一种应用于新能源发电及电动汽车换电站的稳压系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种应用于新能源发电及电动汽车换电站的稳压系统。该稳压系统主要针对微电网中新能源发电的不稳定性，为了保证关键负载的稳定运行，将输入电压的波动(如±15％以上)转移到非关键负载(如电动汽车充电站)上。换电站的思想可有效解决电动汽车充电耗时的问题，本发明专利技术创新性地将新能源发电系统与电动汽车换电站联系起来，关键纽带是稳压装置，其在能保证关键负载电压稳定的同时可以实现当发电量小时减少换电站的能量供应，而当发电量多时则将多余的能量供给换电站系统，克服了可再生能源发电不稳定性的缺陷。本发明专利技术实用价值高、易于推广，在关键负载所在地(比如使用了新能源发电系统的医院等)，可以同时建立电动汽车的换电站。

【技术实现步骤摘要】
—种应用于新能源发电及电动汽车换电站的稳压系统及其控制方法
[0001 ] 本专利技术属于电网运行控制及电动汽车换电站
，涉及一种应用于新能源发电的稳压系统及其方法。
技术介绍
随着新能源发电技术的不断进步，其并网容量正逐年增大，对电力系统的影响也越来越明显，比如谐波污染、电压的波动及频率闪变等。大型电网对于电压的波动有一定的自我调节能力，而对于小型孤立的微电网来说，风能、太阳能等可再生能源发电的不稳定性，有时不能满足全部负荷的用电需求，导致电网的电压波动，这种波动会对用电设备产生不利的影响，甚至会损坏关键的用电设备。比如医院用于监控病人生命特征的医疗设备，对输入电压的要求非常严格，超范围的电压波动将会导致设备运行的不可靠，会给医生造成误判，严重时可能危及患者的生命。针对电网的关键性负载问题，目前广泛使用的技术是UPS (UninterruptiblePower System)，即不间断电源。其主要工作原理是当电网电压正常时，将输入电经稳压后供负载使用，同时给其内部蓄电池充电；当电网供电中断时，UPS立即将机内的蓄电池的电能通过逆变器转换成220V/50HZ的交流电给负载使用；停电时，UPS还可使得PWM整流器工作在逆变状态给电网输送能量，为线上其他用电器供电。但是，UPS也有值得改进的地方，t匕如:其工作状态依赖转换开关的切换，切换过程会对电网及负载产生不利影响；UPS主要针对的是电网电压中断的情形，对于电网电压上升过多的情形没有涉及太多；UPS内部的逆变器输出电压虽然可变，但一旦确定，则只有一种电压规格，假如电网里有些负载对于输入电压的波动范围非常严格，而有些负载则可以使用宽电压范围的电压输入，使用UPS必须依照严格的电压标准而将使得成本增加；更重要的是，UPS内部的蓄电池处于充电与放电的循环状态，充放电的次数越多、电流越大将大大缩短其使用寿命。本专利技术中的稳压装置能有效解决上述问题，当电网电压在一定范围内波动时，可以省去储能单元。电动汽车是当前研究的热点，其取代传统以化石燃料来获取动力的汽车也是大势所趋。因此，电动汽车的电能补充问题也随之而来。与加油站类似，电动汽车需要的是充电站。就目前的技术而言，充一次电需要耗费不少时间。就此，换电站可以有效解决充电耗时的问题。
技术实现思路
专利技术目的:针对上述现有技术，提出，能够将电网电压及其功率的波动转移到非关键负载上，从而保证关键负载上的电压稳定；同时将多余的能量供给非关键负载。技术方案:一种应用于新能源发电及电动汽车换电站的稳压系统，所述新能源发电系统输出单相交流电，所述稳压系统包含一个单相电压源型逆变器模块、一个LC低通滤波器以及隔离变压器；所述逆变器模块的交流侧连接LC低通滤波器，所述LC低通滤波器的电容C的一端与电感L相连，电容C的另一端与隔离变压器原边的一端相连，所述隔离变压器原边的另一端接地，所述隔离变压器的副边连接电动汽车换电站系统的输入端，所述新能源发电系统的输出端通过输电线路同时连接所述电感L和电容C的公共端以及关键负载的一端，所述关键负载的另一端接地，所述单相电压源型逆变器模块的直流侧输入直流电。进一步的，所述单相电压源型逆变器模块的拓扑结构是由反并联二极管的第一至第四开关管构成的单相全桥电路。作为本专利技术的优选方案，所述逆变器模块输入侧的直流电是经由PWM整流模块以及电解电容Cd。提供，所述PWM整流模块的输入端与所述新能源发电系统输出单相交流电相连，所述PWM整流模块的输出端连接逆变器模块的直流侧，电解电容Cd。并联在所述PWM整流模块的输出端。进一步的，所述PWM整流模块是由反并联二极管的第一至第四开关管构成的单相全桥电路。作为本专利技术的改进，所述逆变器模块的输入侧直流电是经由蓄电池提供。应用于新能源发电及电动汽车换电站的稳压系统的控制方法，采用电压、电流的双闭环控制，一个控制周期包括如下步骤:I)，采集关键负载的电压反馈信号VsJb，采集LC低通滤波器中电感L的电流值Ifb ; 2)，将所述VsJb与电压环中关键负载的参考正弦量Vs %作差后进行PR调节，电压环的输出i^f作为电流内环的参考值；通过向量图法计算所述\—的相位:以所述隔离变压器原边电压F50为参考相量画出相量图，所述LC低通滤波器中电容C两端电压滞后所述90度，&3与^的相量和为所述关键负载两端电压屹》定义等于所述#5乘以 (O 1.^ 1，所述&与i具、的相量和为新能源发电系统输出单相交流电的电压^;根据所述向量图，利用几何关系算出所述关键负载两端电压一5与&的相位差s ;其中，R1为新能源发电系统输出到关键负载的输电线路等效电阻，L1为新能源发电系统输出到关键负载的输电线路等效电感，Z2为关键负载的阻抗，4为经过隔离变压器原边的电流；3)，将所述iuef与电流采样值的差值经P调节器后的输出值再经限幅后作为SPWM调制波V—% ；4)，将所述V ref与三角载波WCl比较，得到所述单相电压源型逆变器模块的第一至第四开关管的驱动信号，控制逆变器模块的交流输出端输出电压的基波分量与所述?—,相位相同的交流电压；5)，当电网电压升高时，控制所述δ增大，所述电压闭环控制使得所述V μ幅度减小，所述幅度因此减小，所述匕幅度增大；当电网电压降低时的控制过程相反。有益效果:本专利技术的稳压系统中，对于本专利技术中由单相电压源型逆变器模块和LC低通滤波器构成的稳压装置，【专利技术者】提出了将非关键负载的能量充分利用并将之与电动汽车的换电站联系起来，将此能量通过变换器整形后给电动汽车的电池组充电。在关键负载所在地，比如使用了新能源发电系统的医院等，可同时建立电动汽车的换电站系统。本专利技术和现有技术相比，具有如下优点:1、可以保证关键性负载供电稳定当电网功率足以保证所有负载的供电时,关键性负载和电动汽车换电站负载均可正常工作；当电网功率减小，不足以保证全部负载供电时，可保证关键性负载供电以及电压的稳定，将电功率以及电压的波动转移到电动汽车换电站上，自动减小电动汽车换电站的供电；由图3看出，当电网电压有效值为正常值220V时，关键负载电压有效值为220V，换电站的输入电压有效值约为201V;从图4看出，当电网电压下降18.3%时，关键负载电压有效值为220V，换电站的输入电压有效值约为130V ;从图5看出，当电网电压上升20%时，关键负载电压为220V，换电站的输入电压有效值约为220V ;从如图3、图4、图5的仿真结果可以看出，当电网电压低于参考值时，稳压装置通过减少换电站的耗能来保证关键负载的稳定运行；当电网电压高于参考值时，稳压装置在保证关键负载稳定运行的同时将多余的电能转移到换电站上。既能保证关键负载的稳定运行，又能使得换电站系统协同运行，仿真结果验证了本专利技术的拓扑及控制算法的准确性。2、稳压系统可省去储能单元当电网电压在一定范围内波动时，本专利技术中的稳压装置可省去储能单元，而UPS必须接上储能单元才能正常工作。从图6(a)到图6(b)代表电网电压升高的情形；反之表示电网电压下降的情形。对比图6(a)和(b)可知，当电网电压升高时，闭环控制的输出调制波幅度减小，从而使得 稳压装置输出电压^^幅度减小、换电站的输入电压升高，这样在保证了关键负载本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于新能源发电及电动汽车换电站的稳压系统，所述新能源发电系统输出单相交流电，其特征在于，所述稳压系统包含一个单相电压源型逆变器模块、一个LC低通滤波器以及隔离变压器；所述逆变器模块的交流侧连接LC低通滤波器，所述LC低通滤波器的电容C的一端与电感L相连，电容C的另一端与隔离变压器原边的一端相连，所述隔离变压器原边的另一端接地，所述隔离变压器的副边连接电动汽车换电站系统的输入端，所述新能源发电系统的输出端通过输电线路同时连接所述电感L和电容C的公共端以及关键负载的一端，所述关键负载的另一端接地，所述单相电压源型逆变器模块的直流侧输入直流电。

【技术特征摘要】
1.一种应用于新能源发电及电动汽车换电站的稳压系统，所述新能源发电系统输出单相交流电，其特征在于，所述稳压系统包含一个单相电压源型逆变器模块、一个LC低通滤波器以及隔离变压器；所述逆变器模块的交流侧连接LC低通滤波器，所述LC低通滤波器的电容C的一端与电感L相连，电容C的另一端与隔离变压器原边的一端相连，所述隔离变压器原边的另一端接地，所述隔离变压器的副边连接电动汽车换电站系统的输入端，所述新能源发电系统的输出端通过输电线路同时连接所述电感L和电容C的公共端以及关键负载的一端，所述关键负载的另一端接地，所述单相电压源型逆变器模块的直流侧输入直流电。2.根据权利要求1所述一种应用于新能源发电及电动汽车换电站的稳压系统，其特征在于，所述单相电压源型逆变器模块的拓扑结构是由反并联二极管的第一至第四开关管构成的单相全桥电路。3.根据权利要求1所述一种应用于新能源发电及电动汽车换电站的稳压系统，其特征在于，所述逆变器模块输入侧的直流电是经由PWM整流模块以及电解电容Cd。提供，所述PWM整流模块的输入端与所述新能源发电系统输出单相交流电相连，所述PWM整流模块的输出端连接逆变器模块的直流侧，电解电容Cd。并联在所述PWM整流模块的输出端。4.根据权利要求3所述一种应用于新能源发电及电动汽车换电站的稳压系统，其特征在于，所述PWM整流模块是由反并联二极管的第一至第四开关管构成的单相全桥电路。5.根据权利要求1所述一种应用于新能源发电及电动汽车换电站的稳压系统，其特征在于，所述逆变器模块的输入侧直流电是经由蓄电池提供。6.基于权利要求2所述的应用于新能源发电及电动汽车换电站的...

【专利技术属性】
技术研发人员：程明，王青松，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32