一种基于储能模块和逆变器供电的线路电压补偿系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于储能模块和逆变器供电的线路电压补偿系统。该系统包括：补偿逆变器模块，补偿变压器，储能与变换模块以及集成控制通讯模块。本发明专利技术通过补偿逆变器模块产生幅值、相位可控的电压，注入至输电线路中实现全相电压补偿。本发明专利技术与具有无功、谐波、三相不平衡补偿功能的SVG装置结合使用，可以实现配电线路的电压和电能质量综合补偿，有效延伸供电半径；本发明专利技术针对限制可控串联补偿装置广泛应用的直流侧能量来源问题设计了储能与变换模块并联至供电线路中，不仅能够实现电网峰谷负荷平衡的调节，还能够作为补偿逆变器模块的能量提取电路，为电压补偿过程提供稳定充足的能量来源支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种基于储能模块和逆变器供电的线路电压补偿系统
本专利技术涉及供电或配电领域，特别是涉及一种基于储能模块和逆变器供电的线路电压补偿系统。
技术介绍
负荷分散地区的电网建设经济效益差、投入产出比低是全世界电网公司普遍面对的问题，如何以较经济的方式为负荷分散地区的人口提供适合的供电服务，成为世界性的热点议题。随着中国内蒙古、甘肃、新疆以及沿海新能源电场的逐步开发建设，风电、光伏发电已成为社会提倡的一种新型环保能源供给方案，但因新能源电力自身的波动性、间歇性和电网的消纳能力，导致分布式发电系统的实际应用受限和“弃风弃光”现象发生。电力用户的生活习惯导致负荷功率波动较大，存在陡升陡降现象，负荷分散、电力传输距离长更容易出现线路末端供电电压偏低、电能质量不合格等问题，而目前已投入应用的以改善配网电压质量为目的可有效延伸供电半径的高性能先进设备较少且效果欠佳，因此亟需通过技术手段来经济有效地延伸负荷稀疏地区供电服务半径。电压跌落是造成负荷分散地区造成供电半径受限的根本原因之一，因此通过技术手段改善配网电压质量问题是有效延伸供电半径的关键技术之一。随着电力电子技术的高速发展，可控串并联补偿装置成为了研究与应用领域的热点。基于有源逆变原理，通过电力电子变换器向电网注入幅值、相位可控的电压是实现电压补偿主要方式之一，但此方式必然需要有大量的能量来源支撑，尤其是在负荷分散的供配电网络中，负荷高峰时段负荷所需电流大，电压跌落严重且持续时间较长，若想实现补偿性能最优的全相电压补偿(也称完全电压补偿)，即希望其与未发生跌落前电压一致，需要大量的能量支撑，仅依靠直流侧电容的容量并不足以支撑，且所需容量越大设备的制造和运行费用越高，因此现阶段大部分的可控串并联补偿设备其直流侧能量来源仍然是限制其大规模应用的关键问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供了一种基于储能模块和逆变器供电的线路电压补偿系统，用以解决电压补偿过程中能量需求大的问题，同时具有负荷峰谷平衡的调节的功能。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种基于储能模块和逆变器供电的线路电压补偿系统，包括：补偿逆变器模块，补偿变压器，储能与变换模块以及集成控制通讯模块；补偿逆变器模块通过闭环控制产生幅值和相位可控的补偿电压并输出至所述补偿变压器的一次侧绕组；所述补偿变压器的二次侧绕组串联于供电线路中，所述补偿变压器的一次侧绕组与所述补偿逆变器模块的交流侧输出端相连，所述补偿变压器用于将所述补偿电压耦合至供电线路中，实现电压补偿；所述储能与变换模块并联于供电线路中，所述储能与变换模块的直流输出端口与所述补偿逆变器模块的直流侧输入端相连，用于为所述补偿逆变器模块提供能量来源以及实现电网峰谷平衡调节；所述集成控制通讯模块与供电线路、所述补偿逆变器模块以及所述储能与变换模块相连，用于检测以及处理供电线路的电压电流信息，并输出至所述补偿逆变器模块和所述储能与变换模块中，同时实现所述补偿逆变器模块和储能与变换模块之间的通讯。可选的，所述补偿逆变器模块包括：电压发生器和第一控制单元；所述第一控制单元分别与所述电压发生器以及所述集成控制通讯模块连接，用于根据所述集成控制通讯模块输出的供电线路电压电流信息以及所述储能与变换模块的运行状态信息确定所述补偿逆变器模块的工作状态，生成第一通断控制信号输出至所述电压发生器。所述电压发生器的交流侧输出端与所述补偿变压器的一次侧绕组相连，所述电压发生器的直流侧输入端与所述储能与变换模块的直流输出端口相连，用于根据所述第一通断控制信号完成直流-交流电能的变换，产生补偿所需电压输出至所述补偿变压器的一次侧绕组。可选的，所述电压发生器采用三相逆变电路。可选的，所述电压发生器采用直流输入端含DC/DC变换电路的三相逆变电路。可选的，所述储能与变换模块包括：并网变流器、蓄电池单元、DC/AC变换器、DC/DC变换器、直流母线以及第二控制单元；所述并网变流器采用双向DC/AC变换器电路拓扑，所述并网变流器的交流侧经电抗器并联至所述供电线路中，所述并网变流器直流侧接至所述直流母线上，所述并网变流器用于实现所述储能与变换模块与所述供电线路之间能量的双向流动；所述蓄电池单元的直流输出端接至所述直流母线上，当电网处于低谷时段吸收存储电网电能，当电网处于高峰时段或需要电压补偿时释放所存储的电能；所述DC/AC变换器的直流侧接至所述直流母线上，所述DC/AC变换器的交流侧与风电接入端子相连，用于接入风力发电机组所产生的交流电能；所述DC/DC变换器的一对直流端子接至所述直流母线上，所述DC/DC变换器的另一对直流端子与光伏接入端子相连，用于接入光伏发电设备所产生的直流电能；所述直流母线与所述储能与变换模块的直流输出端口相连，用于实现储能与变换模块内部的能量流动，并通过所述储能与变换模块的直流输出端口输出直流电能供给所述补偿逆变器模块；所述第二控制单元分别与所述并网变流器、所述蓄电池单元、所述DC/AC变换器、所述DC/DC变换器、所述直流母线以及所述集成控制通讯模块连接，用于根据所述集成控制通讯模块输出的供电线路电压电流信息、补偿逆变器模块的运行状态信息、蓄电池单元的状态信息以及直流母线的电压信息确定所述储能与变换模块的工作状态，生成第二通断控制信号并输出至所述并网变流器、所述蓄电池单元、所述DC/AC变换器以及所述DC/DC变换器进行通断控制。可选的，所述蓄电池单元采用直流输出端含双向直流变换器的电池组及其管理子单元；或者所述蓄电池单元采用不含双向直流变换器的电池组及其管理子单元。可选的，当电网处于负荷低谷时段，所述储能与变换模块工作于充电状态，视为负荷接收电网的电能并进行存储；当电网处于负荷高峰时段，所述储能与变换模块工作于外部放电状态，视为电流源向电网馈电，提供电网高峰时段所需电能；当线路电压需要补偿时，所述储能与变换模块工作于内部放电状态，通过直流输出端口为所述补偿逆变器模块提供能量来源。可选的，所述储能与变换模块的工作状态，包括：充电状态、外部放电状态和内部放电状态；充电状态：所述蓄电池单元工作于充电状态，存储电能，所述并网变流器工作于整流状态，用于接收电网电流，此时所述直流母线上能量流动方向为从所述直流母线流入所述蓄电池单元中；外部放电状态：所述蓄电池单元工作于放电状态，释放电能，所述并网变流器工作于逆变状态，用于向电网注入电流，此时所述直流母线上能量流动方向为从蓄电池单元流出至所述直流母线上，最后注入电网；内部放电状态：所述蓄电池单元工作于放电状态，释放电能，此时所述直流母线上能量流动方向为从所述蓄电池单元流出至所述直流母线上，通过直流输出端口为所述补偿逆变器模块提供能量来源。可选的，所述储能与变换模块的工作状态为内部放电状态时，当所述蓄电池单元剩余电能与新能源接入的电能之和足以提供所述补偿逆变器模块所需能量，则所述并网变流器不工作于整流状态，由所述蓄电池单元与新能源端口提供补偿所需能量；...

【技术保护点】
1.一种基于储能模块和逆变器供电的线路电压补偿系统，其特征在于，包括：补偿逆变器模块，补偿变压器，储能与变换模块以及集成控制通讯模块；/n补偿逆变器模块通过闭环控制产生幅值和相位可控的补偿电压并输出至所述补偿变压器的一次侧绕组；/n所述补偿变压器的二次侧绕组串联于供电线路中，所述补偿变压器的一次侧绕组与所述补偿逆变器模块的交流侧输出端相连，所述补偿变压器用于将所述补偿电压耦合至供电线路中，实现电压补偿；/n所述储能与变换模块并联于供电线路中，所述储能与变换模块的直流输出端口与所述补偿逆变器模块的直流侧输入端相连，用于为所述补偿逆变器模块提供能量来源以及实现电网峰谷平衡调节；/n所述集成控制通讯模块与供电线路、所述补偿逆变器模块以及所述储能与变换模块相连，用于检测以及处理供电线路的电压电流信息，并输出至所述补偿逆变器模块和所述储能与变换模块中，同时实现所述补偿逆变器模块和储能与变换模块之间的通讯。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于储能模块和逆变器供电的线路电压补偿系统，其特征在于，包括：补偿逆变器模块，补偿变压器，储能与变换模块以及集成控制通讯模块；
补偿逆变器模块通过闭环控制产生幅值和相位可控的补偿电压并输出至所述补偿变压器的一次侧绕组；
所述补偿变压器的二次侧绕组串联于供电线路中，所述补偿变压器的一次侧绕组与所述补偿逆变器模块的交流侧输出端相连，所述补偿变压器用于将所述补偿电压耦合至供电线路中，实现电压补偿；
所述储能与变换模块并联于供电线路中，所述储能与变换模块的直流输出端口与所述补偿逆变器模块的直流侧输入端相连，用于为所述补偿逆变器模块提供能量来源以及实现电网峰谷平衡调节；
所述集成控制通讯模块与供电线路、所述补偿逆变器模块以及所述储能与变换模块相连，用于检测以及处理供电线路的电压电流信息，并输出至所述补偿逆变器模块和所述储能与变换模块中，同时实现所述补偿逆变器模块和储能与变换模块之间的通讯。


2.根据权利要求1所述的基于储能模块和逆变器供电的线路电压补偿系统，其特征在于，所述补偿逆变器模块包括：电压发生器和第一控制单元；
所述第一控制单元分别与所述电压发生器以及所述集成控制通讯模块连接，用于根据所述集成控制通讯模块输出的供电线路电压电流信息以及所述储能与变换模块的运行状态信息确定所述补偿逆变器模块的工作状态，生成第一通断控制信号输出至所述电压发生器。
所述电压发生器的交流侧输出端与所述补偿变压器的一次侧绕组相连，所述电压发生器的直流侧输入端与所述储能与变换模块的直流输出端口相连，用于根据所述第一通断控制信号完成直流-交流电能的变换，产生补偿所需电压输出至所述补偿变压器的一次侧绕组。


3.根据权利要求2所述的基于储能模块和逆变器供电的线路电压补偿系统，其特征在于，所述电压发生器采用三相逆变电路。


4.根据权利要求2所述的基于储能模块和逆变器供电的线路电压补偿系统，其特征在于，所述电压发生器采用直流输入端含DC/DC变换电路的三相逆变电路。


5.根据权利要求1所述的基于储能模块和逆变器供电的线路电压补偿系统，其特征在于，所述储能与变换模块包括：并网变流器、蓄电池单元、DC/AC变换器、DC/DC变换器、直流母线以及第二控制单元；
所述并网变流器采用双向DC/AC变换器电路拓扑，所述并网变流器的交流侧经电抗器并联至所述供电线路中，所述并网变流器直流侧接至所述直流母线上，所述并网变流器用于实现所述储能与变换模块与所述供电线路之间能量的双向流动；
所述蓄电池单元的直流输出端接至所述直流母线上，当电网处于低谷时段吸收存储电网电能，当电网处于高峰时段或需要电压补偿时释放所存储的电能；
所述DC/AC变换器的直流侧接至所述直流母线上，所述DC/AC变换器的交流侧与风电接入端子相连，用于接入风力发电机组所产生的交流电能；
所述DC/DC变换器的一对直流端子接至所述直流母线上，所述DC/DC变换器的另一对直流端子与光伏接入端子相连，用于接入光伏发电设备所产生的直流电能；
所述直流母线与所述储能与变换模块的直流输出端口相连，用于实现储能与变换模块内部的能量流动，并通过所述储能与变换模块的直流输出端口输出直流电能供给所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐国卿，武慧莉，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31