一种基于低压的有功和无功调节的电能装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于多功能电力电子装置的控制技术领域，特别设及一种用于S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。
【背景技术】
[0002] 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，运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。
[0003] 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。
[0004]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W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)、STATCOM(静止同步补偿器）等，由于采用了 GT0、IGBT等大功率全控器件，不仅可W吸收还可W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。但运类系统通常大部分需要隔离变压器，结构复杂，占地大，价格 局昂。 【实用新型内容】
[0005] 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，本实用新型的目的是 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= 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BBU(Battery bankunit)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。
[0006] 为解决上述技术问题，本实用新型技术方案如下：
[0007] -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n个=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B脚单元；n个S相全桥逆变单元并 联接入电网；每个=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= 相全桥逆变单元的直流母线上并联m个电容器；每个=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B脚单元；n> 1，m> 1 ;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W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单元通过自动开关化1、K2……Kn)接入直流母线，W便于 B脚单元的维护。
[0008] 进一步的，每个S相全桥逆变单元由IGCT或IGBT大功率全控器件构成。
[0009] 进一步的，每个B脚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。
[0010] 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。
[0011] 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=相全桥 逆变单元工作，实现系统的既有功能。
[0012] 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B脚单元相连，用于 对B脚单元中的电池组进行监视和控制。
[0013] 本实用新型与现有技术相比的有益效果是：
[0014] 1)本实用新型提出的装置同时具有有功波动和无功调节、W及=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。
[0015] 2)本实用新型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。
[0016] 3)本实用新型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。
[0017] 4)本实用新型提出的电能装置中，储能单元BBU易于更换，运对相较于系统其他 部件寿命较短的电池组而言，维护更加容易安全。
[0018] 5)本实用新型采用多个=相全桥逆变单元通过电抗器并联方式接入电网可W增 大系统输出容量，W满足系统大容量的需求。
【附图说明】
[0019] 图1为本实用新型所提出的电能装置的系统结构。
[0020] 图2为本实用新型中设及的B脚单元的详细结构。
[0021] 图3为本实用新型有功功率和无功功率的控制框图。
[0022] 图4为本实用新型的四个基本工作状况原理图。
【具体实施方式】
[0023] W下结合附图对本实用新型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。
[0024] 如图1所示，本实用新型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=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 錢，每个逆变单元的直流母线通过一个自动开关接入一个邸U单元。邸U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。
[0025] 对于S相全桥逆变单元采用SPWM调制方法（SinusoidalPWM)，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 审IJ，并输出相关信号驱动=相全桥逆变单元工作。当电网发生低压、=相不平衡、W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