本發(fā)明涉及電力控制和電能利用領(lǐng)域，尤其涉及一種電網(wǎng)的控制系統(tǒng)及配電網(wǎng)。

背景技術(shù)：

變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。高壓變頻器一般是連在電網(wǎng)的三相輸入與電機之間，電機帶動負載。由于負載的狀況不同，例如機車的起動、致動、加速、減速時的耗能都是不同的，因此在實際運轉(zhuǎn)中要根據(jù)負載的變化調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，而電機的轉(zhuǎn)速是靠高壓變頻器向電機輸出不同頻率的電壓來調(diào)節(jié)的。因此，高壓變頻器起到在實際運轉(zhuǎn)中根據(jù)負載的變化調(diào)節(jié)供給電機的電壓頻率的作用。

現(xiàn)有的配電網(wǎng)中，存在著大量能量浪費的情況。以與變頻器連接的電機為例，在電機的制動狀態(tài)，基于電機的機械慣性而使得其仍然以一定的轉(zhuǎn)速自行轉(zhuǎn)動，因而在該狀態(tài)下電機自行產(chǎn)生機械能。而基于現(xiàn)有技術(shù)這部分機械能白白浪費掉了。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一是減少配電網(wǎng)中的能量浪費，提高配電網(wǎng)的能源利用效率。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種電網(wǎng)的控制系統(tǒng)，包括：

至少一個儲能變頻器，被配置為在第一狀態(tài)下存儲來自所述至少一個儲能變頻器所連接的電機產(chǎn)生的能量，在第二狀態(tài)下向所述電機釋放存儲的能量；

至少一個監(jiān)測模塊，被配置為對所述至少一個儲能變頻器的電壓和電流進行監(jiān)測，將監(jiān)測到的電壓和電流對應(yīng)的信號輸出到第一控制器；

第一控制器，被配置為接收來自所述至少一個監(jiān)測模塊的監(jiān)測到的電壓 和電流對應(yīng)的信號，基于監(jiān)測到的電壓和電流對應(yīng)的信號控制所述至少一個儲能變頻器的至少一部分進入第一狀態(tài)或第二狀態(tài)。

根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，還提供了一種配電網(wǎng)，包括：

電網(wǎng)，

對所述電網(wǎng)進行控制的上述的控制系統(tǒng)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的實施例具有以下優(yōu)點：通過在電網(wǎng)的控制系統(tǒng)中提供至少一個儲能變頻器，在對應(yīng)的狀態(tài)下，例如電機的制動狀態(tài)下把由于電機的機械慣性而使得其仍然以一定的轉(zhuǎn)速自行轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的機械能存儲起來，而在需要更多能量的情況下放出來，有效提升配電網(wǎng)的能源利用率。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：

圖1為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的包括電網(wǎng)和電網(wǎng)的控制系統(tǒng)1的整個配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的儲能變頻器的具體電路結(jié)構(gòu)；

圖3為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中詳細示出了第一控制器的具體結(jié)構(gòu)；

圖4為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的儲能變頻器的結(jié)構(gòu)示意圖，其中詳細示出了儲能管理單元的具體結(jié)構(gòu)。

附圖中相同或相似的附圖標記代表相同或相似的部件。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。

圖1為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖，其包括電網(wǎng)和電網(wǎng)的控制系統(tǒng)1。根據(jù)圖1，所述控制系統(tǒng)1包括：

至少一個儲能變頻器13，被配置為在第一狀態(tài)下存儲來自所述至少一個儲能變頻器13所連接的電機產(chǎn)生的能量，在第二狀態(tài)下向所述電機釋放存儲的能量；

至少一個監(jiān)測模塊11，被配置為對所述至少一個儲能變頻器的電壓和電 流進行監(jiān)測，將監(jiān)測到的電壓和電流對應(yīng)的信號輸出到第一控制器12；

第一控制器12，被配置為接收來自所述至少一個監(jiān)測模塊11的監(jiān)測到的電壓和電流對應(yīng)的信號，基于監(jiān)測到的電壓和電流對應(yīng)的信號控制所述至少一個儲能變頻器13的至少一部分進入第一狀態(tài)或第二狀態(tài)。

其中所述儲能變頻器是指帶有儲能功能的變頻器?，F(xiàn)有的變頻器是不帶有儲能功能的。儲能變頻器的具體實現(xiàn)將在下面結(jié)合圖2、4闡述。

其中所述第一狀態(tài)可以指所述儲能變頻器13所連接的電機產(chǎn)生了多余的能量可以存儲起來的狀態(tài)，例如前述機車的制動狀況。

其中所述第二狀態(tài)可以指提供給所述儲能變頻器13所連接的電機的能量不能滿足其需要的狀態(tài),例如機車的啟動狀態(tài)。

也即在第一狀態(tài)下，能量從電機流向儲能變頻器，在第二狀態(tài)下，能量從儲能變頻器流向電機。

至少一個監(jiān)測模塊11可以包括電壓計和電流計，其可以對所述至少一個儲能變頻器的電壓和電流進行監(jiān)測。

第一控制器12基于監(jiān)測到的電壓和電流對應(yīng)的信號控制所述至少一個儲能變頻器13的至少一部分進入第一狀態(tài)或第二狀態(tài)。這是因為，監(jiān)測到的儲能變頻器的電壓和電流是能夠反映其連接的電機產(chǎn)生的功率和需要的功率的。例如，在制動狀態(tài)下，電機基于機械慣性其轉(zhuǎn)速仍未改變，從而電機產(chǎn)生反電動勢，使儲能變頻器上電壓升高等。這樣，從監(jiān)測到的儲能變頻器的電壓和電流，就能推斷出所連的電機產(chǎn)生功率或需要功率的情況。第一控制器接著就能根據(jù)電機產(chǎn)生功率或需要功率的情況決定讓儲能變頻器存儲還是釋放能量，即進入第一或第二狀態(tài)。它還能從監(jiān)測到的儲能變頻器的電壓和電流中，推斷出所連的電機產(chǎn)生功率或需要功率的多少，進而控制進入第一狀態(tài)或第二狀態(tài)的儲能變頻器的數(shù)量。

由于上述實施例能控制進入第一狀態(tài)或第二狀態(tài)的儲能變頻器的數(shù)量，因此能非常精確地控制配電網(wǎng)的能源使用，從而進一步提高配電網(wǎng)的能源利用率。

可選地，為了進一步說明所述儲能變頻器的結(jié)構(gòu)，請參考圖2，所述至少一個儲能變頻器13中的每個儲能變頻器包括：

整流單元101，被配置為將輸入儲能變頻器的第一頻率的交流電壓變換 為直流電壓；

逆變單元102，被配置為將直流電壓逆變成第二頻率的交流電壓；

儲能裝置103，連接在所述整流單元101和逆變單元102之間，包括儲能單元1031和儲能管理單元1032，其中所述儲能管理單元1032被配置為在第一狀態(tài)下使所述儲能單元充電，在第二狀態(tài)下使所述儲能單元放電。

如圖2所示，所述整流單元101可以包括濾波電抗器L1和開關(guān)IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)S₁₁～S₁₆組成的全橋整流電路，所述全橋整流電路通過電抗器L2和晶體管D1及開關(guān)S_DC1連接形成一級升壓電路。IGBT的開通和關(guān)斷與濾波電抗器L1共同作用產(chǎn)生了與輸入電壓相位一致的正弦電流波形，如此消除對電網(wǎng)的諧波污染。

如圖2所示，所述逆變單元102可以包括6個IGBT(S₂₁～S₂₆)組成的全橋整流電路，所述逆變單元102中的S₂₁和S₂₄之間、S₂₃和S₂₆之間以及S₂₅和S₂₂之間分別連接到電機的三相電路的每一相上。

如圖2所示，所述儲能裝置103位于所述整流單元101和逆變單元102之間，包括儲能單元1031和儲能單元1032?？蛇x地，所述儲能單元(1031)包括鋰電池組(諸如為48V/100Ah的鋰電池組)和電容C₁，所述電容C₁可以以圖2所示的方式并聯(lián)在所述整流單元101的輸出端。

可選地，所述第一控制器12被配置為根據(jù)來自所述至少一個監(jiān)測模塊11的監(jiān)測到的電壓和電流對應(yīng)的信號計算所述信號對應(yīng)的功率，并在所述功率高于第一閾值的情況下控制所述至少一個儲能變頻器13的至少一部分進入第一狀態(tài)，在所述功率低于第二閾值的情況下控制所述至少一個儲能變頻器13的至少一部分進入第二狀態(tài)。

將監(jiān)測到的儲能變頻器的電壓和電流相乘，得到儲能變頻器上的功率，它是與電機產(chǎn)生的功率或需要的功率成正比的。例如，所述電機在制動狀況下產(chǎn)生高于所述儲能變頻器13中直流端的電壓，由此所述電機作為發(fā)電機向所述儲能變頻器13供能，基于功率與電壓成正比的關(guān)系，所述儲能變頻器13的電壓由此也上升，則其功率也上升。因此，通過該計算出的功率與閾值的比較，就能精確控制何時讓儲能變頻器進入第一狀態(tài)，何時讓儲能變頻器進入第二狀態(tài)。

可選地，為了確保所述電網(wǎng)在與多個儲能變頻器連接的情況下仍可以正 常安全的運行，所述第一控制器12被配置為進一步根據(jù)計算出的功率確定進入第一狀態(tài)或第二狀態(tài)的儲能變頻器13的數(shù)量。

可選地，所述儲能變頻器13為多個，當(dāng)?shù)谝豢刂破?2控制所述至少一個儲能變頻器13的一部分進入第一狀態(tài)或第二狀態(tài)時，控制哪一部分儲能變頻器13進入第一狀態(tài)或第二狀態(tài)是根據(jù)所述多個儲能變頻器的各自的優(yōu)先級進行的。

可選地，為了進一步描述所述第一控制器12，請參考圖3，所述第一控制器12包括：

-通信接口201，被配置為與所述至少一個監(jiān)測模塊11進行通信；

-數(shù)字信號處理器(DSP)202，被配置為基于從所述通信接口201接收到的來自所述至少一個監(jiān)測模塊11的監(jiān)測到的電壓和電流對應(yīng)的信號，基于監(jiān)測到的電壓和電流對應(yīng)的信號輸出表示進入第一狀態(tài)或第二狀態(tài)的儲能變頻器13的指示；

-與所述至少一個儲能變頻器13通信的接觸器204，被配置為根據(jù)所述指示使相應(yīng)儲能變頻器進入第一狀態(tài)或第二狀態(tài)。該接觸器在業(yè)內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)。

可選地，所述數(shù)字信號處理器202基于監(jiān)測到的電壓和電流對應(yīng)的信號，輸出表示進入第一狀態(tài)或第二狀態(tài)的儲能變頻器13的指示包括：

-基于監(jiān)測到的電壓和電流對應(yīng)的信號，計算所述信號對應(yīng)的功率；

-在所述功率高于第一閾值的情況下，生成控制所述至少一個儲能變頻器13的至少一部分進入第一狀態(tài)的指示；

-在所述功率低于第二閾值的情況下，生成控制所述至少一個儲能變頻器13的至少一部分進入第二狀態(tài)的指示。

可選地，所述數(shù)字信號處理器202基于監(jiān)測到的電壓和電流對應(yīng)的信號，輸出表示進入第一狀態(tài)或第二狀態(tài)的儲能變頻器13的指示進一步包括：

-根據(jù)計算出的功率，生成確定進入第一狀態(tài)或第二狀態(tài)的儲能變頻器13的數(shù)量的指示。

可選地，為了更好地使所述接觸器203更好地接收到所述數(shù)字信號處理器202的指示，在所述數(shù)字處理器202和所述接觸器203之間連接一個驅(qū)動單元(圖中未示出)，以接收所述數(shù)字處理器202輸出的指示并對所述指示進行信號放大，并將放大后的指示輸出給所述接觸器203。

可選地，為了進一步描述所述儲能管理單元1032，請參考圖4，所述儲能管理單元1032包括：

具有第一體二極管VD1的第一開關(guān)元件V1；

具有第二體二極管VD2的第二開關(guān)元件V2；

連接在第一開關(guān)元件V1的一端和第二開關(guān)元件V2的一端的第一電感L；

負極分別連接第一開關(guān)元件V1和所述一端和第二開關(guān)元件V2的所述一端的第一二極管VD4和第二二極管VD3；

其中所述儲能單元1031連接在第一開關(guān)元件V1不與第一電感L連接的另一端和第一二極管VD4的正極之間，

其中所述整流單元101的輸出連接在第二開關(guān)元件V2不與第一電感L連接的另一端和第二二極管VD3的正極之間。

其中所述第一開關(guān)元件V1和所述第二開關(guān)元件V2可以包括諸如雙極型晶體管或其他開關(guān)元件等。

根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，還提供了一種配電網(wǎng)，包括：

電網(wǎng)，以及

對所述電網(wǎng)進行控制的上述任一項所述的控制系統(tǒng)1。

其中所述電網(wǎng)的類型包括諸如低壓電網(wǎng)、高壓電網(wǎng)、超高壓電網(wǎng)等。

附圖中的流程圖和框圖顯示了根據(jù)本發(fā)明的多個實施例的系統(tǒng)、方法和計算機程序產(chǎn)品的可能實現(xiàn)的體系架構(gòu)、功能和操作。在這點上，流程圖或框圖中的每個方框可以代表一個模塊、程序段或代碼的一部分，所述模塊、程序段或代碼的一部分包含一個或多個用于實現(xiàn)規(guī)定的邏輯功能的可執(zhí)行指令。也應(yīng)當(dāng)注意，在有些作為替換的實現(xiàn)中，方框中所標注的功能也可以以不同于附圖中所標注的順序發(fā)生。例如，兩個連續(xù)的方框?qū)嶋H上可以基本并行地執(zhí)行，它們有時也可以按相反的順序執(zhí)行，這依所涉及的功能而定。也要注意的是，框圖和/或流程圖中的每個方框、以及框圖和/或流程圖中的方框的組合，可以用執(zhí)行規(guī)定的功能或操作的專用的基于硬件的系統(tǒng)來實現(xiàn)，或者可以用專用硬件與計算機指令的組合來實現(xiàn)。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且 是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權(quán)利要求。