專利名稱：獨立式電能存儲系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種獨立式電能存儲系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電網(wǎng)系統(tǒng)在供電過程中，存在電網(wǎng)負荷高峰和低谷的現(xiàn)象。用電負荷是一個不斷變動的量，對一個地區(qū)而言，負荷變化的特性主要取決于用電行業(yè)結(jié)構(gòu)、地域、季節(jié)變化、經(jīng)濟發(fā)展和生活水平等因素。用電負荷在時間上的不均衡性使得某一時段用電較多，某一時段用電較少，這就形成了用電高峰負荷與低谷負荷。峰谷差愈大，電網(wǎng)運行愈不經(jīng)濟。從某地區(qū)電網(wǎng)冬季、夏季典型日負荷曲線中可看出，用電日負荷一般有早、中、晚三個高峰，其中晚峰是由于照明及居民生活用電疊加而成，而商業(yè)、生活用電和單班制生產(chǎn)工廠深夜用電的減少形成了低谷。電力供應(yīng)的持續(xù)性，是滿足人們幸福生活的基本保證。目前，由于各地供電設(shè)備的供電能力有限，而又加上用電負荷分為高峰段和低谷段，使得各地出現(xiàn)時段性的缺電現(xiàn)象。尤其是每年的冬夏兩季，用電負荷的增加造成電力供應(yīng)嚴重不足。供電部門只有采用拉閘限電控制用電，但這顯然給人民生活和工業(yè)生產(chǎn)帶來了不利的影響。這種用電負荷的峰谷差對電網(wǎng)造成了巨大的影響，會導(dǎo)致電壓不穩(wěn)、損耗加大。高峰與低谷用電嚴重不平衡，既存在供電不足，也存在用電量不足的問題。現(xiàn)有技術(shù)中，電網(wǎng)管理規(guī)劃部門常常采用建設(shè)蓄能水庫和蓄能電站的方式進行調(diào)節(jié)，但是這種方式具有投資巨大、占用大片水面耕地和建設(shè)周期較長等缺點，特別是在人口密集的大中城市無法實現(xiàn)。

實用新型內(nèi)容本實用新型是為避免上述已有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種獨立式電能存儲系統(tǒng)，以實現(xiàn)調(diào)節(jié)電網(wǎng)峰谷平衡的目的。本實用新型為解決技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案。獨立式電能存儲系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)特點是，包括蓄電池、雙向變流器UC、變壓器T、配電開關(guān)K ；所述變壓器T通過配電開關(guān)K接在交流電網(wǎng)的相線L上，所述蓄電池CG通過雙向變流器UC與所述變壓器T相連接。本實用新型的獨立式電能存儲系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點也在于所述雙向變流器UC包括電感線圈Lr、電感線圈Ls、電感線圈Lt、半橋逆變電路、電容C和可變電阻Rd ；三相交流電的三相輸入eR、eS和eT分別通過電感線圈Lr、電感線圈Ls、電感線圈Lt與半橋逆變電路的上下橋臂之間相連接，電容C和可變電阻Rd均與半橋逆變電路相并聯(lián)。與已有技術(shù)相比，本實用新型有益效果體現(xiàn)在采用智能型雙向變流器UC，實現(xiàn)雙向變流控制來調(diào)節(jié)電網(wǎng)系統(tǒng)的平衡，在用戶用電量處于低谷區(qū)段時，給蓄電池進行充電，儲存能量，此時電價為最低價；在用戶用電量處于高峰區(qū)段時，蓄電池儲存的電量釋放出來，此時電價為最高價。本實用新型的獨立式電能存儲系統(tǒng)，運行可靠、維修簡單、污染物排放低、利于環(huán)境保護，節(jié)約了用電成本，提高了電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。


[0012]圖1為本實用新型的獨立式電能存儲系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。[0013]圖2為本實用新型的獨立式電能存儲系統(tǒng)的雙向變流器UC的主電路拓撲圖。[0014]圖3為雙向變流器UC控制過程等效圖。[0015]圖4為雙向變流器UC工作在順變狀態(tài)下的相量圖。[0016]圖5為雙向變流器UC工作在逆變狀態(tài)下的相量圖。[0017]以下通過具體實施方式
，并結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明。
具體實施方式
[0018]參見圖1和圖2，獨立式電能存儲系統(tǒng)，包括蓄電池、雙向變流器UC、變壓器T、配電開關(guān)K ；所述變壓器T通過配電開關(guān)K接在交流電網(wǎng)的相線L上，所述蓄電池CG通過雙向變流器UC與所述變壓器T相連接。[0019]雙向變流器UC在電網(wǎng)正常供電時，被用作整流充電器，將電網(wǎng)交流電轉(zhuǎn)換為直流電向蓄電池充電儲能；當電網(wǎng)斷電或供電異常時，雙向變流器UC被用作逆變器，將蓄電池儲存電能轉(zhuǎn)換輸出交流電到變壓器T到配電輸出，給用戶使用或并網(wǎng)發(fā)電。通過雙向變流器UC實現(xiàn)充電和供電的轉(zhuǎn)換，可在供電低谷時由市電電網(wǎng)向蓄電池充電，將電能存儲起來，并在供電高峰時將蓄電池所存儲的電能釋放，并通過雙向變流器UC轉(zhuǎn)換為交流電，以彌補電網(wǎng)電量的不足，從而調(diào)配電網(wǎng)高峰和低谷的電量，實現(xiàn)調(diào)節(jié)電網(wǎng)峰谷平衡的目的，提高了電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。[0020]所述雙向變流器UC包括電感線圈Lr、電感線圈Ls、電感線圈Lt、半橋逆變電路、電容C和可變電阻Rd ；三相交流電的三相輸入eR、eS和eT分別通過電感線圈Lr、電感線圈 Ls、電感線圈Lt與半橋逆變電路的上下橋臂之間相連接，電容C和可變電阻Rd均與半橋逆變電路相并聯(lián)。[0021]如圖1所示，雙向變流器UC在電網(wǎng)正常供電時，被用作整流充電器，將電網(wǎng)交流電轉(zhuǎn)換為直流電向蓄電池充電儲能；當電網(wǎng)斷電或供電異常時，雙向變流器UC被用作逆變器，將蓄電池儲存電能轉(zhuǎn)換輸出交流電到變壓器T到配電輸出，給用戶使用或并網(wǎng)發(fā)電。[0022]雙向變流器UC，主要由恒流充放電及變流兩大部分組成，恒流充/放電部分控制電池的充放電電流并實現(xiàn)恒流充放電，變流部分在放電時作為蓄電池放電的可變負載，并把放電能量逆變回饋電網(wǎng)，同時根據(jù)放電電流的大小改變負載的大小，而在充電時，電網(wǎng)的正弦交流電經(jīng)SPWM(Sinusoidal PWM，正弦脈寬調(diào)制)整流濾波后，對蓄電池充電，同時根據(jù)充電電流大小調(diào)節(jié)SPWM控制的占空比。[0023]系統(tǒng)的控制目標是使系統(tǒng)能雙向運行，并且蓄電池的充、放電過程能按照規(guī)定的曲線進行。系統(tǒng)在充電時處于整流模式，電網(wǎng)側(cè)電流為正弦波且功率因數(shù)為1，電能從電網(wǎng)流向蓄電池；系統(tǒng)在放電時處于逆變模式，電網(wǎng)側(cè)電流為正弦波且功率因數(shù)為“-1”，此時電能從蓄電池流向電網(wǎng)。[0024]圖2為雙向變流器UC的主電路拓撲圖[0025]如圖所示具體工作原理變換過程如下充電過程相當于三相可控整流電路，功率管控制的一個周期分為6段，每段為60度，每一段中導(dǎo)通的功率管及輸出整流電壓情況如下I =VU V6導(dǎo)通，整流輸出電壓為UE .S .= UE .-US ‘ ；II =VU V2 導(dǎo)通，整流輸出電壓為 UK .T .= UE .-UT ‘ ；III :V3、V2 導(dǎo)通，整流輸出電壓為Us .T .= Us .-UT .;IV :V3、V4導(dǎo)通，整流輸出電壓為Us .E .= Us .-UE ‘ ；V :V5、V4導(dǎo)通，整流輸出電壓為Ut .e .= UT .-UE .;VI :V5、V6導(dǎo)通，整流輸出電壓為Ut ‘s .= UT .-Us .。如此循環(huán)，輸出穩(wěn)定的直流電壓，為蓄電池CG充電。放電過程相當于三相橋式逆變電路，主電路由6個IGBT和6個二極管組成，Vl和V2在同一橋臂上，V3和V4在同一橋臂，V5和V6在同一橋臂。當1和4通時，Ue .s .= Ud,當3禾口 2通時，Uk .s .= -Ud，當1禾口 3或2禾口 4通時，Uk .s .= 0。輸出線電壓P麗波由士Ud和0三種電平構(gòu)成負載相電壓PWM波由(士2/3)Ud，(士 l/3)Ud和0共5種電平組成。通過DSP控制功率管的導(dǎo)通，得到穩(wěn)定的三相正弦波，并入電網(wǎng)或為用戶負載供電。如圖3為雙向變流器UC的R相控制過程等效圖，圖中tlR為蓄電池內(nèi)阻電壓，&相當于電網(wǎng)電壓。通過改變雙向逆變器輸出電壓tiR，改變輸出電流iR，當電流iR與電網(wǎng)電壓^r方向一致時，系統(tǒng)處于充電狀態(tài)；當電流向與電網(wǎng)電壓色]^相反時，系統(tǒng)處于逆變狀態(tài)，
re>R' κ為系統(tǒng)等效內(nèi)阻，各參數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系為/ = Ir-^r
kr+r r圖4為雙向變流器UC工作在順變狀態(tài)下的相量圖，用戶用電量處于低谷區(qū)段，雙向變流器UC為整流過程，給蓄電池充電，儲存能量。圖中相量Ur落后于相量Er，落后的角度為α。圖中α為Er和to的夾角，φ為Ir和Er的夾角，可以看出改變to和α的大小，可以實現(xiàn)功率因數(shù)為1，電流超前電源電壓，圖4的Δ0ΑΒ必須是直角，這時三相交流電源向負載輸出能量同時整流向蓄電池充電，在相量Er、相量Ur和相量Ux構(gòu)成的Δ OAB中，有Er=Ur+Ux 成立。圖5為雙向變流器UC工作在逆變狀態(tài)下的相量圖，用戶用電量處于高峰區(qū)段，雙向變換器UC為逆變過程，將蓄電池的能量反饋到電網(wǎng)。圖中α為Er和to的夾角，φ為Ir和Er的夾角，可以看出改變to和α的大小，可以實現(xiàn)功率因數(shù)為1，電流滯后電源電壓，實現(xiàn)逆變狀態(tài)將蓄電池的電量回饋至電網(wǎng)。在由相量Erjr和Ux構(gòu)成的Δ OAH中，同樣有Er = to+Ux成立，但α為超前角。本實用新型的獨立式電能存儲系統(tǒng)，在供電低谷時段，電網(wǎng)電量富裕，電壓偏高，由配電開關(guān)K接通電網(wǎng)供電，通過雙向變流器UC向蓄電池充電，將富裕電量吸收存儲；在供電高峰時段，電網(wǎng)電量嚴重不足，電壓偏低，雙向變流器UC將蓄電池存儲的電能，通過隔離變壓器T向配電開關(guān)K輸出電量，為工商企業(yè)和居民住宅提供穩(wěn)定的電能，可在工廠、企業(yè)、礦山、機關(guān)和居民住宅等環(huán)境分別設(shè)置，形成分布式儲能電源系統(tǒng)，設(shè)計人工控制型或智能控制型。在電力負荷的不同時段，在用電負荷低谷區(qū)段，大約在晚上九點以后，儲能系統(tǒng)為蓄電池充電狀態(tài)，將電能儲存起來，吸收多余電量的峰值電壓，調(diào)節(jié)電壓穩(wěn)定；當用電負荷高峰區(qū)段，大約在上午八點至十二點，還有下午二點至八點，儲能系統(tǒng)將蓄電池電能釋放出來，調(diào)整電網(wǎng)的穩(wěn)定，供工商企業(yè)和居民住宅使用。通過分散式廣大的用戶雙向變流裝置和蓄電池系統(tǒng)，將電網(wǎng)在白天負荷高峰時段釋放出電能，為分別布置儲能系統(tǒng)的工商企業(yè)提供電能，在夜間負荷低谷時段從電網(wǎng)充電消耗多余電能，進行分散存儲，達到電網(wǎng)在高峰與低谷的有效平衡。 與原有蓄能電站相比，這種分布式點多面廣的能量集聚效應(yīng)，同樣解決電網(wǎng)在高峰電量不足，低谷電量嚴重多余的矛盾，實現(xiàn)電網(wǎng)在高峰釋放補充，低谷吸收存儲的平衡輸送，更適合點多面廣的大中城市工商企業(yè)和居民家庭，有效的提高了電能質(zhì)量。
權(quán)利要求1.獨立式電能存儲系統(tǒng)，其特征是，包括蓄電池、雙向變流器UC、變壓器T、配電開關(guān)K； 所述變壓器τ通過配電開關(guān)K接在交流電網(wǎng)的相線L上，所述蓄電池CG通過雙向變流器UC 與所述變壓器T相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的獨立式電能存儲系統(tǒng)，其特征是，所述雙向變流器UC包括電感線圈Lr、電感線圈Ls、電感線圈Lt、半橋逆變電路、電容C和可變電阻Rd ；三相交流電的三相輸入eR、eS和eT分別通過電感線圈Lr、電感線圈Ls、電感線圈Lt與半橋逆變電路的上下橋臂之間相連接，電容C和可變電阻Rd均與半橋逆變電路相并聯(lián)。專利摘要本實用新型公開了一種獨立式電能存儲系統(tǒng)，包括蓄電池、雙向變流器UC、變壓器T、配電開關(guān)K；所述變壓器T通過配電開關(guān)K接在交流電網(wǎng)的相線L上，所述蓄電池CG通過雙向變流器UC與所述變壓器T相連接。所述雙向變流器UC包括電感線圈Lr、電感線圈Ls、電感線圈Lt、半橋逆變電路、電容C和可變電阻Rd。本實用新型的獨立式電能存儲系統(tǒng)，具有可實現(xiàn)調(diào)節(jié)電網(wǎng)峰谷平衡的目的并提高了電力系統(tǒng)穩(wěn)定性等優(yōu)點。
文檔編號H02J3/28GK202333828SQ201120447868
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月14日
發(fā)明者宋銀生, 李多山 申請人:合肥聯(lián)信電源有限公司