靠性和安全性的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)業(yè)界的上述技術(shù)發(fā)展方向，本實(shí)用新型提供了一種新穎的基于超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)的微電網(wǎng)電能裝置。該微電網(wǎng)電能裝置可以充分利用超級(jí)電容器本身的優(yōu)點(diǎn)，采用性能一致性較高的單體組成超級(jí)電容器組，并結(jié)合電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置以及控制單元，形成可控的超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)。通過該基于超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)的微電網(wǎng)電能裝置在電力微網(wǎng)中的應(yīng)用，可以顯著提高微網(wǎng)的工作效率，加強(qiáng)微網(wǎng)的可靠性。

具體的，本實(shí)用新型提供了一種基于超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)的微電網(wǎng)電能裝置，包括：系統(tǒng)母線、監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集單元，固定負(fù)載和負(fù)載開關(guān)，所述監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集單元與所述系統(tǒng)母線相連接，所述負(fù)載開關(guān)控制所述系統(tǒng)母線與所述固定負(fù)載的連通或斷開，其中所述系統(tǒng)母線上接入有固定的無功功率補(bǔ)償模塊，以限制無功功率的傳輸。

較佳地，在上述的微電網(wǎng)電能裝置中，所述無功功率補(bǔ)償模塊是并聯(lián)于所述固定負(fù)載上的并聯(lián)電容。

較佳地，在上述的微電網(wǎng)電能裝置中，進(jìn)一步包括：與所述固定負(fù)載相連接的超級(jí)電容補(bǔ)償器。

較佳地，在上述的微電網(wǎng)電能裝置中，所述超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)一步包括電容器組，所述電容器組經(jīng)由開關(guān)連接至所述系統(tǒng)母線。

較佳地，在上述的微電網(wǎng)電能裝置中，所述電容器組包括八個(gè)超級(jí)電容器單體，所述八個(gè)超級(jí)電容器單體采用兩個(gè)并聯(lián)再四個(gè)串聯(lián)的結(jié)構(gòu)。

較佳地，在上述的微電網(wǎng)電能裝置中，在所述結(jié)構(gòu)中，雙向升降壓變換器分別與相鄰的兩個(gè)超級(jí)電容器單體相連接。

較佳地，在上述的微電網(wǎng)電能裝置中，當(dāng)檢測(cè)到所述相鄰的兩個(gè)超級(jí)電容器單體的電壓有明顯差異時(shí)，所述雙向升降壓變換器被激活，以工作于某一單向變換模式；且當(dāng)檢測(cè)到所述相鄰的兩個(gè)超級(jí)電容器單體的電壓達(dá)到均衡時(shí)，所述雙向升降壓變換器停止工作。

較佳地，在上述的微電網(wǎng)電能裝置中，所述超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)一步包括：連接于所述系統(tǒng)母線和所述電容器組之間的變壓器、由控制單元控制的晶閘管變換器以及連接于所述晶閘管變換器和電容器組之間的開關(guān)。

較佳地，在上述的微電網(wǎng)電能裝置中，所述開關(guān)是極性開關(guān)。

較佳地，在上述的微電網(wǎng)電能裝置中，在對(duì)所述超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行充電時(shí)，通過所述晶閘管變換器的交流至直流變換將電流注入所述電容器組；而在所述超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行放電時(shí)，所述控制單元切換所述極性開關(guān)，通過基于所述晶閘管變換器的直流至直流變換向所述系統(tǒng)母線輸出功率。

應(yīng)當(dāng)理解，本實(shí)用新型以上的一般性描述和以下的詳細(xì)描述都是示例性和說明性的，并且旨在為本實(shí)用新型提供進(jìn)一步的解釋。

附圖說明

圖1示出了根據(jù)本實(shí)用新型的微電網(wǎng)電能裝置的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。

圖2示出了超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。

圖3示出了超級(jí)電容器組的電壓均衡電路圖。

具體實(shí)施方式

首先參考圖1，圖1示出了根據(jù)本實(shí)用新型的微電網(wǎng)電能裝置的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。

如圖所示，本實(shí)用新型的基于超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)的微電網(wǎng)電能裝置100主要包括：系統(tǒng)母線101、監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集單元102，固定負(fù)載103和負(fù)載開關(guān)104。

其中，所述監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集單元102與所述系統(tǒng)母線101相連接。該監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集單元102用于監(jiān)視負(fù)載端的電壓、電流、相位角以及電能質(zhì)量情況。所述負(fù)載開關(guān)104控制所述系統(tǒng)母線101與所述固定負(fù)載103的連通或斷開。

特別是，所述系統(tǒng)母線104上接入有固定的無功功率補(bǔ)償模塊105，以限制無功功率的傳輸。較佳地，所述無功功率補(bǔ)償模塊105是并聯(lián)于所述固定負(fù)載上的并聯(lián)電容。該無功功率補(bǔ)償模塊105不僅可以降低傳輸線路熱損耗，也可以起到保持負(fù)載電壓在調(diào)節(jié)范圍之內(nèi)的作用。

較佳地，還可以設(shè)置與所述固定負(fù)載103相連接的超級(jí)電容補(bǔ)償器106。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖2，圖2示出了超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。該超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)107進(jìn)一步包括電容器組108，所述電容器組108經(jīng)由開關(guān)連接至所述系統(tǒng)母線101。較佳地，所述電容器組108可以包括八個(gè)超級(jí)電容器單體，所述八個(gè)超級(jí)電容器單體采用兩個(gè)并聯(lián)再四個(gè)串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，如圖3所示。在該結(jié)構(gòu)中，雙向升降壓變換器分別與相鄰的兩個(gè)超級(jí)電容器單體相連接，其優(yōu)選采用低導(dǎo)通阻抗的MOSFET器件和快恢復(fù)二極管，并工作于斷續(xù)運(yùn)行模式。這種接法的好處在于：器件并聯(lián)可以減少串聯(lián)支路之間的容值差異，也可以降低電壓的不均衡程度，緩解均壓電路的壓力。

根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，當(dāng)檢測(cè)到所述相鄰的兩個(gè)超級(jí)電容器單體的電壓有明顯差異時(shí)，所述雙向升降壓變換器被激活，以工作于某一單向變換模式；且當(dāng)檢測(cè)到所述相鄰的兩個(gè)超級(jí)電容器單體的電壓達(dá)到均衡時(shí)，所述雙向升降壓變換器停止工作。

此外，在圖2所示的實(shí)施例中，所述超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)107可以進(jìn)一步包括：連接于所述系統(tǒng)母線101和所述電容器組108之間的變壓器110、由控制單元111控制的晶閘管變換器112以及連接于所述晶閘管變換器112和電容器組108之間的開關(guān)113。所述開關(guān)113優(yōu)選是極性開關(guān)。

根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，在對(duì)所述超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行充電時(shí)，通過所述晶閘管變換器的交流至直流變換將電流注入所述電容器組；而在所述超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行放電時(shí)，所述控制單元切換所述極性開關(guān)，通過基于所述晶閘管變換器的直流至直流變換向所述系統(tǒng)母線輸出功率。此外，圖2所示的聚集線圈114可以用于平滑充放電電流在其平均值附近的波動(dòng)，減小因變換器高頻運(yùn)行帶來的高頻電流分量，從而控制超級(jí)電容器輸出電流的諧波成分。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本實(shí)用新型的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本實(shí)用新型專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。因此，本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。