：若风电场发出的电能功率大于电网所需功率，就控制有功功率流向装置进行储能，反 之，则控制有功由装置送向电网。其中对于有功功率中快速波动的部分，装置利用直流母线 大电容器的充放电来进行调节，因此在此过程中允许直流母线电压在一定范围内波动，而 对于缓慢变化的部分则由BBU单元来进行调节。
[0026] 电池管理系统BMS(Batte巧managesystem)直接和每一个B脚相连，用于对BBU 中的电池组中的进行监视和控制，从而保证电池组安全高效的工作，特别是要判断每个 B脚电池组的充电状态SOC(State-of-charge)，并据此解决各个BBU电池组的SOC平衡问 题。BMS对电池组的充放电控制通过双向DC/DC变换器来实现。在电池组的充放电过程中， 系统根据逆变单元直流母线电压的变化实时调整DC/DC变换器输出脉冲的占空比，使得电 池组能够按照预先设定的充放电特性曲线对电能进行充放。在电池组需要更换或维护时， 系统控制DC/DC变换器的输出电流为零，断开自动开关，从而保证维护过程的安全方便。
[0027] 本实用新型的电能装置对于有功和无功控制方法如图3所示，通过W电网电压定 向的同步旋转变换分别得到电网电压和负载电流在d轴和q轴的分量Wsd、地g、^及与 。由于是W电网电压定向，所W妃9 = 0且有功功率躬和无功功率g分别等于
[0029] 因此。、却分别为负载电流中的有功分量和无功分量，只要对。、^进行闭环控 制就能够分别实现对有功功率嚴和无功功率碟的控制。
[0030] 系统对^和^的控制则通过调节装置的输出电压来实现，图4所示为电能装置运 行的四个基本工作状态。令;=0，控制装置的输出电压与电网电压^同相时可W实 现对无功的控制。如图4 (a)，若使的电压大于，则负载电流领先电网电压90度，装置 发出容性无功功率；反之如图4化），若的电压小于，则负载电流落后电网电压90度， 装置发出感性无功功率。令|^";黄0，而如果控制输出电压与电网电压的差相量|4^;；^^与 u。垂直，则可W实现对有功功率的控制。如图4 (C)，若控制& &领先&90度，则负载电 流与电网电压同化有功流向装置进行储能；反之如图4 (d)，若控制落盾90度， 则负载电流与电网电压反相，有功由装置送向电网。基于上述的四个基本工作状态，装置可 W通过调节输出电压胃前大小及相位实现对有功和无功的连续调节。
[0031] 在上述的有功和无功控制过程中，装置均采用SPWM的调制方法控制=相桥式逆 变单元发出矩形波来构成所需的输出电压。不同之处在于，在进行无功补偿时系统控制直 流母线电压恒定，而在进行有功波动调节时系统允许直流母线电压在一定范围内波动。运 是因为：1)相较于其他系统部件来说，作为有功调节的主要储能单元BBU寿命较短且主要 受限于充放电次数，因此要避免频繁的充放电操作；2)BBU对电能的充放速度是有限的，无 法对系统中快速变化的瞬时有功功率进行有效调节。因此在有功波动调节中对于快速变化 的部分装置利用直流母线上的大电容器的充放电来实现。例如当风电场发出的电能突然增 大时，装置控制母线上的大电容充电W吸收能量，同时直流母线电压升高，而BBU则通过双 向DC/DC变换器的控制使得电池组依然按照既定的充电曲线进行充电，反之同理。需要注 意的是，在调节动态有功的过程中直流母线电压的波动范围是有限的，需要根据系统配置 W及电容型号选择母线电压合理的上下限。运种有功调节方法将电容的高功率密度特性与 电池的高能量密度特性有机的结合在一起，能够极大提高对于快速动态过程的调节特性。 在上述的BBS充放电过程中，系统中的电池管理系统BMS对每个B脚的SOC进行实时监控， 并依据SOC平衡的原则配合系统有功调节指令向双向DC/DC变换器发出指令信号，对BBU 的充放电进行控制。
[0032] 在装置中BBU单元到达使用寿命或者发生故障需要更换时，大电容器的存在使得 维护过程能够在装置在线的条件下完成。首先通过BBU单元中的双向DC/DC变换器控制电 池组释放能量，将电压降至安全范围内，然后控制双向DC/DC变换器的输出电流为零，断开 自动开关使BBU与母线脱离，从而确保了更换维护过程的安全方便。
[0033] 对于【具体实施方式】的理解的描述仅仅是为帮助理解本实用新型，而不是用来限制 本实用新型的。本领域技术人员均可W利用本实用新型的思想进行一些改动和变化，只要 其技术手段没有脱离本实用新型的思想和要点，仍然在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1. 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彡1，m彡I;n、m均为整数。2. 根据权利要求1所述的一种基于低压的有功和无功调节的电能装置，其特征在于： 每个三相全桥逆变单元由IGCT或IGBT大功率全控器件构成。3. 根据权利要求1所述的一种基于低压的有功和无功调节的电能装置，其特征在于： 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。4. 根据权利要求1所述的一种基于低压的有功和无功调节的电能装置，其特征在于： 所述电能装置依次通过总断路器及隔离开关接入电网。5. 根据权利要求1所述的一种基于低压的有功和无功调节的电能装置，其特征在于： 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。6. 根据权利要求1所述的一种基于低压的有功和无功调节的电能装置，其特征在于： 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 组的进行监视和控制。
【专利摘要】本实用新型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。
【IPC分类】H02J3/18, H02J3/24, H02J3/16, H02J3/32
【公开号】CN204905880
【申请号】CN201520685389
【发明人】张川, 万承宽, 李中林, 彭良平, 常瑞, 赖成毅
【申请人】东方日立(成都)电控设备有限公司
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年9月7日