專利名稱：一種蓄電池儲(chǔ)能調(diào)節(jié)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電能調(diào)節(jié)裝置，特別是關(guān)于一種蓄電池儲(chǔ)能調(diào)節(jié)裝置 (PowerConditioning System, PCS)。
背景技術(shù)：
我國電網(wǎng)尚無法覆蓋全國各個(gè)區(qū)域，比如偏遠(yuǎn)地區(qū)、海上油田平臺(tái)等，這是由于遠(yuǎn) 距離輸電，不僅會(huì)造成很多電能損耗，大大提高成本，而且實(shí)現(xiàn)難度也很大。眾所周知，海上 和有些偏遠(yuǎn)地區(qū)風(fēng)資源豐富，如果能夠有效地利用風(fēng)資源，建立一個(gè)獨(dú)立電源系統(tǒng)，則可以 很好地解決“孤島電網(wǎng)”供電難的問題。但是，由于風(fēng)能的間歇性、波動(dòng)性和不可控性等特 點(diǎn)，因此需要一個(gè)蓄電池儲(chǔ)能調(diào)節(jié)裝置來平衡風(fēng)機(jī)風(fēng)力的波動(dòng)，以穩(wěn)定獨(dú)立電源系統(tǒng)的輸 出電壓和頻率，提高電能質(zhì)量。就目前已有的技術(shù)而言，適合與千瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組組成獨(dú)立電 源系統(tǒng)的蓄電池儲(chǔ)能調(diào)節(jié)裝置已有應(yīng)用，而適合與兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組組成獨(dú)立電源系統(tǒng)的蓄 電池儲(chǔ)能調(diào)節(jié)裝置現(xiàn)在還沒有，而且從千瓦級(jí)到兆瓦級(jí)的風(fēng)電獨(dú)立系統(tǒng)的電壓和頻率波動(dòng) 增大，系統(tǒng)的電壓和頻率穩(wěn)定控制面臨更大的挑戰(zhàn)，需要更加優(yōu)越的控制方法和合理的系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述問題，本實(shí)用新型的目的是提供一種易于實(shí)現(xiàn)，節(jié)約成本，且適用與兆瓦 級(jí)風(fēng)電機(jī)組組成獨(dú)立電源系統(tǒng)的蓄電池儲(chǔ)能調(diào)節(jié)裝置。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取以下技術(shù)方案一種蓄電池儲(chǔ)能調(diào)節(jié)裝置，其特 征在于，它包括至少兩個(gè)充放電管理系統(tǒng)，其的交流側(cè)均并聯(lián)接入一公共母線上后，再通 過一變壓器接入高壓主母線；每一所述充放電管理系統(tǒng)的直流端連接一蓄電池組，控制所 述蓄電池組在上、下限電壓值范圍內(nèi)與所述高壓主母線和公共母線形成的PCC點(diǎn)進(jìn)行有功 功率、無功功率的雙向調(diào)節(jié)，使所述PCC點(diǎn)的電壓和頻率穩(wěn)定；一系統(tǒng)主監(jiān)控器，其通過若 干CAN接口與各所述充放電管理系統(tǒng)進(jìn)行信息交互，并按照所述充放電管理系統(tǒng)的指令， 控制外部備用電源為所述高壓主母線供電或者控制卸載電荷消耗掉所述高壓主母線輸出 的電能，使所述PCC點(diǎn)的電壓和頻率穩(wěn)定。每一所述充放電管理系統(tǒng)包括一電壓源逆變器，其與所述PCC點(diǎn)之間進(jìn)行有功 功率、無功功率雙向調(diào)節(jié)，使所述PCC點(diǎn)的電壓和頻率穩(wěn)定；若干電能要素采樣器，采集所 述高壓主母線的實(shí)際電能要素，所述電壓源逆變器與變壓器之間的公共母線上的電能要 素，以及所述蓄電池組兩端的電壓；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，將所述電能要素采樣器采集到的各種電 能要素轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；一 DSP核心控制器，其中預(yù)設(shè)置有所述PCC點(diǎn)電壓和頻率值，以及 所述蓄電池組兩端的上、下限電壓值；所述DSP核心控制器根據(jù)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸入的 電能要素，控制所述PCC點(diǎn)電壓和頻率為預(yù)設(shè)值，同時(shí)判斷所述蓄電池組兩端的電壓值是 否超出了所述預(yù)設(shè)的上、下限電壓值，以控制所述電壓源逆變器和/或所述系統(tǒng)主監(jiān)控器 的工作。[0006]所述電能要素采樣器采集的電能要素包括電壓、頻率和電流。當(dāng)所述DSP核心控制器判斷出所述PCC點(diǎn)的實(shí)際電壓、頻率值均大于所述預(yù)設(shè)的 電壓、頻率值，且所述蓄電池組兩端的電壓值位于所述預(yù)設(shè)的上、下限電壓范圍內(nèi)時(shí)，所述 電壓源逆變器吸收有功功率，使所述PCC點(diǎn)電壓、頻率穩(wěn)定為預(yù)設(shè)值。當(dāng)所述DSP核心控制器判斷出所述PCC點(diǎn)的實(shí)際電壓、頻率值均大于所述預(yù)設(shè)的 電壓、頻率值，且所述蓄電池組兩端的電壓值與所述預(yù)設(shè)上限電壓值相等時(shí)，所述DSP核心 控制器通過所述系統(tǒng)主監(jiān)控器控制卸載負(fù)荷消耗掉所述高壓主母線輸出的電能，使所述 PCC點(diǎn)電壓、頻率穩(wěn)定為預(yù)設(shè)值。當(dāng)所述DSP核心控制器判斷出實(shí)際有功功率值小于預(yù)設(shè)的額定有功功率值，且所 述蓄電池組兩端的電壓值位于所述預(yù)設(shè)的上、下限電壓范圍內(nèi)時(shí)，所述電壓源逆變器發(fā)出 有功功率，使PCC點(diǎn)的電壓和頻率穩(wěn)定為預(yù)設(shè)值。當(dāng)所述DSP核心控制器判斷出實(shí)際有功功率值小于預(yù)設(shè)的額定有功功率值，且所 述蓄電池組兩端的電壓值位于所述預(yù)設(shè)的上、下限電壓范圍內(nèi)時(shí)，所述電壓源逆變器發(fā)出 有功功率，同時(shí)所述DSP核心控制器通過所述系統(tǒng)主監(jiān)控器啟動(dòng)所述外部備用電源給所述 高壓主母線供電，使PCC點(diǎn)的電壓和頻率穩(wěn)定為預(yù)設(shè)值。當(dāng)所述DSP核心控制器判斷出實(shí)際有功功率值小于所述預(yù)設(shè)的額定有功功率值， 且所述蓄電池組兩端的電壓值與所述預(yù)設(shè)的下限電壓值相等時(shí)，所述DSP核心控制器通過 所述系統(tǒng)主監(jiān)控器啟動(dòng)外部備用電源給所述高壓主母線供電，使PCC點(diǎn)的電壓和頻率穩(wěn)定 為預(yù)設(shè)值。還包括一上位機(jī)，其通過RS485接口與所述系統(tǒng)主監(jiān)控器進(jìn)行信息交互，以對(duì)所 述充放電管理系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測與控制；所述上位機(jī)包括一人機(jī)界面，其通過所述CAN接 口與所述系統(tǒng)主監(jiān)控器進(jìn)行信息交互，以對(duì)所述充放電管理系統(tǒng)進(jìn)行人機(jī)對(duì)話、遠(yuǎn)程控制。本實(shí)用新型由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、由于本實(shí)用新型包括至 少兩個(gè)與蓄電池組相對(duì)應(yīng)的充放電管理系統(tǒng)，且每一充放電管理系統(tǒng)采用了 DSP核心控制 器，其中預(yù)設(shè)置有一額定有功功率值和無功功率值，以及蓄電池組兩端的電壓的上、下限 值，DSP核心控制器根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸入的電能要素，計(jì)算出高壓主母線的實(shí)際有功功率 值和無功功率值，并將實(shí)際有功功率值和無功功率值分別與預(yù)設(shè)的額定有功功率值和無功 功率值進(jìn)行比較，同時(shí)判斷蓄電池組兩端的電壓值是否超出了預(yù)設(shè)的電壓上、下限，以通過 電壓源逆變器控制蓄電池組與PCC點(diǎn)之間進(jìn)行有功功率、無功功率雙向交換，因此可以很 容易地控制了 PCC點(diǎn)的頻率和電壓保持穩(wěn)定，從而提高了電能的輸出質(zhì)量，而且還適用于 與兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組組成獨(dú)立電源系統(tǒng)。2、由于本實(shí)用新型的每一蓄電池組可以直接插入對(duì) 應(yīng)的充放電管理系統(tǒng)的直流端，且每一充放電管理系統(tǒng)并聯(lián)接入一公共母線上，并分別通 過一變壓器接入高壓主母線，因此可以降低每個(gè)充放電管理系統(tǒng)的額定容量，便于實(shí)現(xiàn)。本 實(shí)用新型易于實(shí)現(xiàn)，節(jié)約了成本，且適用與兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組組成獨(dú)立電源系統(tǒng)，適用于海上 油田平臺(tái)和偏遠(yuǎn)地區(qū)的供電。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖1所示，本實(shí)用新型包括至少兩個(gè)充放電管理系統(tǒng)1、一系統(tǒng)主監(jiān)控器2和若 干CAN接口 3。其中，充放電管理系統(tǒng)1與蓄電池組4 一一對(duì)應(yīng)，每一充放電管理系統(tǒng)1的 直流端連接對(duì)應(yīng)的蓄電池組4，并控制相應(yīng)蓄電池組4進(jìn)行充放電。各充放電系統(tǒng)1分別通 過一 CAN接口 3與系統(tǒng)主監(jiān)控器2進(jìn)行信息交互，每一充放電管理系統(tǒng)1的交流側(cè)并聯(lián)接 入一公共母線5上，再通過一變壓器6接入高壓主母線7 (相當(dāng)于電網(wǎng))，公共母線5與高壓 主母線7之間的接點(diǎn)形成一 PCC點(diǎn)(Point of common coupling,公共耦合點(diǎn))，PCC點(diǎn)的 電壓和頻率值的穩(wěn)定，保證負(fù)荷11用電的穩(wěn)定。本實(shí)施例中，蓄電池組4可以采用現(xiàn)有的 鈦酸鋰電池、鈉硫電池、液流電池、鋰電池和鉛酸電池中的任一種或多種。本實(shí)用新型的每一充放電管理系統(tǒng)1包括一電壓源逆變器8、若干電能要素采樣 器9、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊10和一 DSP核心控制器11。其中，電壓源逆變器8按照DSP核心控制 器11的指令，與PCC點(diǎn)之間進(jìn)行有功功率、無功功率雙向調(diào)節(jié)，電壓源逆變器8吸收有功功 率時(shí)，即將高壓主母線7上剩余的電量存儲(chǔ)在蓄電池組4中；電壓源逆變器8發(fā)出有功功率 時(shí)，即蓄電池組4通過公共母線5給高壓主母線7供電。電能要素采樣器9用于采集高壓 主母線7的實(shí)際電能要素，電壓源逆變器8與變壓器6之間的公共母線5上的電能要素，以 及蓄電池組4兩端的電壓Vdc。電能要素通常包括電壓、頻率和電流，本實(shí)施例中，電能要素 采樣器9可以是電壓霍爾傳感器和電流霍爾傳感器。模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊10將電能要素采樣器 9采集到的各種電能要素轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。DSP核心控制器11中預(yù)設(shè)置有PCC點(diǎn)電壓和頻 率值，以及蓄電池組4兩端的上、下限電壓值。DSP核心控制器11根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊10輸 入的電能要素，控制PCC點(diǎn)電壓和頻率為預(yù)設(shè)值，同時(shí)判斷蓄電池組4兩端的電壓值是否超 出了預(yù)設(shè)的上、下限電壓值，以控制電壓源逆變器8和/或系統(tǒng)主監(jiān)控器2的工作。DSP核心控制器11對(duì)系統(tǒng)主監(jiān)控器2的控制情況是一旦判斷出蓄電池組4兩端 的電壓值大于預(yù)設(shè)的上限電壓值，DSP核心控制器11通過系統(tǒng)主監(jiān)控器2，控制卸載負(fù)荷消 耗掉高壓主母線7輸出的電能，使PCC點(diǎn)的電壓和頻率穩(wěn)定為預(yù)設(shè)值。若判斷出蓄電池組 4兩端的電壓值小于預(yù)設(shè)的下限電壓值，DSP核心控制器11通過系統(tǒng)主監(jiān)控器2，控制外部 備用電源啟動(dòng)，向高壓主母線7供電，使PCC點(diǎn)的電壓和頻率穩(wěn)定為預(yù)設(shè)值。上述實(shí)施例中，本實(shí)用新型還包括一上位機(jī)12，其通過RS485接口 13與系統(tǒng)主監(jiān) 控器2進(jìn)行信息交互，以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測與控制。上位機(jī)12還包括一人機(jī)界面 14，其通過CAN接口 3與系統(tǒng)主監(jiān)控器2進(jìn)行信息交互，以對(duì)充放電管理系統(tǒng)1進(jìn)行人機(jī)對(duì) 話、遠(yuǎn)程控制等。本實(shí)用新型對(duì)電能進(jìn)行調(diào)節(jié)的工作如下1)當(dāng)DSP核心控制器11判斷出PCC點(diǎn)的實(shí)際電壓、頻率值均大于預(yù)設(shè)的PCC點(diǎn)電 壓、頻率值，且蓄電池組4兩端的電壓值位于預(yù)設(shè)的上、下限電壓范圍內(nèi)時(shí)，電壓源逆變器8 吸收有功功率，即電壓源逆變器8將高壓主母線7中剩余的電能存儲(chǔ)在蓄電池組4中，使 PCC點(diǎn)電壓、頻率穩(wěn)定為預(yù)設(shè)值。2)當(dāng)DSP核心控制器11判斷出PCC點(diǎn)的實(shí)際電壓、頻率值均大于預(yù)設(shè)的PCC點(diǎn)電 壓、頻率值，且蓄電池組4兩端的電壓值與預(yù)設(shè)上限電壓值相等時(shí)，DSP核心控制器11通過 系統(tǒng)主監(jiān)控器2控制卸載負(fù)荷消耗掉高壓主母線7輸出的電能，使PCC點(diǎn)電壓、頻率穩(wěn)定為預(yù)設(shè)值。3)當(dāng)DSP核心控制器11判斷出PCC點(diǎn)的實(shí)際電壓頻率值小于預(yù)設(shè)的PCC點(diǎn)電壓、 頻率值，且蓄電池組4兩端的電壓值位于預(yù)設(shè)的上、下限電壓范圍內(nèi)時(shí)，電壓源逆變器8發(fā) 出有功功率，即電壓源逆變器8將蓄電池組4中存儲(chǔ)的電能通過公共母線5給高壓主母線 7供電，使PCC點(diǎn)電壓、頻率穩(wěn)定為預(yù)設(shè)值。4)當(dāng)DSP核心控制器11判斷出PCC點(diǎn)的實(shí)際電壓頻率值小于預(yù)設(shè)的PCC點(diǎn)電壓、 頻率值，且蓄電池組4兩端的電壓值與預(yù)設(shè)的下限電壓值相等時(shí)，DSP核心控制器11通過系 統(tǒng)主監(jiān)控器2啟動(dòng)外部備用電源給高壓主母線7供電，使PCC點(diǎn)電壓、頻率穩(wěn)定為預(yù)設(shè)值。本實(shí)用新型通過與PCC點(diǎn)之間的有功功率、無功功率的雙向調(diào)節(jié)，即四象限運(yùn)行。 在本實(shí)用新型與兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組組成獨(dú)立電源系統(tǒng)出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)，本實(shí)用新型可以在額定范 圍內(nèi)動(dòng)態(tài)平衡獨(dú)立電源系統(tǒng)的有功功率和無功功率，以控制PCC點(diǎn)的頻率和電壓穩(wěn)定為預(yù) 設(shè)值。上述各實(shí)施例僅用于說明本實(shí)用新型，其中各部件的結(jié)構(gòu)、連接方式都是可以有 所變化的，凡是在本實(shí)用新型技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本 實(shí)用新型的保護(hù)范圍之外。
權(quán)利要求一種蓄電池儲(chǔ)能調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，它包括至少兩個(gè)充放電管理系統(tǒng)，其的交流側(cè)均并聯(lián)接入一公共母線上后，再通過一變壓器接入高壓主母線；每一所述充放電管理系統(tǒng)的直流端連接一蓄電池組，控制所述蓄電池組在上、下限電壓值范圍內(nèi)與所述高壓主母線和公共母線形成的PCC點(diǎn)進(jìn)行有功功率、無功功率的雙向調(diào)節(jié)，使所述PCC點(diǎn)的電壓和頻率穩(wěn)定；一系統(tǒng)主監(jiān)控器，其通過若干CAN接口與各所述充放電管理系統(tǒng)進(jìn)行信息交互，并按照所述充放電管理系統(tǒng)的指令，控制外部備用電源為所述高壓主母線供電或者控制卸載電荷消耗掉所述高壓主母線輸出的電能，使所述PCC點(diǎn)的電壓和頻率穩(wěn)定。
2.如權(quán)利要求1所述的一種蓄電池儲(chǔ)能調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，每一所述充放電管理 系統(tǒng)包括一電壓源逆變器，其與所述PCC點(diǎn)之間進(jìn)行有功功率、無功功率雙向調(diào)節(jié)，使所述PCC 點(diǎn)的電壓和頻率穩(wěn)定；若干電能要素采樣器，采集所述高壓主母線的實(shí)際電能要素，所述電壓源逆變器與變 壓器之間的公共母線上的電能要素，以及所述蓄電池組兩端的電壓；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，將所述電能要素采樣器采集到的各種電能要素轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；一 DSP核心控制器，其中預(yù)設(shè)置有所述PCC點(diǎn)電壓和頻率值，以及所述蓄電池組兩端的 上、下限電壓值；所述DSP核心控制器根據(jù)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸入的電能要素，控制所述PCC點(diǎn)電壓和 頻率為預(yù)設(shè)值，同時(shí)判斷所述蓄電池組兩端的電壓值是否超出了所述預(yù)設(shè)的上、下限電壓 值，以控制所述電壓源逆變器和/或所述系統(tǒng)主監(jiān)控器的工作。
3.如權(quán)利要求2所述的一種蓄電池儲(chǔ)能調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述電能要素采樣器 采集的電能要素包括電壓、頻率和電流。
4.如權(quán)利要求1或2所述的一種蓄電池儲(chǔ)能調(diào)節(jié)裝置，其特征在于還包括一上位機(jī)， 其通過RS485接口與所述系統(tǒng)主監(jiān)控器進(jìn)行信息交互，以對(duì)所述充放電管理系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程 監(jiān)測與控制；所述上位機(jī)包括一人機(jī)界面，其通過所述CAN接口與所述系統(tǒng)主監(jiān)控器進(jìn)行 信息交互，以對(duì)所述充放電管理系統(tǒng)進(jìn)行人機(jī)對(duì)話、遠(yuǎn)程控制。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種蓄電池儲(chǔ)能調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，它包括至少兩個(gè)充放電管理系統(tǒng)，其的交流側(cè)均并聯(lián)接入一公共母線上后，再通過一變壓器接入高壓主母線；每一所述充放電管理系統(tǒng)的直流端連接一蓄電池組，控制所述蓄電池組在上、下限電壓值范圍內(nèi)與所述高壓主母線和公共母線形成的PCC點(diǎn)進(jìn)行有功功率、無功功率的雙向調(diào)節(jié)，使所述PCC點(diǎn)的電壓和頻率穩(wěn)定；一系統(tǒng)主監(jiān)控器，其通過若干CAN接口與各所述充放電管理系統(tǒng)進(jìn)行信息交互，并按照所述充放電管理系統(tǒng)的指令，控制外部備用電源為所述高壓主母線供電或者控制卸載電荷消耗掉所述高壓主母線輸出的電能，使所述PCC點(diǎn)的電壓和頻率穩(wěn)定。本實(shí)用新型易于實(shí)現(xiàn)，節(jié)約了成本，且適用與兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組組成獨(dú)立電源系統(tǒng)，適用于海上油田平臺(tái)和偏遠(yuǎn)地區(qū)的供電。
文檔編號(hào)H02J3/28GK201750159SQ20102015344
公開日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月2日
發(fā)明者尚景宏, 張建文, 曹云峰, 朱鵬, 林偉明, 羅銳, 蔡旭, 蔡翔 申請(qǐng)人:中國海洋石油總公司;中海油新能源投資有限責(zé)任公司;上海交通大學(xué)