链式功率平衡装置及其控制方法和系统制造方法及图纸

本申请公开了链式功率平衡装置及其控制方法和系统，属于大功率电力电子技术领域。本申请包括有功级、模组级和充电级，通过控制有功级的旁路电路的分合实现有功与无功的工作模式切换，并通过调节基于全控器件的模组级实现有功功率或无功功率调节。本申请具有有功吸收、无功吸收、无功发出的三种工作状态，通过有功级的投入退出，实现了不同工作状态的快速切换，并且能够平滑、快速调节功率大小，实现电网调频、功率振荡抑制、平衡无功、不平衡负荷治理等功能，以达到改善电能质量、提高电力系统稳定性的目的。本申请利用全控型器件作为主要功率器件，具有快速调节、无谐波、占地面积小、投资少的优点。资少的优点。资少的优点。

【技术实现步骤摘要】
链式功率平衡装置及其控制方法和系统


[0001]本申请属于大功率电力电子
，具体涉及一种链式功率平衡装置及其控制方法和系统。

技术介绍

[0002]电力是目前社会使用最广泛的能源形势之一，也是实现双碳目标的重要实现方式。但是电力系统因为电能的瞬时性，即时生产、即时消费，无法大规模存储，所以导致系统需要实现功率的实时平衡，主要体现为有功功率平衡、无功功率平衡。电力系统可以按照短路容量大小分为强电网和弱电网(包括孤网或边缘地区的电网)。由于弱电网的供电能力弱、负荷波动大，功率平衡问题更加突出。
[0003]在负荷无功功率突然变化时：负荷消耗大量无功功率，发电机需要额外提供无功功率，降低了发电效率，并且系统电压降低，导致负荷设备工作异常甚至无法工作，降低生产效率；在负荷发出大量无功或无负荷时，电缆空充运行产生大量无功，导致系统电压抬升，影响电网中的设备安全。
[0004]在负荷有功功率突然变化时：负荷原本消耗的大量有功功率突然消失，即有功功率突然减少，发电端需要通过调整励磁、气门、机端电压等方法减少有功功率的输出，一旦有功变化的量超过了发电机调节能力，会导致发电系统功率不平衡，导致频率升高、电压升高，进而损坏电力系统中的设备，因此出现功率不平衡时，发电机往往会选择脱网以保护设备安全。发电机的脱网有可能使整个电网失去电源，产生更严重的后果。或原本系统无负荷，发电系统开启黑启动模式，需要有功功率的逐渐增加，与发电机配合实现黑启动。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本申请提供链式功率平衡装置，可以快速调节有功功率、无功功率，用于解决电力系统中功率不平衡问题；本申请的另一目的是提供链式功率平衡装置的控制方法，用于同时实现有功和无功的功率平衡；本申请的另一目的在于提供包含上述链式功率平衡装置的功率平衡系统。
[0006]技术方案：本申请的链式功率平衡装置，包括：
[0007]有功级，包括至少一组由功率电阻和有功级旁路电路并联的有功级子单元，通过所述有功级旁路电路控制所述功率电阻的接入，用于切换至有功功率吸收模式、无功功率吸收或发出模式中的任意一种；
[0008]模组级，包括至少一组功率模组，所述功率模组用于调节所述有功功率或所述无功功率的大小；
[0009]充电级，与所述有功级和所述模组级串联连接，所述充电级包括充电电阻和充电级旁路开关，所述充电电阻和所述充电级旁路开关并联，通过所述充电级旁路开关控制所述充电电阻的接入，用于对所述模组级充电。
[0010]在一些实施例中，还包括：
[0011]连接阻抗；
[0012]所述连接阻抗位于所述有功级和所述充电级之间，所述连接阻抗与所述有功级和所述充电级串联；
[0013]或者，
[0014]所述连接阻抗位于所述充电级和所述模组级之间，所述连接阻抗与所述充电级和所述模组级串联。
[0015]在一些实施例中，所述连接阻抗包括电抗器或变压器。
[0016]在一些实施例中，所述功率模组包括全控型器件及与其反并联的二极管。其中，全控型器件作为主要功率开关器件，能够实现高频的开通或关断控制，达到毫秒级的快速调节目的。
[0017]在一些实施例中，所述全控型器件包括IGBT、GTO或电力场效应晶体管。
[0018]在一些实施例中，所述有功级子单元之间通过串联连接。
[0019]在一些实施例中，所述功率模组之间通过串联连接。
[0020]在一些实施例中，所述功率模组包括全桥或半桥结构。
[0021]在一些实施例中，所述功率模组通过开通或关断调节所述有功功率或所述无功功率的大小，对所述功率模组的开通或关断具体是指：采用脉冲宽度调制技术或最近电平逼近技术来控制。
[0022]在一些实施例中，所述有功级旁路电路包括有功级旁路阀组或有功级旁路开关。
[0023]在一些实施例中，所述有功级旁路阀组包括晶闸管阀组；所述有功级旁路开关选自全控型固态开关、快速型开关、普通开关和隔离刀闸中的任意一种。
[0024]在一些实施例中，所述功率电阻的额定功率大于充电电阻的额定功率。其中，有功级功率电阻阻值可变，实现有功功率吸收范围大小的在线实时调节。
[0025]在一些实施例中，本申请还包括链式功率平衡装置的控制方法，应用于有功功率吸收模式，包括以下步骤：
[0026]断开所述充电级旁路开关；
[0027]分开或闭锁所述有功级旁路电路；
[0028]根据有功功率需求调节有功功率吸收大小。
[0029]在一些实施例中，链式功率平衡装置的控制方法，应用于无功功率吸收模式或无功功率发出模式，包括以下步骤：
[0030]断开所述充电级旁路开关；
[0031]闭合或触发所述有功级旁路电路；
[0032]根据无功功率需求调节有功功率吸收大小。
[0033]在一些实施例中，本申请还包括链式功率平衡系统，包括一种链式功率平衡装置，该链式功率平衡装置包括：
[0034]有功级，包括至少一组由功率电阻和有功级旁路电路并联的有功级子单元，通过所述有功级旁路电路控制所述功率电阻的接入，用于切换至有功功率吸收模式、无功功率吸收或发出模式中的任意一种；
[0035]模组级，包括至少一组功率模组，所述功率模组用于调节所述有功功率或所述无功功率的大小；
[0036]充电级，与所述有功级和所述模组级串联连接，所述充电级包括充电电阻和充电级旁路开关，所述充电电阻和所述充电级旁路开关并联，通过所述充电级旁路开关控制所述充电电阻的接入，用于对所述模组级充电。
[0037]在一些实施例中，链式功率平衡系统还包括：主开关和母线，通过所述主开关将所述链式功率平衡装置接入所述母线。
[0038]在一些实施例中，链式功率平衡系统中的所述链式功率平衡装置可以连接成星形或角形。
[0039]有益效果：与现有技术相比，本申请的链式功率平衡装置，包括有功级，包括至少一组由功率电阻和有功级旁路电路并联的有功级子单元，通过有功级旁路电路控制功率电阻的接入，用于切换至有功功率吸收模式、无功功率吸收或发出模式中的任意一种；模组级，包括至少一组功率模组，功率模组用于调节有功功率或无功功率的大小；充电级，与有功级和模组级串联连接，充电级包括充电电阻和充电级旁路开关，充电电阻和充电级旁路开关并联，通过充电级旁路开关控制充电电阻的接入，用于对模组级充电。该平衡装置具有有功吸收、无功吸收、无功发出的三种工作状态，通过有功级的投入退出，实现了不同工作状态的快速切换，并且能够平滑、快速调节功率大小，实现电网调频、功率振荡抑制、平衡无功、不平衡负荷治理等功能，以达到改善电能质量、提高电力系统稳定性的目的。
[0040]本申请的功率模组包括全控型器件及与其反并联的二极管，利用全控型器件作为主要功率器件，具有快速调节、无谐波、占地面积小、投资少的优点。
[0041]本申请的链式功率平衡装置的控制方法，应用于有功功率吸收模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.链式功率平衡装置，其特征在于，包括：有功级，包括至少一组由功率电阻(4)和有功级旁路电路并联的有功级子单元，通过所述有功级旁路电路控制所述功率电阻(4)的接入，用于切换至有功功率吸收模式、无功功率吸收模式或无功功率发出模式中的任意一种模式；模组级，包括至少一组功率模组(8)，所述功率模组(8)用于调节所述有功功率或所述无功功率的大小；充电级，与所述有功级和所述模组级串联连接，所述充电级包括充电电阻(7)和充电级旁路开关(6)，所述充电电阻(7)和所述充电级旁路开关(6)并联，通过所述充电级旁路开关(6)控制所述充电电阻(7)的接入，用于对所述模组级充电。2.根据权利要求1所述的链式功率平衡装置，其特征在于，还包括：连接阻抗(5)；所述连接阻抗(5)位于所述有功级和所述充电级之间，所述连接阻抗(5)与所述有功级和所述充电级串联；或者，所述连接阻抗(5)位于所述充电级和所述模组级之间，所述连接阻抗(5)与所述充电级和所述模组级串联。3.根据权利要求2所述的链式功率平衡装置，其特征在于，所述连接阻抗(5)包括电抗器或变压器。4.根据权利要求1所述的链式功率平衡装置，其特征在于，所述功率模组(8)包括全控型器件及与其反并联的二极管。5.根据权利要求4所述的链式功率平衡装置，其特征在于，所述全控型器件包括IGBT、GTO或电力场效应晶体管。6.根据权利要求1所述的链式功率平衡装置，其特征在于，所述有功级子单元之间串联连接。7.根据权利要求1所述的链式功率平衡装置，其特征在于，所述功率模组(8)之间串联连接。8.根据权利要求7所述的链式功率平衡装置，其特征在于，所述功率模组(8)包括全桥或半桥结构。9.根据权利要求1所述的链式功率平衡装置，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄鑫，魏星，陈辉，李成博，卢宇，方太勋，周启文，盛晓东，张磊，王超，
申请(专利权)人：南京南瑞继保工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：