CN105958488A - 基于超级电容储能***的微电网电能装置 - Google Patents

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滕华强
楼志斌
吴维华
章关明
吴卫明
郭佳伟
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Abstract

本发明提供了一种基于超级电容储能***的微电网电能装置，包括：***母线、监控及数据采集单元，固定负载和负载开关，所述监控及数据采集单元与所述***母线相连接，所述负载开关控制所述***母线与所述固定负载的连通或断开，其中所述***母线上接入有固定的无功功率补偿装置，以限制无功功率的传输。

Description

基于超级电容储能***的微电网电能装置
技术领域
本发明涉及一种基于超级电容储能***的微电网电能装置。
背景技术
为了缓解能源危机与环境压力，当今许多国家都在大力倡导发展清洁能源和可再生能源发电，并提倡节约电力。同时，随着数字时代的到来，用户对供电可靠性和电能质量的要求也愈来愈高。为此，一些有前瞻性的国家如美国、欧洲、加拿大、澳大利亚和中国等都相继提出建设″智能电网″，并已开展了一些相关的研究与实践活动。智能电网正得到全球越来越多的重视，成为未来电网的重要发展趋势之一。
智能电网概念的提出及***性研究，也促使人们更多地关注传统大电网模式的缺陷，关注当今社会对能源和电力供应的质量以及安全可靠性的要求。微电网是以分布式发电技术为基础，以靠近分散型资源或用户的小型电站为主，结合终端用户电能质量管理和能源梯级利用技术形成的小型模块化、分散式的供能网络。微电网是智能电网的重要组成部分，能实现内部电源和负荷的一体化运行，并通过和主电网的协调控制，可平滑接入主网或独立自治运行，充分满足用户对电能质量、供电可靠性和安全性的要求。
发明内容
针对业界的上述技术发展方向，本发明提供了一种新颖的基于超级电容储能***的微电网电能装置。该微电网电能装置可以充分利用超级电容器本身的优点，采用性能一致性较高的单体组成超级电容器组，并结合电能质量监测装置以及控制单元，形成可控的超级电容器储能***。通过该基于超级电容储能***的微电网电能装置在电力微网中的应用，可以显著提高微网的工作效率，加强微网的可靠性。
具体的，本发明提供了一种基于超级电容储能***的微电网电能装置，包括：***母线、监控及数据采集单元，固定负载和负载开关，所述监控及数据采集单元与所述***母线相连接，所述负载开关控制所述***母线与所述固定负载的连通或断开，其中所述***母线上接入有固定的无功功率补偿模块，以限制无功功率的传输。
较佳地，在上述的微电网电能装置中，所述无功功率补偿模块是并联于所述固定负载上的并联电容。
较佳地，在上述的微电网电能装置中，进一步包括：与所述固定负载相连接的超级电容补偿器。
较佳地，在上述的微电网电能装置中，所述超级电容储能***进一步包括电容器组，所述电容器组经由开关连接至所述***母线。
较佳地，在上述的微电网电能装置中，所述电容器组包括八个超级电容器单体，所述八个超级电容器单体采用两个并联再四个串联的结构。
较佳地，在上述的微电网电能装置中，在所述结构中，双向升降压变换器分别与相邻的两个超级电容器单体相连接。
较佳地，在上述的微电网电能装置中，当检测到所述相邻的两个超级电容器单体的电压有明显差异时，所述双向升降压变换器被激活，以工作于某一单向变换模式；且当检测到所述相邻的两个超级电容器单体的电压达到均衡时，所述双向升降压变换器停止工作。
较佳地，在上述的微电网电能装置中，所述超级电容储能***进一步包括：连接于所述***母线和所述电容器组之间的变压器、由控制单元控制的晶闸管变换器以及连接于所述晶闸管变换器和电容器组之间的开关。
较佳地，在上述的微电网电能装置中，所述开关是极性开关。
较佳地，在上述的微电网电能装置中，在对所述超级电容储能***进行充电时，通过所述晶闸管变换器的交流至直流变换将电流注入所述电容器组；而在所述超级电容储能***进行放电时，所述控制单元切换所述极性开关，通过基于所述晶闸管变换器的直流至直流变换向所述***母线输出功率。
应当理解，本发明以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为本发明提供进一步的解释。
附图说明
图1示出了根据本发明的微电网电能装置的一个实施例的示意图。
图2示出了超级电容储能***的一个实施例的示意图。
图3示出了超级电容器组的电压均衡电路图。
具体实施方式
首先参考图1，图1示出了根据本发明的微电网电能装置的一个实施例的示意图。
如图所示，本发明的基于超级电容储能***的微电网电能装置100主要包括：***母线101、监控及数据采集单元102，固定负载103和负载开关104。
其中，所述监控及数据采集单元102与所述***母线101相连接。该监控及数据采集单元102用于监视负载端的电压、电流、相位角以及电能质量情况。所述负载开关104控制所述***母线101与所述固定负载103的连通或断开。
特别是，所述***母线104上接入有固定的无功功率补偿模块105，以限制无功功率的传输。较佳地，所述无功功率补偿模块105是并联于所述固定负载上的并联电容。该无功功率补偿模块105不仅可以降低传输线路热损耗，也可以起到保持负载电压在调节范围之内的作用。
较佳地，还可以设置与所述固定负载103相连接的超级电容补偿器106。
现在转到图2，图2示出了超级电容储能***的一个实施例的示意图。该超级电容储能***107进一步包括电容器组108，所述电容器组108经由开关连接至所述***母线101。较佳地，所述电容器组108可以包括八个超级电容器单体，所述八个超级电容器单体采用两个并联再四个串联的结构，如图3所示。在该结构中，双向升降压变换器分别与相邻的两个超级电容器单体相连接，其优选采用低导通阻抗的MOSFET器件和快恢复二极管，并工作于断续运行模式。这种接法的好处在于：器件并联可以减少串联支路之间的容值差异，也可以降低电压的不均衡程度，缓解均压电路的压力。
根据上述结构，当检测到所述相邻的两个超级电容器单体的电压有明显差异时，所述双向升降压变换器被激活，以工作于某一单向变换模式；且当检测到所述相邻的两个超级电容器单体的电压达到均衡时，所述双向升降压变换器停止工作。
此外，在图2所示的实施例中，所述超级电容储能***107可以进一步包括：连接于所述***母线101和所述电容器组108之间的变压器110、由控制单元111控制的晶闸管变换器112以及连接于所述晶闸管变换器112和电容器组108之间的开关113。所述开关113优选是极性开关。
根据上述结构，在对所述超级电容储能***进行充电时，通过所述晶闸管变换器的交流至直流变换将电流注入所述电容器组；而在所述超级电容储能***进行放电时，所述控制单元切换所述极性开关，通过基于所述晶闸管变换器的直流至直流变换向所述***母线输出功率。此外，图2所示的聚集线圈114可以用于平滑充放电电流在其平均值附近的波动，减小因变换器高频运行带来的高频电流分量，从而控制超级电容器输出电流的谐波成分。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于超级电容储能***的微电网电能装置，其特征在于，包括：***母线、监控及数据采集单元，固定负载和负载开关，所述监控及数据采集单元与所述***母线相连接，所述负载开关控制所述***母线与所述固定负载的连通或断开，其中所述***母线上接入有固定的无功功率补偿装置，以限制无功功率的传输。
2.如权利要求1所述的微电网电能装置，其特征在于，所述无功功率补偿模块是并联于所述固定负载上的并联电容。
3.如权利要求1所述的微电网电能装置，其特征在于，进一步包括：与所述固定负载相连接的超级电容补偿器。
4.如权利要求1所述的微电网电能装置，其特征在于，所述超级电容储能***进一步包括电容器组，所述电容器组经由开关连接至所述***母线。
5.如权利要求4所述的微电网电能装置，其特征在于，所述电容器组包括八个超级电容器单体，所述八个超级电容器单体采用两个并联再四个串联的结构。
6.如权利要求5所述的微电网电能装置，其特征在于，在所述结构中，双向升降压变换器分别与相邻的两个超级电容器单体相连接。
7.如权利要求6所述的微电网电能装置，其特征在于，当检测到所述相邻的两个超级电容器单体的电压有明显差异时，所述双向升降压变换器被激活，以工作于某一单向变换模式；且当检测到所述相邻的两个超级电容器单体的电压达到均衡时，所述双向升降压变换器停止工作。
8.如权利要求4所述的微电网电能装置，其特征在于，所述超级电容储能***进一步包括：连接于所述***母线和所述电容器组之间的变压器、由控制单元控制的晶闸管变换器以及连接于所述晶闸管变换器和电容器组之间的开关。
9.如权利要求8所述的微电网电能装置，其特征在于，所述开关是极性开关。
10.如权利要求9所述的微电网电能装置，其特征在于，在对所述超级电容储能***进行充电时，通过所述晶闸管变换器的交流至直流变换将电流注入所述电容器组；而在所述超级电容储能***进行放电时，所述控制单元切换所述极性开关，通过基于所述晶闸管变换器的直流至直流变换向所述***母线输出功率。
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