本发明专利技术提出一种同时具有有功功率调节和无功功率调节功能的电能装置。该装置采用多个三相全桥逆变单元通过电抗器并联方式接入电网以便增大系统输出容量；利用每个功率单元直流母线上的大电容对无功功率和瞬时变化的有功功率进行调节、或对并网处电压的低电压、三相不平衡等现象进行补偿；利用每个逆变单元直流母线上的BBU单元对装置输出或储存的稳态有功功率进行调节。该装置将有功功率调节和无功功率调节的功能集于一身，具有较强的动态调节能力，并且占地面积小，维护简单，具有比较全面的功能和突出的性价比。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于多功能电力电子装置的控制
，特别涉及一种用于三相电系 统、同时具有有功功率调节和无功功率调节功能的电能装置。
技术介绍
石化能源的瓶颈制约和生态环境恶化使得风力发电作为一种清洁能源近年来得 到了迅猛发展。由于自然界中风能是变化的，因此风力发电系统所发出的有功功率亦是波 动的。随着并入电网的风机容量不断增大，这个波动将会引起严重的电能质量问题并危害 到电网的稳定运行。因此对于风力发电系统，需要有能够进行有功功率调节、抑制电能波动 的电力装置。 另外，目前并网发电的大型风力发电机组通常采用异步发电机，而异步发电机在 向电网输送有功功率的同时，还会从电网吸收滞后的无功功率，因此整个风电场增加了对 电网无功的需求，导致电网电压的稳定性降低。此外，在电网发生大扰动或故障时，一般还 需要风力发电场具有动态无功功率支撑能力，即向电网输出无功功率，从而稳定电网电压 和频率。因此对于风力发电系统来说，还需要有能够进行无功功率调节、稳定电网电压的电 力装置。 目前在风力发电系统的实际应用中，为了提高电能质量，增强电网的稳定性和可 靠性。一般使用电能储存装置对有功功率进行调节，例如当风机发出的有功功率大于电网 所需功率时就将多余的有功存储在电池、超级电容等储能元件中；当发出的有功功率小于 电网所需功率时则将储能元件中的能量送入电网。对于无功功率的调节，现在则大多采用 并联的补偿电容器组或静止无功补偿器如SVC、SVG等无功补偿装置来实现。其中投切电 容器组（TSC)虽然在一定程度上可以实现无功补偿，但因其调节不平滑、响应速度慢并且补 偿容量受装置自身容量的限制，在实际中的补偿效果并不好。而基于电力电子逆变技术的 动态无功补偿装置，如SVC (静止无功补偿器)、STATC0M (静止同步补偿器）等，由于采用了 GTO、IGBT等大功率全控器件，不仅可以吸收还可以向电网发送无功，能够更加快速有效地 实现对无功功率的调节。但这类系统通常大部分需要隔离变压器，结构复杂，占地大，价格 尚昂。
技术实现思路
针对当前风力发电系统对电能波动调节和无功调节的需求，本专利技术的目的是提出 一种同时具有有功功率波动调节和无功功率调节功能的电能装置。该装置采用多个三相全 桥逆变单元经电抗器并连接入电网，利用每个逆变单元直流母线上的大电容对无功功率和 瞬时变化的有功功率进行调节，利用每个单元直流母线上的电池组单元BBlKBattery bank unit)对缓慢变化的有功功率进行调节。该装置将有功功率调节和无功功率调节的功能集 于一身，具有较强的动态调节能力，运行中无谐波输出，并且无需并网变压器、占地面积小、 维护简单，相较于目前风力发电系统中所使用的储能装置或无功补偿装置具有更加全面的 功能和十分突出的性价比优势。 为解决上述技术问题，本专利技术技术方案如下： 一种基于低压的有功和无功调节的电能装置，所述电能装置包括η个三相全桥逆变单 元、η个电抗器、η个断路器、η个自动开关及η个BBU单元；η个三相全桥逆变单元并联接 入电网；每个三相全桥逆变单元依次经过一个电抗器、一个电路器接入电网；每个三相全 桥逆变单元的直流母线上并联m个电容器；每个三相全桥逆变单元的直流母线上通过一个 自动开关并联接入1个BBU单元；η彡1，m彡I ;n、m均为整数；所述逆变单元的直流母线 上并联m个电容器用于无功功率调节以及吸收瞬时变化的有功功率，电容器的具体数量根 据系统的容量进行配置；BBU单元通过自动开关（K1、K2......Kn)接入直流母线，以便于BBU 单元的维护。 进一步的，每个三相全桥逆变单元由IGCT或IGBT大功率全控器件构成。 进一步的，每个BBU单元包括一个电池组和一个双向DC/DC变换器，所述电池组与 所述双向DC/DC变换器相连，根据需求和电池组的状态对电池组的充放电进行控制。 进一步的，所述电能装置依次通过总断路器及隔离开关接入电网。 进一步的，还包括控制系统，所述控制系统通过输出控制信号驱动所述三相全桥 逆变单元工作，实现系统的既有功能。 进一步的，还包括电池管理系统，所述电池管理系统和每一个BBU单元相连，用于 对BBU单元中的电池组进行监视和控制。 本专利技术与现有技术相比的有益效果是： 1)本专利技术提出的装置同时具有有功波动和无功调节、以及三相电压不平衡补偿等功 能，一机多用，相比于单独的储能装置或无功补偿装置来说，功能更为全面，性价比优势十 分明显。 2)本专利技术提出的装置能够完全替代现有的动态无功补偿装置实现对电网的无功 补偿功能，比起现有的SVC等装置来说，结构简单，占地小。 3)本专利技术提出的电能装置在对风力发电电能波动的调节中，相较于已有的储能装 置来说，由于利用了直流母线上大电容的充放电能力从而对快动态过程具有更佳的调节性 能。 4)本专利技术提出的电能装置中，储能单元BBU易于更换，这对相较于系统其他部件 寿命较短的电池组而言，维护更加容易安全。 5)本专利技术采用多个三相全桥逆变单元通过电抗器并联方式接入电网可以增大系 统输出容量，以满足系统大容量的需求。【附图说明】 图1为本专利技术所提出的电能装置的系统结构。 图2为本专利技术中涉及的BBU单元的详细结构。 图3为本专利技术有功功率和无功功率的控制框图。 图4为本专利技术的四个基本工作状况原理图。【具体实施方式】 以下结合附图对本专利技术的一种基于低压的有功和无功调节的电能装置进一步描 述。 如图1所示，本专利技术提出一种用于有功波动调节和无功调节的电能装置， 所述装置由大功率全控器件IGBT构成多个三相全桥逆变单元，每个逆变单元通过 一个电抗器并联接入电网。每个逆变单元的直流母线上并联两个大容量电解电容 _，每个逆变单元的直流母线通过一个自动开关接入一个BBU单元。BBU单元的结构如图 2所示，用一个双向DC/DC变换器对储能电池组进行充放电控制。 对于三相全桥逆变单元采用SPffM调制方法（Sinusoidal PWM)，保证输出电压的 谐波满足国家相关标准。控制系统依据瞬时无功理论分别对有功功率和无功功率进行控 制，并输出相关信号驱动三相全桥逆变单元工作。当电网发生低压、三相不平衡、以及电网 需要输入无功功率时，系统根据需要发出连续可调的感性无功或容性无功，动态地补偿电 网无功功率，稳定电网电压。在风电场输出有功功率时，装置对其输出的有功波动进行调 节：若风当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于低压的有功和无功调节的电能装置，其特征在于：所述电能装置包括n个三相全桥逆变单元、n个电抗器、n个断路器、n个自动开关及n个BBU单元；n个三相全桥逆变单元并联接入电网；每个三相全桥逆变单元依次经过一个电抗器、一个断路器接入电网；每个三相全桥逆变单元的直流母线上并联m个电容器；每个三相全桥逆变单元的直流母线上通过一个自动开关并联接入一个BBU单元；n≥1，m≥1；n、m均为整数。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：万承宽，张川，李中林，彭良平，常瑞，赖成毅，
申请(专利权)人：东方日立成都电控设备有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51
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