專利名稱：一種具有儲能功能的有源電力濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有儲能功能的有源電力濾波器，具體涉及一種使有源電力濾波
器在改善電能質(zhì)量的同時具有削峰填谷功能的電力控制裝置，屬于電能質(zhì)量控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，電力電子裝置和非線性負(fù)載的普遍使用，使諧波電流和無功電流大量注 入電網(wǎng)，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)和電氣設(shè)備的安全運(yùn)行與正常使用，對諧波無功進(jìn)行濾波和補(bǔ)償已 被人們越來越重視。有源電力濾波器是改善電能質(zhì)量的最好選擇之一，因此發(fā)展非常迅速。 有源電力濾波器是一種動態(tài)抑制諧波和補(bǔ)償無功的電力電子裝置，它能對頻率和大小都變 化的諧波和無功進(jìn)行補(bǔ)償，可以彌補(bǔ)無源濾波器的缺點，獲得比無源濾波器更好的補(bǔ)償特 性，是一種理想的補(bǔ)償諧波裝置。 有源電力濾波器與無源濾波器相比成本較高，容量也受到功率模塊的限制，因此 其性價比相對較低。這是因為目前的有源電力濾波器的功能比較單一，除了對負(fù)載諧波電 流進(jìn)行補(bǔ)償外，僅能夠?qū)o功功率進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償。而通常無功功率比較大，如果利用有源 電力濾波器同時進(jìn)行無功補(bǔ)償需要的模塊的容量就會更大，成本也會大幅度提高，與傳統(tǒng) 的電容補(bǔ)償相比其成本因素限制了這項功能的應(yīng)用。 而目前，夜里電網(wǎng)處于用電低谷時段，此時的電網(wǎng)電價較低，白天電網(wǎng)處于用電高 峰時段，此時的電網(wǎng)電價較高。因此如何把夜里所儲存的低價電能在高峰電價時釋放出來 并向負(fù)載供電，以降低負(fù)載用電成本，從而提高有源電力濾波器利用的經(jīng)濟(jì)價值成為本領(lǐng) 域技術(shù)人員努力方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種具有儲能功能的有源電力濾波器，該裝置具有削峰填谷功 能，可以將低谷電價時儲存電能，在高峰電價時輸出到電網(wǎng)，從而降低負(fù)載用電成本。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種具有儲能功能的有源電力濾波 器，包括 用于對負(fù)載諧波電流補(bǔ)償?shù)挠性措娏V波器，該有源電力濾波器與電源電網(wǎng)并 聯(lián)，該有源電力濾波器的直流側(cè)連接到雙向升降壓DC/DC變換器，根據(jù)電網(wǎng)的高峰和低谷 狀態(tài)在數(shù)字控制電路的控制下進(jìn)行儲能操作或釋放電能操作； 雙向升降壓DC/DC變換器，雙向升降壓DC/DC變換器升壓端連接在有源電力濾波 器的直流側(cè)，雙向升降壓DC/DC變換器降壓端與儲能單元相連接，用于對儲能單元的充電 曲線或放電曲線進(jìn)行控制； 儲能單元，連接到雙向升降壓DC/DC變換器，用于存儲來自電網(wǎng)的有功功率；
數(shù)字控制電路，通過控制總線分別與有源電力濾波器、雙向升降壓DC/DC變換器、 儲能單元相連接，根據(jù)電網(wǎng)用電的高峰或低峰狀態(tài)來控制儲能單元、雙向升降壓DC/DC變 換器和有源電力濾波器之間的儲能操作或釋放電能操作。
上述技術(shù)方案中的有關(guān)內(nèi)容解釋如下 1 、上述方案中，所述雙向升降壓DC/DC變換器包括與所述有源電力濾波器并聯(lián) 的第一濾波電容、與儲能單元并聯(lián)的第二濾波電容，一個儲能電感與用于控制儲能操作的 第一功率開關(guān)串聯(lián)，該儲能電感另一端與第二濾波電容的一端連接，該第一功率開關(guān)另一 端與第一濾波電容的一端連接；一個用于控制釋放電能操作的第二功率開關(guān)，跨接于儲能 電感與第一功率開關(guān)的接點與第一濾波電容與第二濾波電容的接點之間；當(dāng)處于儲能操作 狀態(tài)，第一功率開關(guān)由脈沖寬度調(diào)制器根據(jù)數(shù)字控制電路設(shè)定的占空比進(jìn)行儲能控制，第 二功率開關(guān)斷開；當(dāng)處于釋放電能操作狀態(tài)，第二功率開關(guān)由脈沖寬度調(diào)制器根據(jù)數(shù)字控 制電路設(shè)定的占空比進(jìn)行釋放電能控制，第一功率開關(guān)斷開，所述第一功率開關(guān)和第二功 率開關(guān)均并聯(lián)二極管。 2、上述方案中，所述儲能單元是釩氧化還原液流電池或超級電容或飛輪電池。 由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點和效果 1 、本發(fā)明在傳統(tǒng)有源電力濾波器的基礎(chǔ)上增加一個儲能單元，在完成諧波電流補(bǔ)
償功能的同時，將低谷電價時的電能進(jìn)行儲存，在高峰電價時通過有源電力濾波器向負(fù)載
進(jìn)行供電，從而有效降低負(fù)載的用電成本，提高有源電力濾波器經(jīng)濟(jì)使用價值。 2、本發(fā)明通過數(shù)字控制電路的控制，可以使有源電力濾波器完成對負(fù)載諧波電流
進(jìn)行補(bǔ)償。同時，根據(jù)用電高峰和低谷時段的不同進(jìn)行儲能控制或者釋放電能控制。即在
用電低谷時段由于電價較低，利用有源電力濾波器經(jīng)過雙向升降壓DC/DC變換器將電能儲
存在儲能單元中，在用電高峰時電價較高，利用有源電力濾波器經(jīng)過雙向升降壓DC/DC變
換器將儲能單元中的電能釋放出來并向負(fù)載供應(yīng)部分電能，從而降低用電成本。 3、本發(fā)明儲能時，采用雙向升降壓DC/DC變換器對儲能單元的充電曲線進(jìn)行控
制，這時有源電力濾波器的直流側(cè)電壓靠有源電力濾波器自身的有功功率調(diào)整來進(jìn)行穩(wěn)壓控制。 4、本發(fā)明釋放電能時，采用雙向升降壓DC/DC變換器對儲能單元的放電曲線進(jìn)行 控制，這時有源電力濾波器的直流側(cè)電壓靠雙向升降壓DC/DC變換器來進(jìn)行穩(wěn)壓控制，同 時數(shù)字控制電路根據(jù)儲能單元的儲能情況將輸出有功指令發(fā)送給有源電力濾波器。


附圖1為本發(fā)明具有削峰填谷功能的有源電力濾波器； 附圖2為本發(fā)明雙向升降壓DC/DC變換器結(jié)構(gòu)圖； 附圖3為本發(fā)明儲能狀態(tài)雙向升降壓DC/DC變換器工作原理； 附圖4為本發(fā)明釋放能量狀態(tài)雙向升降壓DC/DC變換器工作原理。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述
實施例一種具有儲能功能的有源電力濾波器，包括 用于對負(fù)載諧波電流補(bǔ)償?shù)挠性措娏V波器103，該有源電力濾波器103與電源 電網(wǎng)101并聯(lián)，該有源電力濾波器103的直流側(cè)連接到雙向升降壓DC/DC變換器104，根據(jù) 電網(wǎng)的高峰和低谷狀態(tài)在數(shù)字控制電路106的控制下進(jìn)行儲能操作或釋放電能操作；
雙向升降壓DC/DC變換器104 ，雙向升降壓DC/DC變換器104升壓端連接在有源電 力濾波器103的直流側(cè)，雙向升降壓DC/DC變換器104降壓端與儲能單元105相連接，用于 對儲能單元105的充電曲線或放電曲線進(jìn)行控制，所述雙向升降壓DC/DC變換器104包括 與所述有源電力濾波器103并聯(lián)的第一濾波電容201 、與儲能單元105并聯(lián)的第二濾波電容 205，一個儲能電感204與用于控制儲能操作的第一功率開關(guān)202串聯(lián)，該儲能電感204另 一端與第二濾波電容205的一端連接，該第一功率開關(guān)202另一端與第一濾波電容201的 一端連接；一個用于控制釋放電能操作的第二功率開關(guān)203，跨接于儲能電感204與第一功 率開關(guān)202的接點與第一濾波電容201與第二濾波電容205的接點之間；當(dāng)處于儲能操作 狀態(tài)，第一功率開關(guān)202由脈沖寬度調(diào)制器根據(jù)數(shù)字控制電路106設(shè)定的占空比進(jìn)行儲能 控制，第二功率開關(guān)203斷開；當(dāng)處于釋放電能操作狀態(tài)，第二功率開關(guān)202由脈沖寬度調(diào) 制器根據(jù)數(shù)字控制電路106設(shè)定的占空比進(jìn)行釋放電能控制，第一功率開關(guān)202斷開，所述 第一功率開關(guān)202和第二功率開關(guān)203均并聯(lián)二極管。 儲能單元105，連接到雙向升降壓DC/DC變換器104，用于存儲來自電網(wǎng)的有功功
率，所述儲能單元105是釩氧化還原液流電池或超級電容或飛輪電池； 數(shù)字控制電路106，通過控制總線分別與有源電力濾波器103、雙向升降壓DC/DC
變換器104、儲能單元105相連接，根據(jù)電網(wǎng)用電的高峰或低峰狀態(tài)來控制儲能單元105、雙
向升降壓DC/DC變換器104和有源電力濾波器之間的儲能操作或釋放電能操作。 本實施例上述內(nèi)容具體解釋如下，負(fù)載102與傳統(tǒng)有源電力濾波器APF103相并聯(lián)
并連接到電源電網(wǎng)101上。雙向升降壓DC/DC變換器104升壓端連接在有源電力濾波器
103的直流側(cè)，雙向升降壓DC/DC變換器104降壓端與儲能單元105相連接。數(shù)字控制系統(tǒng)
106通過控制總線分別與有源電力濾波器103、雙向升降壓DC/DC變換器104、儲能單元105
相連接，對上述模塊分別控制。 如圖1所示，包括電源電網(wǎng)101 、負(fù)載102、傳統(tǒng)有源電力濾波器APF103、雙向升 降壓DC/DC變換器104、儲能單元105、數(shù)字控制系統(tǒng)106。 對負(fù)載102的諧波電流的補(bǔ)償是由有源電力濾波器103實現(xiàn)的，通過對有源電力 濾波器103的控制還能夠向負(fù)載102提供有功功率和無功功率，也可以從電網(wǎng)吸收有功功 率和無功功率。利用有源電力濾波器103的這個特點可以分時段對能量的流動進(jìn)行控制。
夜里電網(wǎng)處于用電低谷時段，這時的電網(wǎng)電價較低，可以把較低電價的電能儲存 起來。等到白天時，電網(wǎng)處于用電高峰時段，這時的電網(wǎng)電價較高，因此可以把夜里所儲存 的低價電能釋放出來并向負(fù)載供電。儲能是從電網(wǎng)吸收有功功率，而釋放電能則是向負(fù)載 提供部分有功功率。 不論系統(tǒng)工作在何種狀態(tài)，為了使諧波補(bǔ)償功能正常，必須使有源電力濾波器103 直流側(cè)電壓Ud。穩(wěn)定，見圖1。當(dāng)系統(tǒng)工作在儲能狀態(tài)時，有源電力濾波器103直流側(cè)電壓 Ud。是靠有源電力濾波器103從電網(wǎng)獲取有功功率的大小來實現(xiàn)穩(wěn)壓的。這時雙向升降壓 DC/DC變換器104工作在儲能狀態(tài)，電能由有源電力濾波器103向儲能單元105流動，見圖 3。雙向升降壓DC/DC變換器104為降壓斬波工作模式，第二功率開關(guān)203處于始終關(guān)斷狀 態(tài)。第一功率開關(guān)202處于脈沖寬度調(diào)制器P麗控制狀態(tài)，其占空比由數(shù)字控制電路106 根據(jù)儲能單元105的充電曲線來決定。 當(dāng)系統(tǒng)工作在釋放能量狀態(tài)時，有源電力濾波器103直流側(cè)電壓Udc是靠雙向升降壓DC/DC變換器104來控制的。這時雙向升降壓DC/DC變換器104工作在釋放能量狀態(tài)， 電能由儲能單元105向有源電力濾波器103流動，見圖4。雙向升降壓DC/DC變換器104為 升壓斬波工作模式，第一功率開關(guān)202處于始終關(guān)斷狀態(tài)。第二功率開關(guān)203處于脈沖寬 度調(diào)制器P麗控制狀態(tài)，其占空比由數(shù)字控制電路106根據(jù)有源電力濾波器103直流側(cè)電 壓l來決定。由于儲能單元105所儲存的電能是有限的，雙向升降壓DC/DC變換器104輸 出的功率也是有限的，因此有源電力濾波器103向負(fù)載所供電能也必須受到限制。實際應(yīng) 用時，由數(shù)字控制電路106根據(jù)儲能單元105的放電曲線來設(shè)定有源電力濾波器103的輸 出功率。 上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人 士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明 精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種具有儲能功能的有源電力濾波器，其特征在于包括用于對負(fù)載(102)諧波電流補(bǔ)償?shù)挠性措娏V波器(103)、雙向升降壓DC/DC變換器(104)、儲能單元(105)和數(shù)字控制電路(106)，所述有源電力濾波器(103)與電源電網(wǎng)(101)并聯(lián)，該有源電力濾波器(103)的直流側(cè)連接到所述雙向升降壓DC/DC變換器(104)的升壓端，根據(jù)電網(wǎng)的高峰和低谷狀態(tài)在所述數(shù)字控制電路(106)的控制下進(jìn)行儲能操作或釋放電能操作；所述雙向升降壓DC/DC變換器(104)降壓端與儲能單元(105)相連接，用于對所述儲能單元(105)的充電曲線或放電曲線進(jìn)行控制；所述儲能單元(105)，用于存儲來自電網(wǎng)的有功功率；所述數(shù)字控制電路(106)通過控制總線分別與所述有源電力濾波器(103)、所述雙向升降壓DC/DC變換器(104)和所述儲能單元(105)相連接，根據(jù)電網(wǎng)用電的高峰或低峰狀態(tài)來控制該儲能單元(105)、雙向升降壓DC/DC變換器(104)和有源電力濾波器(103)之間的儲能操作或釋放電能操作。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的有源電力濾波器，其特征在于所述雙向升降壓DC/DC變 換器(104)包括與所述有源電力濾波器(103)并聯(lián)的第一濾波電容(201)、與儲能單元(105) 并聯(lián)的第二濾波電容(205)，一個儲能電感(204)與用于控制儲能操作的第一功率開 關(guān)(202)串聯(lián)，該儲能電感(204)另一端與第二濾波電容(205)的一端連接，該第一功率開 關(guān)(202)另一端與第一濾波電容(201)的一端連接；一個用于控制釋放電能操作的第二功 率開關(guān)(203)，跨接于儲能電感(204)與第一功率開關(guān)(202)的接點與第一濾波電容(201) 與第二濾波電容(205)的接點之間；當(dāng)處于儲能操作狀態(tài)，第一功率開關(guān)(202)由脈沖寬度 調(diào)制器根據(jù)數(shù)字控制電路(106)設(shè)定的占空比進(jìn)行儲能控制，第二功率開關(guān)(203)斷開；當(dāng) 處于釋放電能操作狀態(tài)，第二功率開關(guān)(202)由脈沖寬度調(diào)制器根據(jù)數(shù)字控制電路(106) 設(shè)定的占空比進(jìn)行釋放電能控制，第一功率開關(guān)(202)斷開。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源電力濾波器，其特征在于所述儲能單元(105)是釩氧 化還原液流電池或超級電容或飛輪電池。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的有源電力濾波器，其特征在于所述第一功率開關(guān)(202)和 第二功率開關(guān)(203)均并聯(lián)二極管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有儲能功能的有源電力濾波器，包括有源電力濾波器，根據(jù)電網(wǎng)的高峰和低谷狀態(tài)在數(shù)字控制電路的控制下進(jìn)行儲能操作或釋放電能操作；雙向升降壓DC/DC變換器，用于對儲能單元的充電曲線或放電曲線進(jìn)行控制；儲能單元，連接到雙向升降壓DC/DC變換器，用于存儲來自電網(wǎng)的有功功率；數(shù)字控制電路，根據(jù)電網(wǎng)用電的高峰或低峰狀態(tài)來控制儲能單元、雙向升降壓DC/DC變換器和有源電力濾波器之間的儲能操作或釋放電能操作。該裝置具有削峰填谷功能，可以將低谷電價時儲存電能，在高峰電價時輸出到電網(wǎng)，從而降低負(fù)載用電成本。
文檔編號H02J3/28GK101719673SQ20091026580
公開日2010年6月2日 申請日期2009年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月28日
發(fā)明者吳祥興, 湯玉明 申請人:蘇州工業(yè)園區(qū)和順電氣股份有限公司