一种快速双向切换的电能补充管理装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种快速双向切换的电能补充管理装置和方法，双向DC-DC分系统中电压低的DC端与储能装置相连、电压高的DC端通过直流母线与双向DC-AC分系统的DC端相连，双向DC-AC分系统的中的AC端接入三相交流线路，控制开关设置在局域电网接入三相交流线路之前；主控系统连接两个分系统和控制开关；主控系统在待机状态下，此时向两分系统发送开机指令；主控系统在启动状态下，向两分系统发送启动指令；主控系统在自动运行状态下，按照设定流程自动发送相关指令引导两分系统进入目标工作状态，并根据三相交流电压的状态控制两分系统间的切换。本发明专利技术取消充电器使用，简化了系统配置。而且增加主控系统，在运行中可快速切换工作状态，加快两个分系统之间的协调。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电能管理
，具体涉及。
技术介绍
电能系统通常包括发电系统、输电系统、配电系统和用电系统，构成电网。通过用电终端，将电能传递到用户。在小容量局域电网中，一方面，发电系统中，无论是传统的水力发电，还是新兴起的新能源发电，例如风力发电、光伏发电等方式，瞬时发电量受自然条件限制产生波动，无 法维持恒定；另一方面，用电设备(即系统中的负载)可能因某种原因会产生调整，也会造成系统波动。由于电网存在惯性，难以快速响应负载变化，无法瞬时对输出的电能进行调整，很可能造成用电设备上的电能品质下降，小容量局域电网因容量有限，造成调整能力弱，在严重时甚至可能造成局域电网内停电。为了避免上述情况的发生，小容量局域电网中需要配置储能装置，当小容量局域电网不能正常为用电设备供电时，储能装置通过吸收或释放电能来实现调节。通常配置蓄电池或蓄电池组作为储能装置。由于蓄电池或蓄电池组提供直流电，为了将其连接到通用的三相交流电网中，还需要配合使用DC-AC系统。根据蓄电池或蓄电池组与交流端电压的情况，现有的DC-AC系统的DC端有两种连接方式，一种是配合使用DC-DC系统(如图I (a)所示)，另一种是不使用DC-DC系统，直接与蓄电池或蓄电池组(以下统称蓄电池组)连接(如图I (b)所示)。使用DC-DC系统的，其DC端电压更加稳定，且通常能够选择更适合系统的DC端电压。对于精度有要求的系统，通常选用配合使用DC-DC系统与DC-AC系统，从而形成一个瞬时电能补充管理装置。实际使用时，还需要考虑蓄电池或蓄电池组的充电问题。传统的瞬时电能补充管理装置为了简化系统管理，采用额外配置蓄电池(组)充电器的方法来为蓄电池(组)充电，如图2 (b)所示。对于图2 (b)示出的系统结构，DC-DC系统和DC-AC系统这两个分系统分别采用各自的控制器实现协同工作，在工作时，只能够通过先启动一个分系统，由另一个分系统检测DC端电压来达到自动配置工作状态的目的，无法实现在运行中更换工作状态的效果。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术一种快速双向切换的电能补充管理方案，该方案将DC-DC系统与DC-AC系统配置为双向DC-DC分系统和双向DC-AC分系统，当负载需要能量时，储能装置放电，当电网上有多余能量时，可以向储能装置充电，从而取消充电器使用，简化了系统配置。而且本专利技术增加主控系统，在运行中可以快速切换工作状态，加快两个分系统之间的协调。为解决上述技术问题，本专利技术具体方法如下一种快速双向切换的电能补充管理装置，该电能补充管理装置连接在局域电网向用电设备负载供电的三相交流线路上；该装置包括储能装置、双向DC-DC分系统、双向DC-AC分系统、主控系统和控制开关；所述储能装置可充电和放电；双向DC-DC分系统中电压低的DC端与储能装置相连，双向DC-DC分系统中电压高的DC端通过直流母线与双向DC-AC分系统的DC端相连，双向DC-AC分系统的中的AC端接入所述三相交流线路，控制开关设置在局域电网接入所述三相交流线路之前；主控系统连接双向DC-DC分系统、双向DC-AC分系统和控制开关；双向DC-DC分系统包含待机状态、启动状态、高端电压稳定状态、充电状态；其中，双向DC-DC分系统的待机状态双向DC-DC分系统接收到主控系统发送的开机指令后，双向DC-DC分系统的控制部分启动，完成与主控系统的通讯握手，功率部分等待启动； 双向DC-DC分系统的启动状态双向DC-DC分系统接收到主控系统发送的启动指令后，完成设定的变量初始化，准备进入高端电压稳定状态或充电状态；高端电压稳定状态双向DC-DC分系统接收到主控系统发送的高端电压稳定指令后，进入高端电压稳定状态，把储能装置的电能转换为稳定的高端电压；充电状态双向DC-DC分系统接收到主控系统发送的充电指令后，进入充电状态，利用高端电压给储能装置充电；双向DC-AC分系统包含待机状态、启动状态、直流稳定状态、电流源逆变状态、电压源逆变状态、准同期调整状态；其中，双向DC-AC分系统的待机状态双向DC-AC分系统接收到主控系统发送的开机指令后，双向DC-AC分系统的控制部分启动，完成与主控系统的通讯握手，功率部分等待启动；双向DC-AC分系统的启动状态双向DC-AC分系统接收到主控系统发送的启动指令后，完成设定的变量初始化，准备进入直流稳定状态、电流源逆变状态或电压源逆变状态；直流稳定状态双向DC-AC分系统接收到主控系统发送的直流稳定指令后，进入直流稳定状态，把三相交流转换为稳定的直流电压；电流源逆变状态双向DC-AC分系统接收到主控系统发送的电流源逆变指令后，进入电流源逆变状态；此时双向DC-AC分系统作为恒流源，将要求的输出功率换算成电流目标值，把稳定的直流电压转换为符合电流目标值的三相交流输出；电压源逆变状态双向DC-AC分系统接收到主控系统发送的电压源逆变指令后，进入电压源逆变状态；此时双向DC-AC分系统作为恒压源，将要求的输出功率换算成电压目标值，把稳定的直流电压转换为符合电压目标值的三相交流输出；准同期调整状态双向DC-AC分系统在电压源逆变状态，接收到主控系统发送的准同期合闸指令后，根据目标的三相交流电压，调节现有的三相交流电压的频率、相位、电压，即实现准同期调整，二者偏差满足设定的允差时，进入电流源逆变状态，并通知主控系统将局域电网与用电设备负载之间的控制开关闭合；双向DC-DC分系统和双向DC-AC分系统还将采集的端电压、端电流信息发送给主控系统；主控系统包含待机状态、启动状态、自动运行状态和充电状态；主控系统的功能包括为1)主控系统接收到来自外部的待机命令后，进入待机状态，此时向双向DC-DC分系统和双向DC-AC分系统发送开机指令，完成与双向DC-DC分系统、双向DC-AC分系统的通讯握手；2)主控系统接收到来自外部的启动命令后，进入启动状态，此时向双向DC-DC分系统、双向DC-AC分系统发送启动指令；3)主控系统接收到来自外部的运行指令后，进入自动运行状态，此时，主控系统按照设定流程自动发送相关指令引导双向DC-DC分系统、双向DC-AC分系统进入目标工作状态；所述目标工作状态包含电能补充状态、电压支撑状态、准同期并网状态和充电状态；所述设定流程包括控制开关初始是闭合的，主控系统判断三相交流电压当前值与目标值之间的差异，如果差异在允许范围内，则进入电能补充状态，即保持局域电网向用电设备负载供电，通过发送相关指令使得双向DC-DC分系统工作在高压稳定状态、双向DC-AC分系统工作在电流源逆变状态，且控制双向DC-DC分系统和双向DC-AC分系统调整自身输出以补偿所述的差异； 如果差异在允许范围之外，则进入电压支撑状态，即通过控制开关的设定切断局域电网与用电设备负载之间的连接，转由该电能补充管理装置向用电设备负载供电，此时通过发送相关指令使得双向DC-DC分系统工作在高压稳定状态、双向DC-AC分系统工作在电压源逆变状态；当主控系统工作在电压支撑状态时，如果局域电网恢复正常，请求切回局域电网向用电设备负载供电，则主控系统进入准同期并网状态此时，主控系统通过发送相关指令使得双向DC-DC分系统保持在高压稳定状态、双向DC-AC分系统工作在准同期调整状态；准同期调整状态完本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速双向切换的电能补充管理装置，该电能补充管理装置连接在局域电网向用电设备负载供电的三相交流线路上；其特征在于，该装置包括储能装置、双向DC？DC分系统、双向DC？AC分系统、主控系统和控制开关；所述储能装置可充电和放电；双向DC？DC分系统中电压低的DC端与储能装置相连，双向DC？DC分系统中电压高的DC端通过直流母线与双向DC？AC分系统的DC端相连，双向DC？AC分系统的中的AC端接入所述三相交流线路，控制开关设置在局域电网接入所述三相交流线路之前；主控系统连接双向DC？DC分系统、双向DC？AC分系统和控制开关；双向DC？DC分系统包含待机状态、启动状态、高端电压稳定状态、充电状态；其中，双向DC？DC分系统的待机状态：双向DC？DC分系统接收到主控系统发送的开机指令后，双向DC？DC分系统的控制部分启动，完成与主控系统的通讯握手，功率部分等待启动；双向DC？DC分系统的启动状态：双向DC？DC分系统接收到主控系统发送的启动指令后，完成设定的变量初始化，准备进入高端电压稳定状态或充电状态；高端电压稳定状态：双向DC？DC分系统接收到主控系统发送的高端电压稳定指令后，进入高端电压稳定状态，把储能装置的电能转换为稳定的高端电压；充电状态：双向DC？DC分系统接收到主控系统发送的充电指令后，进入充电状态，利用高端电压给储能装置充电；双向DC？AC分系统包含待机状态、启动状态、直流稳定状态、电流源逆变状态、电压源逆变状态、准同期调整状态；其中，双向DC？AC分系统的待机状态：双向DC？AC分系统接收到主控系统发送的开机指令后，双向DC？AC分系统的控制部分启动，完成与主控系统的通讯握手，功率部分等待启动；双向DC？AC分系统的启动状态：双向DC？AC分系统接收到主控系统发送的启动指令后，完成设定的变量初始化，准备进入直流稳定状态、电流源逆变状态或电压源逆变状态；直流稳定状态：双向DC？AC分系统接收到主控系统发送的直流稳定指令后，进入直流稳定状态，把三相交流转换为稳定的直流电压；电流源逆变状态：双向DC？AC分系统接收到主控系统发送的电流源逆变指令后，进入电流源逆变状态；此时双向DC？AC分系统作为恒流源，将要求的输出功率换算成电流目标值，把稳定的直流电压转换为符合电流目标值的三相交流输出；电压源逆变状态：双向DC？AC分系统接收到主控系统发送的电压源逆变指令后，进入电压源逆变状态；此时双向DC？AC分系统作为恒压源，将要求的输出功率换算成电压目标值，把稳定的直流电压转换为符合电压目标值的三相交流输出；准同期调整状态：双向DC？AC分系统在电压源逆变状态，接收到主控系统发送的准同期合闸指令后，根据目标的三相交流电压，调节现有的三相交流电压的频率、相位、电压，即实现准同期调整，二者偏差满足设定的允差时，进入电流源逆变状态，并通知主控系统将局域电网与用电设备负载之间的控制开关闭合；双向DC？DC分系统和双向DC？AC分系统还将采集的端电压、端电流信息发送给主控系统；主控系统包含待机状态、启动状态、自动运行状态和充电状态；主控系统的功能包括为：1）主控系统接收到来自外部的待机命令后，进入待机状态，此时向双向DC？DC分系统和双向DC？AC分系统发送开机指令，完成与双向DC？DC分系统、双向DC？AC分系统的通讯握手；2）主控系统接收到来自外部的启动命令后，进入启动状态，此时向双向DC？DC分系统、双向DC？AC分系统发送启动指令；3）主控系统接收到来自外部的运行指令后，进入自动运行状态，此时，主控系统按照设定流程自动发送相关指令引导双向DC？DC分系统、双向DC？AC分系统进入目标工作状态；所述目标工作状态包含电能补充状态、电压支撑状态、准同期并网状态和充电状态；所述设定流程包括：控制开关初始是闭合的，主控系统判断三相交流电压当前值与目标值之间的差异，如果差异在允许范围内，则进入电能补充状态，即保持局域电网向用电设备负载供电，通过发送相关指令使得双向DC？DC分系统工作在高压稳定状态、双向DC？AC分系统工作在电流源逆变状态，且控制双向DC？DC分系统和双向DC？AC分系统调整自身输出以补偿所述的差异；如果差异在允许范围之外，则进入电压支撑状态，即通过控制开关的设定切断局域电网与用电设备负载之间的连接，转由该电能补充管理装置向用电设备负载供电，此时通过发送相关指令使得双向DC？DC分系统工作在高压稳定状态、双向DC？AC分系统工作在电压源逆变状态；当主控系统工作在电压支撑状态时，如果局域电网恢复正常，请求切回局域电网向用电设备负载供...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张花，俞凯，霍雪娇，朱明星，李一凡，张倩倩，
申请(专利权)人：北京动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：