专利名称：独立式电能存储系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种独立式电能存储系统。
背景技术：
电网系统在供电过程中，存在电网负荷高峰和低谷的现象。用电负荷是一个不断变动的量，对一个地区而言，负荷变化的特性主要取决于用电行业结构、地域、季节变化、经济发展和生活水平等因素。用电负荷在时间上的不均衡性使得某一时段用电较多，某一时段用电较少，这就形成了用电高峰负荷与低谷负荷。峰谷差愈大，电网运行愈不经济。从某地区电网冬季、夏季典型日负荷曲线中可看出，用电日负荷一般有早、中、晚三个高峰，其中晚峰是由于照明及居民生活用电叠加而成，而商业、生活用电和单班制生产工厂深夜用电的减少形成了低谷。电力供应的持续性，是满足人们幸福生活的基本保证。目前，由于各地供电设备的供电能力有限，而又加上用电负荷分为高峰段和低谷段，使得各地出现时段性的缺电现象。尤其是每年的冬夏两季，用电负荷的增加造成电力供应严重不足。供电部门只有采用拉闸限电控制用电，但这显然给人民生活和工业生产带来了不利的影响。这种用电负荷的峰谷差对电网造成了巨大的影响，会导致电压不稳、损耗加大。高峰与低谷用电严重不平衡，既存在供电不足，也存在用电量不足的问题。现有技术中，电网管理规划部门常常采用建设蓄能水库和蓄能电站的方式进行调节，但是这种方式具有投资巨大、占用大片水面耕地和建设周期较长等缺点，特别是在人口密集的大中城市无法实现。
实用新型内容本实用新型是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种独立式电能存储系统，以实现调节电网峰谷平衡的目的。本实用新型为解决技术问题采用以下技术方案。独立式电能存储系统，其结构特点是，包括蓄电池、双向变流器UC、变压器T、配电开关K ；所述变压器T通过配电开关K接在交流电网的相线L上，所述蓄电池CG通过双向变流器UC与所述变压器T相连接。本实用新型的独立式电能存储系统的结构特点也在于所述双向变流器UC包括电感线圈Lr、电感线圈Ls、电感线圈Lt、半桥逆变电路、电容C和可变电阻Rd ；三相交流电的三相输入eR、eS和eT分别通过电感线圈Lr、电感线圈Ls、电感线圈Lt与半桥逆变电路的上下桥臂之间相连接，电容C和可变电阻Rd均与半桥逆变电路相并联。与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在采用智能型双向变流器UC，实现双向变流控制来调节电网系统的平衡，在用户用电量处于低谷区段时，给蓄电池进行充电，储存能量，此时电价为最低价；在用户用电量处于高峰区段时，蓄电池储存的电量释放出来，此时电价为最高价。本实用新型的独立式电能存储系统，运行可靠、维修简单、污染物排放低、利于环境保护，节约了用电成本，提高了电力系统稳定性。
[0012]图1为本实用新型的独立式电能存储系统的结构示意图。[0013]图2为本实用新型的独立式电能存储系统的双向变流器UC的主电路拓扑图。[0014]图3为双向变流器UC控制过程等效图。[0015]图4为双向变流器UC工作在顺变状态下的相量图。[0016]图5为双向变流器UC工作在逆变状态下的相量图。[0017]以下通过具体实施方式
，并结合附图对本实用新型作进一步说明。
具体实施方式
[0018]参见图1和图2，独立式电能存储系统，包括蓄电池、双向变流器UC、变压器T、配电开关K ；所述变压器T通过配电开关K接在交流电网的相线L上，所述蓄电池CG通过双向变流器UC与所述变压器T相连接。[0019]双向变流器UC在电网正常供电时，被用作整流充电器，将电网交流电转换为直流电向蓄电池充电储能；当电网断电或供电异常时，双向变流器UC被用作逆变器，将蓄电池储存电能转换输出交流电到变压器T到配电输出，给用户使用或并网发电。通过双向变流器UC实现充电和供电的转换，可在供电低谷时由市电电网向蓄电池充电，将电能存储起来，并在供电高峰时将蓄电池所存储的电能释放，并通过双向变流器UC转换为交流电，以弥补电网电量的不足，从而调配电网高峰和低谷的电量，实现调节电网峰谷平衡的目的，提高了电力系统稳定性。[0020]所述双向变流器UC包括电感线圈Lr、电感线圈Ls、电感线圈Lt、半桥逆变电路、电容C和可变电阻Rd ；三相交流电的三相输入eR、eS和eT分别通过电感线圈Lr、电感线圈 Ls、电感线圈Lt与半桥逆变电路的上下桥臂之间相连接，电容C和可变电阻Rd均与半桥逆变电路相并联。[0021]如图1所示，双向变流器UC在电网正常供电时，被用作整流充电器，将电网交流电转换为直流电向蓄电池充电储能；当电网断电或供电异常时，双向变流器UC被用作逆变器，将蓄电池储存电能转换输出交流电到变压器T到配电输出，给用户使用或并网发电。[0022]双向变流器UC，主要由恒流充放电及变流两大部分组成，恒流充/放电部分控制电池的充放电电流并实现恒流充放电，变流部分在放电时作为蓄电池放电的可变负载，并把放电能量逆变回馈电网，同时根据放电电流的大小改变负载的大小，而在充电时，电网的正弦交流电经SPWM(Sinusoidal PWM，正弦脉宽调制)整流滤波后，对蓄电池充电，同时根据充电电流大小调节SPWM控制的占空比。[0023]系统的控制目标是使系统能双向运行，并且蓄电池的充、放电过程能按照规定的曲线进行。系统在充电时处于整流模式，电网侧电流为正弦波且功率因数为1，电能从电网流向蓄电池；系统在放电时处于逆变模式，电网侧电流为正弦波且功率因数为“-1”，此时电能从蓄电池流向电网。[0024]图2为双向变流器UC的主电路拓扑图[0025]如图所示具体工作原理变换过程如下充电过程相当于三相可控整流电路，功率管控制的一个周期分为6段，每段为60度，每一段中导通的功率管及输出整流电压情况如下I =VU V6导通，整流输出电压为UE .S .= UE .-US ‘ ；II =VU V2 导通，整流输出电压为 UK .T .= UE .-UT ‘ ；III :V3、V2 导通，整流输出电压为Us .T .= Us .-UT .;IV :V3、V4导通，整流输出电压为Us .E .= Us .-UE ‘ ；V :V5、V4导通，整流输出电压为Ut .e .= UT .-UE .;VI :V5、V6导通，整流输出电压为Ut ‘s .= UT .-Us .。如此循环，输出稳定的直流电压，为蓄电池CG充电。放电过程相当于三相桥式逆变电路，主电路由6个IGBT和6个二极管组成，Vl和V2在同一桥臂上，V3和V4在同一桥臂，V5和V6在同一桥臂。当1和4通时，Ue .s .= Ud,当3禾口 2通时，Uk .s .= -Ud，当1禾口 3或2禾口 4通时，Uk .s .= 0。输出线电压P丽波由士Ud和0三种电平构成负载相电压PWM波由(士2/3)Ud，(士 l/3)Ud和0共5种电平组成。通过DSP控制功率管的导通，得到稳定的三相正弦波，并入电网或为用户负载供电。如图3为双向变流器UC的R相控制过程等效图，图中tlR为蓄电池内阻电压，&相当于电网电压。通过改变双向逆变器输出电压tiR，改变输出电流iR，当电流iR与电网电压^r方向一致时，系统处于充电状态；当电流向与电网电压色]^相反时，系统处于逆变状态，
re>R' κ为系统等效内阻，各参数之间的对应关系为/ = Ir-^r
kr+r r图4为双向变流器UC工作在顺变状态下的相量图，用户用电量处于低谷区段，双向变流器UC为整流过程，给蓄电池充电，储存能量。图中相量Ur落后于相量Er，落后的角度为α。图中α为Er和to的夹角，φ为Ir和Er的夹角，可以看出改变to和α的大小，可以实现功率因数为1，电流超前电源电压，图4的Δ0ΑΒ必须是直角，这时三相交流电源向负载输出能量同时整流向蓄电池充电，在相量Er、相量Ur和相量Ux构成的Δ OAB中，有Er=Ur+Ux 成立。图5为双向变流器UC工作在逆变状态下的相量图，用户用电量处于高峰区段，双向变换器UC为逆变过程，将蓄电池的能量反馈到电网。图中α为Er和to的夹角，φ为Ir和Er的夹角，可以看出改变to和α的大小，可以实现功率因数为1，电流滞后电源电压，实现逆变状态将蓄电池的电量回馈至电网。在由相量Erjr和Ux构成的Δ OAH中，同样有Er = to+Ux成立，但α为超前角。本实用新型的独立式电能存储系统，在供电低谷时段，电网电量富裕，电压偏高，由配电开关K接通电网供电，通过双向变流器UC向蓄电池充电，将富裕电量吸收存储；在供电高峰时段，电网电量严重不足，电压偏低，双向变流器UC将蓄电池存储的电能，通过隔离变压器T向配电开关K输出电量，为工商企业和居民住宅提供稳定的电能，可在工厂、企业、矿山、机关和居民住宅等环境分别设置，形成分布式储能电源系统，设计人工控制型或智能控制型。在电力负荷的不同时段，在用电负荷低谷区段，大约在晚上九点以后，储能系统为蓄电池充电状态，将电能储存起来，吸收多余电量的峰值电压，调节电压稳定；当用电负荷高峰区段，大约在上午八点至十二点，还有下午二点至八点，储能系统将蓄电池电能释放出来，调整电网的稳定，供工商企业和居民住宅使用。通过分散式广大的用户双向变流装置和蓄电池系统，将电网在白天负荷高峰时段释放出电能，为分别布置储能系统的工商企业提供电能，在夜间负荷低谷时段从电网充电消耗多余电能，进行分散存储，达到电网在高峰与低谷的有效平衡。 与原有蓄能电站相比，这种分布式点多面广的能量集聚效应，同样解决电网在高峰电量不足，低谷电量严重多余的矛盾，实现电网在高峰释放补充，低谷吸收存储的平衡输送，更适合点多面广的大中城市工商企业和居民家庭，有效的提高了电能质量。
权利要求1.独立式电能存储系统，其特征是，包括蓄电池、双向变流器UC、变压器T、配电开关K； 所述变压器τ通过配电开关K接在交流电网的相线L上，所述蓄电池CG通过双向变流器UC 与所述变压器T相连接。
2.根据权利要求1所述的独立式电能存储系统，其特征是，所述双向变流器UC包括电感线圈Lr、电感线圈Ls、电感线圈Lt、半桥逆变电路、电容C和可变电阻Rd ；三相交流电的三相输入eR、eS和eT分别通过电感线圈Lr、电感线圈Ls、电感线圈Lt与半桥逆变电路的上下桥臂之间相连接，电容C和可变电阻Rd均与半桥逆变电路相并联。专利摘要本实用新型公开了一种独立式电能存储系统，包括蓄电池、双向变流器UC、变压器T、配电开关K；所述变压器T通过配电开关K接在交流电网的相线L上，所述蓄电池CG通过双向变流器UC与所述变压器T相连接。所述双向变流器UC包括电感线圈Lr、电感线圈Ls、电感线圈Lt、半桥逆变电路、电容C和可变电阻Rd。本实用新型的独立式电能存储系统，具有可实现调节电网峰谷平衡的目的并提高了电力系统稳定性等优点。
文档编号H02J3/28GK202333828SQ201120447868
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月14日 优先权日2011年11月14日
发明者宋银生, 李多山 申请人:合肥联信电源有限公司