一種燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)功率補(bǔ)償與能量回收裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電氣和動(dòng)力工程領(lǐng)域，涉及一種燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)功率補(bǔ)償與能量回收裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前很多場(chǎng)合都采用燃油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行供電，傳統(tǒng)的燃油發(fā)電系統(tǒng)排放污染嚴(yán)重并且燃料成本很高；作為一種清潔燃料，燃?xì)饩哂形廴拘?、成本低的?yōu)點(diǎn)，其相對(duì)于燃油發(fā)電來說，燃?xì)獍l(fā)電可減少二氧化碳和氮氧化合物排放50%以上，且成本僅有燃油發(fā)電的一半，若采用燃?xì)庾鳛槟茉催M(jìn)行發(fā)電，將較大幅度地提高發(fā)電環(huán)保性與經(jīng)濟(jì)性。但由于燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組機(jī)械特性較軟，耐負(fù)荷沖擊性較差，當(dāng)負(fù)荷波動(dòng)較大時(shí)不足以提供或吸收足夠高的功率，會(huì)導(dǎo)致母線頻率和電壓發(fā)生驟變以致停機(jī)，而石油開采裝備、起重裝備、乳鋼設(shè)備、礦井設(shè)備等許多負(fù)荷在運(yùn)行時(shí)功率波動(dòng)又往往很大，在此工況下發(fā)電系統(tǒng)電壓波動(dòng)很大，很容易造成燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組停機(jī)甚至產(chǎn)生事故。若能采用一種額外的功率補(bǔ)償裝置與燃?xì)獍l(fā)電機(jī)配合使用，在負(fù)荷功率波動(dòng)時(shí)快速提供或吸收能量，調(diào)整發(fā)電系統(tǒng)功率的動(dòng)態(tài)平衡，將能夠保障系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，使“油改氣發(fā)電”的大面積推廣成為可能。
[0003]此外起重機(jī)械、礦井機(jī)械、交通器械等類型的負(fù)荷在減速、制動(dòng)或反轉(zhuǎn)時(shí)處于發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，會(huì)產(chǎn)生再生能量反饋至供電系統(tǒng)，若不及時(shí)消除則會(huì)引起供電系統(tǒng)電壓升高，也會(huì)造成發(fā)電系統(tǒng)停機(jī)甚至引發(fā)事故，妨礙系統(tǒng)運(yùn)行；所以目前常采用制動(dòng)電阻將其消耗掉。若能設(shè)法將這部分回饋能量進(jìn)行吸收利用，將大大提高能源的有效利用率，有良好的節(jié)能減排效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)功率補(bǔ)償與能量回收裝置，在負(fù)荷突然變化時(shí)能夠短時(shí)釋放或吸收大量的能量、提供功率緩沖、保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)功率補(bǔ)償與能量回收裝置，包括超級(jí)電容器儲(chǔ)能模組、雙向DC/DC變換器、能量管理系統(tǒng)、檢測(cè)單元和平波裝置；超級(jí)電容儲(chǔ)能模組通過雙向DC/DC變換器與發(fā)電系統(tǒng)的變頻裝置中間直流母線連接，平波裝置連接在雙向DC/DC變換器和發(fā)電系統(tǒng)的變頻裝置中間直流母線之間，用于在能量交換過程中消除尖峰脈沖；檢測(cè)單元分別連接至變頻裝置中間直流母線以及超級(jí)電容器儲(chǔ)能模組兩端，并將檢測(cè)信號(hào)傳遞給能量管理系統(tǒng)，能量管理系統(tǒng)與DC/DC變換器中的電力電子開關(guān)相連接，通過計(jì)算分析發(fā)電系統(tǒng)電壓、電流參數(shù)，控制雙向DC/DC變換器的運(yùn)行，從而控制超級(jí)電容儲(chǔ)能模和發(fā)電系統(tǒng)之間的能量交換。
[0007]進(jìn)一步地，所述雙向DC/DC變換器結(jié)構(gòu)為雙向降壓/升壓斬波電路，在升壓斬波狀態(tài)時(shí)由超級(jí)電容器儲(chǔ)能模組對(duì)外釋放能量，在降壓斬波狀態(tài)時(shí)對(duì)超級(jí)電容器儲(chǔ)能模組進(jìn)行充電。
[0008]進(jìn)一步地，所述能量管理系統(tǒng)通過對(duì)采集的發(fā)電系統(tǒng)和超級(jí)電容器儲(chǔ)能模組的電壓、電流信號(hào)與系統(tǒng)預(yù)設(shè)的指令電壓、電流信號(hào)進(jìn)行比較和分析計(jì)算，從而發(fā)出脈沖信號(hào)，控制DC/DC變換器中電力電子開關(guān)的開通或關(guān)斷。
[0009]進(jìn)一步地，所述超級(jí)電容器儲(chǔ)能模組由多個(gè)超級(jí)電容器單體串并聯(lián)組合而成。
[0010]進(jìn)一步地，所述平波裝置由平波電抗器LcU 二極管D和放電電阻Rd組成，二極管D和放電電阻Rd串聯(lián)后與平波電抗器Ld并聯(lián)。
[0011]進(jìn)一步地，所述雙向DC/DC變換器包括電感Ls、電容Cs、電子開關(guān)IGBTl、IGBT2和儲(chǔ)能電容Cd組成，在升壓運(yùn)行時(shí)，IGBT2動(dòng)作，IGBTl截止，變換器工作在boost狀態(tài)；在降壓運(yùn)行時(shí)，IGBTl動(dòng)作，IGBT2截止時(shí)，變換器工作在buck狀態(tài)。
[0012]本發(fā)明采用可快速吸收或釋放大量能量的超級(jí)電容器儲(chǔ)能裝置與燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組并網(wǎng)配合使用，在負(fù)荷突然變化時(shí)能夠短時(shí)釋放或吸收大量的能量、提供功率緩沖、保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，并能夠?qū)ω?fù)荷制動(dòng)產(chǎn)生的能量進(jìn)行回收利用，節(jié)約能耗，有效地提高了能源的利用率。
[0013]儲(chǔ)能模組通過雙向DC/DC變換器連接至發(fā)電系統(tǒng)變頻裝置的中間直流母線上，檢測(cè)單元的輸入端分別連接至變頻裝置中間直流母線以及超級(jí)電容器儲(chǔ)能模組兩端，并將檢測(cè)信號(hào)傳遞至能量管理系統(tǒng)，能量管理系統(tǒng)通過對(duì)發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行分析判斷，控制雙向DC/DC變換器的運(yùn)行，從而控制能量在儲(chǔ)能模組和發(fā)電系統(tǒng)之間的交換。通過實(shí)時(shí)能量交換，使超級(jí)電容器儲(chǔ)能模組跟隨系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)吸收或釋放能量，調(diào)節(jié)發(fā)電系統(tǒng)的功率平衡，從而保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
[0014]進(jìn)一步，超級(jí)電容器儲(chǔ)能模組由多個(gè)超級(jí)電容器單體根據(jù)儲(chǔ)備能量需求、功率需求和電壓等級(jí)需求串并聯(lián)組合而成，其具有電容量大、功率密度高、可大電流快速充放電、循環(huán)使用壽命長(zhǎng)、免維護(hù)、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等特點(diǎn)，能夠快速吸收或釋放大量能量。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖2為本發(fā)明實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖；
[0017]圖3為具體實(shí)施例一不投入本發(fā)明所述裝置的波形圖；
[0018]圖4為具體實(shí)施例一投入本發(fā)明所述裝置的波形圖；
[0019]圖5為具體實(shí)施例二不投入本發(fā)明所述裝置的波形圖；
[0020]圖6為具體實(shí)施例二投入本發(fā)明所述裝置的波形圖；
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述:
[0022]本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括超級(jí)電容器儲(chǔ)能模組、雙向DC/DC變換器、檢測(cè)單元、能量管理系統(tǒng)、平波裝置組成。超級(jí)電容器儲(chǔ)能模組由多個(gè)超級(jí)電容器單體根據(jù)儲(chǔ)備能量需求和電壓等級(jí)需求串并聯(lián)而成，其具有電容量大、功率密度高、可大電流快速充放電、循環(huán)使用壽命長(zhǎng)、免維護(hù)、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等特點(diǎn)，能夠快速吸收或釋放大量能量；儲(chǔ)能模組通過雙向DC/DC變換器連接至發(fā)電系統(tǒng)變頻裝置的中間直流母線上，檢測(cè)單元的輸入端分別連接至變頻裝置中間直流母線以及超級(jí)電容器儲(chǔ)能模組兩端，并將檢測(cè)信號(hào)輸入至能量管理系統(tǒng)，能量管理系統(tǒng)與DC/DC變換器中的電力電子開關(guān)IGBT相連接，控制IGBT的開通或關(guān)斷，控制能量在儲(chǔ)能模組和發(fā)電系統(tǒng)母線之間的流動(dòng)。平波裝置連接在雙向DC/DC變換器和發(fā)電系統(tǒng)的變頻裝置中間直流母線之間，用于在能量交換過程中消除尖峰脈沖。
[0023]雙向DC/DC變換器結(jié)構(gòu)為雙向降壓/升壓斬波電路，在升壓斬波狀態(tài)時(shí)由超級(jí)電容器儲(chǔ)能模組對(duì)外釋放能量，在降壓斬波狀態(tài)時(shí)對(duì)超級(jí)電容器儲(chǔ)能模組進(jìn)行充電。
[0024]能量管理系統(tǒng)通過對(duì)采集的發(fā)電系統(tǒng)和超級(jí)電容器儲(chǔ)能模組的電壓、電流信號(hào)與系統(tǒng)預(yù)設(shè)的指令電壓、電流信號(hào)進(jìn)行比較和分析計(jì)算，從而發(fā)出脈沖信號(hào)，控制DC/DC變換器中電力電子開關(guān)的開通或關(guān)斷。
[0025]平波裝置由平波電抗器LcU二極管D和放電電阻Rd組成，二極管D和放電電阻Rd串聯(lián)后與平波電抗器Ld并聯(lián)。
[0026]雙向DC/DC變換器包括電感Ls、電容Cs、電子開關(guān)IGBTl、IGBT2和儲(chǔ)能電容Cd組成，在升壓運(yùn)行時(shí)，IGBT2動(dòng)作，IGBTl截止，變換器工作在boost狀態(tài)；在降壓運(yùn)行時(shí)，IGBTl動(dòng)作，IGBT2截止時(shí)，變換器工作在buck狀態(tài)。
[0027]本發(fā)明的方案就是通過檢測(cè)單元實(shí)時(shí)檢測(cè)發(fā)電系統(tǒng)的電壓、電流信號(hào)以及超級(jí)電容器儲(chǔ)能模組的電壓、電流信號(hào)，將檢測(cè)信號(hào)輸送給能量管理系統(tǒng)后通過與指令電壓、電流信號(hào)進(jìn)行比較，分析發(fā)電系統(tǒng)以及超級(jí)電容器儲(chǔ)能模組的運(yùn)行狀態(tài)，判斷儲(chǔ)能裝置需要吸收能量還是對(duì)外釋放能量，并根據(jù)以上判斷輸出觸發(fā)脈沖，控制雙向DC/DC變換器的運(yùn)行，從而控制能量在發(fā)電系統(tǒng)和儲(chǔ)能模組之間的流動(dòng)，按需求吸收或釋放能量。在充放電初始時(shí)刻，平波裝置起到緩沖尖峰脈沖的作用，由平波電抗器Ld吸收突變能量，然后通過二極管D以及電阻Rd消耗掉，避免對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。
[0028]本發(fā)明實(shí)施例如圖2所示，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組通過輸配電裝備及“交-直-交變頻裝置”后驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行，本發(fā)明所述功率補(bǔ)償與能量回收裝置接入發(fā)電系統(tǒng)變頻裝置中間直流母線中。以下結(jié)合具體實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖對(duì)本發(fā)明的具體工作過程進(jìn)行描述:
[0029](I)負(fù)荷功率需求增加時(shí)
[0030]當(dāng)負(fù)荷功率波動(dòng)、功率需求增大時(shí)，變頻裝置母線電流會(huì)增加、電壓會(huì)降低，檢測(cè)單元采集中間直流母線電壓、電流信號(hào)后傳遞給能量管理系統(tǒng)，能量管理系統(tǒng)將此信號(hào)與設(shè)定的指令電壓、電流信號(hào)進(jìn)行比較，當(dāng)母線電流高于指令電流或母線電壓低于指令電壓時(shí)，能量管理系統(tǒng)通過計(jì)算分析發(fā)出脈沖信號(hào)，控制IGBTl