一種儲能離網(wǎng)逆變器提高不間斷供電功率因數(shù)的系統(tǒng)及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及供電網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，尤其涉及供電網(wǎng)絡(luò)不間斷的供電系統(tǒng)及方法。系統(tǒng)包括：第一供電支路，包括市電供電單元，市電供電單元可控制地向負(fù)載供電；第二供電支路，與第一供電支路并聯(lián)于負(fù)載的兩端，第二供電支路上連接逆變器單元，逆變器單元向負(fù)載供電，逆變器單元于第一工作狀態(tài)時，單獨向負(fù)載輸出恒定的電壓和頻率；逆變器單元于第二工作狀態(tài)時，通過控制逆變器單元的輸出電壓和逆變器單元的輸出電壓與市電供電單元的輸出電壓之間的相位夾角，來調(diào)整第一供電支路的功率因數(shù)。當(dāng)市電正常時，逆變器通過控制其輸出電壓和其與市電之間的相位夾角來提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，當(dāng)市電異常時，由儲能離網(wǎng)逆變器單獨為負(fù)載供電，提高了負(fù)載供電可靠性。
【專利說明】
-種儲能離網(wǎng)逆變器提高不間斷供電功率因數(shù)的系統(tǒng)及控制 方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及供電網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，尤其設(shè)及供電網(wǎng)絡(luò)不間斷的供電方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，大電網(wǎng)與分布式發(fā)電相結(jié)合被世界上很多能源電力專家公認(rèn)為是能夠節(jié)省 投資、降低能耗、提高電網(wǎng)安全性和靈活性的主要方法，是21世紀(jì)電力工業(yè)的發(fā)展方向。分 布式發(fā)電中可再生能源風(fēng)能和太陽能作為清潔能源，取之不盡用之不竭，但是由于受天氣 條件變化的影響，其輸出功率具有隨機(jī)波動性、間歇性、不穩(wěn)定性，特別是隨著其大規(guī)模并 入電網(wǎng)，給電力系統(tǒng)生產(chǎn)和運行帶來極大的挑戰(zhàn)。
[0003] W分布式發(fā)電技術(shù)為基礎(chǔ)，集分布式電源、儲能單元和可控負(fù)荷于一體的微網(wǎng)，是 未來智能電網(wǎng)建設(shè)的重要組成部分。儲能單元作為微網(wǎng)中必不可少的環(huán)節(jié)，可W保證分布 式供電的均衡性和連續(xù)性W及降低突發(fā)事件對系統(tǒng)的影響，在提高新能源發(fā)電并網(wǎng)性能、 改善供電電能質(zhì)量、平衡發(fā)電功率與負(fù)荷需求、提高電能利用效率、降低系統(tǒng)動態(tài)變化等方 面起著重要的作用。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中公開了一種用于分布式發(fā)電的能量路由器，該方法可W根據(jù)穩(wěn)定電源 和新能源非穩(wěn)定電源的工作狀況實時調(diào)整負(fù)載電源的不同供電方式，但由于控制靜態(tài)開關(guān) 的開通或關(guān)斷會不可避免的導(dǎo)致負(fù)載的瞬時斷電，導(dǎo)致影響供電網(wǎng)絡(luò)的工作性能，譬如穩(wěn) 定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于，提供一種儲能離網(wǎng)逆變器提高不間斷供電功率因數(shù)的系統(tǒng)及 控制方法，W解決現(xiàn)有技術(shù)的供電單元給負(fù)載供電不穩(wěn)定的技術(shù)問題，并在市電供電模式 下提高負(fù)載的功率因數(shù)。
[0006] -種儲能離網(wǎng)逆變器提高不間斷供電功率因數(shù)的系統(tǒng)，包括：
[0007] -第一供電支路，包括一市電供電單元，所述市電供電單元通過一第一開關(guān)單元 可控制地向一負(fù)載供電；
[000引一第二供電支路，與所述第一供電支路并聯(lián)于所述負(fù)載的兩端，所述第二供電支 路上連接一逆變器單元，所述逆變器單元用于將一直流輸入電壓轉(zhuǎn)換為交流輸出電壓W向 所述負(fù)載供電，W及
[0009] 所述逆變器單元于第一工作狀態(tài)時，單獨向所述負(fù)載輸出恒定的電壓和頻率；
[0010] 所述逆變器單元于第二工作狀態(tài)時，通過控制所述逆變器單元的輸出電壓W及所 述逆變器單元的輸出電壓與市電供電單元的輸出電壓之間的相位夾角，來調(diào)整所述第一供 電支路的功率因數(shù)cosS，S表示逆變器單元的輸出電壓V。與市電供電單元的電流Ig之間的夾 角。
[0011] 優(yōu)選地，所述逆變器單元通過一串聯(lián)于所述第二供電支路中的第二開關(guān)單元可控 制地向所述負(fù)載供電。
[0012] 優(yōu)選地，所述第一開關(guān)單元為繼電器開關(guān)。
[0013] 優(yōu)選地，所述逆變器單元為單相儲能離網(wǎng)逆變器或Ξ相儲能逆變器。
[0014] -種儲能離網(wǎng)逆變器提高不間斷供電功率因數(shù)的方法，基于提高儲能離網(wǎng)逆變器 不間斷供電的系統(tǒng)，所述方法包括：
[0015] 步驟1，判斷所述市電供電單元是否正常工作;如果是，執(zhí)行步驟2,如果否，執(zhí)行步 驟3;
[0016] 步驟2,閉合第二開關(guān)單元，所述市電供電單元和所述逆變器單元同時向所述負(fù)載 供電，并通過控制所述逆變器單元的輸出電壓W及所述逆變器單元的輸出電壓與所述市電 供電單元的輸出電壓之間的相位夾角，從而調(diào)整所述第一供電支路的功率因數(shù)cosS，其中δ 表示逆變器單元的輸出電壓V。與市電供電單元的輸出電流Ig之間的夾角；
[0017] 步驟3,斷開第一開關(guān)單元，所述逆變器單元單獨向所述負(fù)載輸出恒定的電壓和頻 率。
[0018] 優(yōu)選地，通過對所述市電供電單元的輸出電壓進(jìn)行鎖相的方式，來控制所述逆變 器單元的輸出電壓W及所述逆變器單元的輸出電壓與所述市電供電單元的輸出電壓之間 的相位夾角。
[0019] 優(yōu)選地，所述鎖相的方法包括：
[0022] 其中，V。表示逆變器單元的輸出電壓，L1為所述第一供電支路中電感的電感值， iload_l表不負(fù)載電流iload的正序基波電流，Vg表不市電供電單兀的輸出電壓，α表不Vg與Vc之 間的夾角；
[0023] 所述逆變器單元根據(jù)公式（1)、（2)求出的VcW及α對所述市電供電單元的輸出電 壓進(jìn)行跟蹤，并在鎖相的基礎(chǔ)上實現(xiàn)V。和Vg相位相差曰。
[0024] 優(yōu)選地，所述步驟3還包括：
[0025] 當(dāng)所述市電供電單元工作異常時，斷開第一開關(guān)單元，待其正常工作后，所述逆變 器單元繼續(xù)對所述市電供電單元進(jìn)行鎖相。
[00%]本發(fā)明記載了一種提高儲能離網(wǎng)逆變器不間斷供電的方法和系統(tǒng)，當(dāng)市電正常工 作時，儲能離網(wǎng)逆變器通過控制其輸出電壓和其與市電之間的相位夾角來提高電網(wǎng)的功率 因數(shù)；當(dāng)市電異常時，由儲能離網(wǎng)逆變器單獨為負(fù)載供電，并且輸出恒定的電壓和頻率，實 現(xiàn)對負(fù)載的不間斷供電，提高了負(fù)載供電可靠性。
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發(fā)明的一種儲能離網(wǎng)逆變器提高不間斷供電功率因數(shù)的系統(tǒng)的框圖；
[0028] 圖2是儲能離網(wǎng)逆變器和市電的電壓相位及市電電流相位的矢量圖。
[0029] 圖1中L1為電感，i康示離網(wǎng)儲能逆變器輸出電流，iiDa康示負(fù)載電流。
[0030] 圖2中Vg表示市電的輸出電壓，V。表示逆變器的輸出電壓，ΔΥ表示市電和逆變器的 輸出電壓的矢量差值，α表示市電和逆變器的輸出電壓之間的夾角，Ig表示市電流入負(fù)載的 電流，Θ表示Ig和V。之間夾角，β表示A V和V。之間夾角，δ表示V。與Ig之間的夾角。
【具體實施方式】
[0031] 本發(fā)明的一種儲能離網(wǎng)逆變器提高不間斷供電功率因數(shù)的系統(tǒng)，包括：
[0032] -第一供電支路，包括一市電供電單元，市電供電單元通過一第一開關(guān)單元可控 制地向一負(fù)載供電；
[0033] -第二供電支路，與第一供電支路并聯(lián)于負(fù)載的兩端，第二供電支路上連接一逆 變器單元，逆變器單元用于將一直流輸入電壓轉(zhuǎn)換為交流輸出電壓W向負(fù)載供電，W及
[0034] 逆變器單元于第一工作狀態(tài)時，單獨向負(fù)載輸出恒定的電壓和頻率；
[0035] 逆變器單元于第二工作狀態(tài)時，通過控制逆變器單元的輸出電壓W及逆變器單元 的輸出電壓與市電供電單元的輸出電壓之間的相位夾角，來調(diào)整第一供電支路的功率因數(shù) cos δ，δ表示逆變器單元的輸出電壓V。與市電供電單元的電流I g之間的夾角。
[0036] 如圖1所示，具體地，第一供電支路為市電電路，包括一市電供電單元和第一開關(guān) K1，市電供電單元兩端的電壓大小為Vg;第二供電支路為逆變器單元的工作電路，該逆變器 單元輸出端的輸出電壓為V。。
[0037] 當(dāng)市電電路和逆變器單元都正常工作時，閉合第一開關(guān)K1和第二開關(guān)K2,此時，逆 變器單元處于第二工作狀態(tài)，逆變器通過控制V。和Vg之間的相位夾角α來提高整個電網(wǎng)的功 率因數(shù)cosS，提高電能的利用效率。當(dāng)市電電路出現(xiàn)異常時，逆變器單元處于另一工作狀 態(tài)，由逆變器單元單獨為負(fù)載供電，為其輸出恒定的電壓和頻率，實現(xiàn)了對負(fù)載的不間斷供 電，提高了負(fù)載供電可靠性。而所串聯(lián)的第一開關(guān)K1能夠在市電電路出現(xiàn)異常時，自動切斷 市電電路，保證線路的安全。
[0038] 本發(fā)明優(yōu)選的實施方式，第一供電支路還包括一第一電感，第一電感串聯(lián)于第一 供電支路上。
[0039] 具體地，在市電電路串聯(lián)一電感L1，能夠保證逆變器可W調(diào)整市電輸出電壓和市 電輸出電流之間的相位夾角。
[0040] 本發(fā)明優(yōu)選的實施方式，逆變器單元通過一串聯(lián)于第二供電支路中的第二開關(guān)單 元可控制地向負(fù)載供電。
[0041 ]具體地，與逆變器單元串聯(lián)一第二開關(guān)K2，防止逆變器單元出現(xiàn)異常時，自動切斷 逆變器的工作支路，保證電路的安全。
[0042] 本發(fā)明優(yōu)選的實施方式，第一開關(guān)單元為繼電器開關(guān)。
[0043] 繼電器開關(guān)起著過流保護(hù)，過壓保護(hù)的作用，屬于一種自動開關(guān)，當(dāng)市電中的電流 或電壓過大時，繼電器開關(guān)會自動跳閩，斷開所在的電路，防止線路進(jìn)一步損壞。
[0044] 本發(fā)明優(yōu)選的實施方式，逆變器單元為單相儲能離網(wǎng)逆變器或Ξ相儲能逆變器。
[0045] -種提高儲能離網(wǎng)逆變器不間斷供電的方法，基于一種提高儲能離網(wǎng)逆變器不間 斷供電的系統(tǒng)，包括：
[0046] 步驟1，判斷市電供電單元是否正常工作;如果是，執(zhí)行步驟2,如果否，執(zhí)行步驟3;
[0047] 步驟2,閉合第二開關(guān)單元，市電供電單元和逆變器單元同時向負(fù)載供電，并通過 控制逆變器單元的輸出電壓W及逆變器單元的輸出電壓與市電供電單元的輸出電壓之間 的相位夾角，從而調(diào)整第一供電支路的功率因數(shù)cosS，其中δ表示逆變器單元的輸出電壓Vc 與市電供電單元的輸出電流Ig之間的夾角；
[0048] 步驟3，斷開第一開關(guān)單元，逆變器單元單獨向負(fù)載輸出恒定的電壓和頻率。
[0049] 具體地，當(dāng)市電電路正常工作時，第一開關(guān)K1和第二開關(guān)K2都閉合，負(fù)載由市電電 路供電；并通過控制VcW及V。與Vg之間的夾角α，來控制S，運時負(fù)載由市電電路和逆變器單 元同時供電，同時起到改善電網(wǎng)功率因數(shù)的作用。當(dāng)市電電路出現(xiàn)異常時，第一開關(guān)Κ1斷 開，逆變器單元單獨向負(fù)載輸出恒定的電壓和頻率，W使負(fù)載得到持續(xù)的電壓，穩(wěn)定負(fù)載的 工作。本發(fā)明優(yōu)選的實施方式，通過對市電供電單元的輸出電壓進(jìn)行鎖相的基礎(chǔ)上，來控制 逆變器單元的輸出電壓W及逆變器單元的輸出電壓與市電供電單元的輸出電壓之間的相 位夾角。
[0050] 具體地，鎖相就是某一信號跟蹤另一個信號的相位和頻率，使得與另一個信號的 相位保持同步。如圖2所示，當(dāng)逆變器單元的輸出電壓W及兩電壓的相位夾角α保持不變后， 市電供電單元和逆變器的電壓矢量差值A(chǔ) V也固定不變，運樣就能夠得到一固定的市電供 電單元的輸出電壓與市電供電單元的輸出電流之間的相位夾角δ，從而得到穩(wěn)定的cosS值， 也就是得到穩(wěn)定的市電的功率因數(shù)。而功率因數(shù)是衡量電氣設(shè)備效率高低的一個系數(shù)，代 表了電網(wǎng)的負(fù)載能力大小，功率因數(shù)低，說明電路用于交變磁場轉(zhuǎn)換的無功功率大，從而降 低了設(shè)備的利用率，增加了線路供電損失。
[0051] 本發(fā)明優(yōu)選的實施方式，所述鎖相的方式包括：
[0054] 其中，Vc表示逆變器單元的輸出電壓，L1為第一供電支路中電感的電感值，iiD3d_i 表示負(fù)載電流i load的正序基波電流，Vg表示市電供電單元的輸出電壓，α表示Vg與Vc之間的 夾角；
[0055] 逆變器單元根據(jù)公式（1)、（2)求出的VcW及α對市電供電單元的輸出電壓進(jìn)行跟 蹤，并在鎖相的基礎(chǔ)上實現(xiàn)V。和Vg相位相差α。
[0056] 公式(1)、（2)具體的推導(dǎo)過程如下：
[0057] 市電供電單元通過與市電供電單元串聯(lián)的電感L1與逆變器并聯(lián)共同向負(fù)載供電， 其中市電供電單元的輸出功率為：
[005引 Pg = VcIg cos目=VcIg sinP (3)
[0059] 而市電供電單元通過電感LI流向負(fù)載的電流為：
[0060] lg=AV/(c〇b) (4)
[0061 ]則市電供電單元輸出功率重寫為：
[0062] Pg = VcAVsh0/(c〇b) (5)
[0063] 參見圖2中的矢量圖，根據(jù)正弦定理有：
[0064]
(校）
[0065] 將公式(6)帶入公式(5)得到市電供電單元輸出流向負(fù)載的功率：
[0066]
(7)
[0067] 由公式(7)可W知道，當(dāng)市電供電單元的電壓相位超前逆變器的輸出電壓的相位， 市電供電單元向負(fù)載提供能量，在(0-f)區(qū)間內(nèi)，市電供電單元向負(fù)載提供的能量隨著α增 加而增加;在相同α角度，電感L1越小，市電供電單元向負(fù)載提供的能量越大。
[0068] 設(shè)市電供電單元的輸出電壓為一個標(biāo)準(zhǔn)的正弦波形，則電感L1兩端的電壓為Vli (t)=Vgsin( wt)-Vcsin( ω?-α)，流過L1 的電流Ig(t)為：
[0069] Ig(t) = Ig sin(wt-S) (8)由W上公式可W推導(dǎo)得出：
[0072] 從(9)、（10)兩式可W看出，由于市電供電單元的輸出電壓是不可改變的，為了得 到L1上所期望電流，只能通過調(diào)節(jié)逆變器的輸出電壓幅值V。和相位夾角α來實現(xiàn)。
[0073] 對負(fù)載電流ilDad進(jìn)行離散傅立葉變換，可W求出其包含的正序基波電流為ilD3d_l。 在市電供電單元和逆變器都正常工作時，為了保證市電功率因數(shù)較好，此時市電通過電感 L1給負(fù)載的供電電流Ig=iiD3d_i時，電網(wǎng)的功率因數(shù)為cosS。
[0074] 為此，當(dāng)?shù)玫浇o定的iiD3d_i和δ時，從公式(9)、（10)可得到上述的公式(1)、（2)。
[0075] 從公式（1)，（2)可W看出，對于我們要跟蹤的電感L1上的理想電流，可W計算出要 跟蹤的電壓。其中δ為設(shè)定值，設(shè)定的δ越小，提高電網(wǎng)功率因數(shù)cosS作用就越大，同時輸出 功率也越大。
[0076] 上述實施方式通過調(diào)整逆變器的輸出電壓V。和該輸出電壓V。與市電供電單元的輸 出電壓V。之間的相位夾角〇,從而控制逆變器系統(tǒng)的功率因數(shù)，實現(xiàn)負(fù)載的不間斷供電，提 高了負(fù)載供電可靠性。
[0077] 本發(fā)明優(yōu)選的實施方式，步驟3還包括：當(dāng)市電供電單元工作異常時，斷開第一開 關(guān)單元，待其正常工作后，逆變器單元繼續(xù)對市電供電單元進(jìn)行鎖相。
[0078] 具體地，當(dāng)市電供電單元出現(xiàn)異常不能正常時，為了保證能夠持續(xù)地給負(fù)載進(jìn)行 供電，當(dāng)市電供電單元斷電后，第一開關(guān)K1斷開，逆變器單元繼續(xù)對負(fù)載輸送固定的電壓和 電流。直到市電供電單元恢復(fù)正常工作，逆變器單元繼續(xù)從步驟1開始執(zhí)行，并對市電供電 單元的輸出電壓進(jìn)行鎖相，使市電供電單元和逆變器單元同時對負(fù)載進(jìn)行供電。
[0079] W上所述僅為本發(fā)明較佳的實施例，并非因此限制本發(fā)明的實施方式及保護(hù)范 圍，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，應(yīng)當(dāng)能夠意識到凡運用本發(fā)明說明書及圖示內(nèi)容所做出的 等同替換和顯而易見的變化所得到的方案，均應(yīng)當(dāng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種儲能離網(wǎng)逆變器提高不間斷供電功率因數(shù)的系統(tǒng)，其特征在于，包括： 一第一供電支路，包括一市電供電單元，所述市電供電單元通過一第一開關(guān)單元可控 制地向一負(fù)載供電； 一第二供電支路，與所述第一供電支路并聯(lián)于所述負(fù)載的兩端，所述第二供電支路上 連接一逆變器單元，所述逆變器單元用于將一直流輸入電壓轉(zhuǎn)換為交流輸出電壓以向所述 負(fù)載供電，以及 所述逆變器單元于第一工作狀態(tài)時，單獨向所述負(fù)載輸出恒定的電壓和頻率； 所述逆變器單元于第二工作狀態(tài)時，通過控制所述逆變器單元的輸出電壓以及所述逆 變器單元的輸出電壓與市電供電單元的輸出電壓之間的相位夾角，來調(diào)整所述第一供電支 路的功率因數(shù)(3〇8δ，δ表示逆變器單元的輸出電壓V。與市電供電單元的電流I g之間的夾角。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲能離網(wǎng)逆變器提高不間斷供電功率因數(shù)的系統(tǒng)，其特征在 于，所述第一供電支路還包括一第一電感，所述第一電感串聯(lián)于所述第一供電支路上。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲能離網(wǎng)逆變器提高不間斷供電功率因數(shù)的系統(tǒng)，其特征在 于，所述逆變器單元通過一串聯(lián)于所述第二供電支路中的第二開關(guān)單元可控制地向所述負(fù) 載供電。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲能離網(wǎng)逆變器提高不間斷供電功率因數(shù)的系統(tǒng)，其特征在 于，所述第一開關(guān)單元為繼電器開關(guān)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲能離網(wǎng)逆變器提高不間斷供電功率因數(shù)的系統(tǒng)，其特征在 于，所述逆變器單元為單相儲能離網(wǎng)逆變器或三相儲能逆變器。6. -種儲能離網(wǎng)逆變器提高不間斷供電功率因數(shù)的方法，其特征在于，基于權(quán)利要求 1-5任何一項所述的儲能離網(wǎng)逆變器提高不間斷供電功率因數(shù)的系統(tǒng)，所述方法包括： 步驟1，判斷所述市電供電單元是否正常工作;如果是，執(zhí)行步驟2，如果否，執(zhí)行步驟3; 步驟2,閉合第二開關(guān)單元，所述市電供電單元和所述逆變器單元同時向所述負(fù)載供 電，并通過控制所述逆變器單元的輸出電壓和所述逆變器單元的輸出電壓與所述市電供電 單元的輸出電壓之間的相位夾角，來調(diào)整所述第一供電支路的功率因數(shù)cod，其中S表示逆 變器單元的輸出電壓V。與市電供電單元的輸出電流I g之間的夾角； 步驟3,斷開第一開關(guān)單元，所述逆變器單元單獨向所述負(fù)載輸出恒定的電壓和頻率。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的儲能離網(wǎng)逆變器提高不間斷供電功率因數(shù)的方法，其特征在 于，通過對所述市電供電單元的輸出電壓進(jìn)行鎖相的方式，來控制所述逆變器單元的輸出 電壓和所述逆變器單元的輸出電壓與所述市電供電單元的輸出電壓之間的相位夾角。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的儲能離網(wǎng)逆變器提高不間斷供電功率因數(shù)的方法，其特征在 于，所述鎖相的方法包括：其中，V。表不逆變器單元的輸出電壓，L1為所述第一供電支路中電感的電感值，i load」表 示負(fù)載電流ii〇ad的正序基波電流，Vg表示市電供電單元的輸出電壓，α表示V#V。之間的夾 角； 所述逆變器單元根據(jù)公式(1)、（2)求出的V。以及α對所述市電供電單元的輸出電壓進(jìn)行 跟蹤，并在鎖相的基礎(chǔ)上實現(xiàn)V。和卩8相位相差α。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的儲能離網(wǎng)逆變器提高不間斷供電功率因數(shù)的方法，其特征在 于，所述步驟3還包括： 當(dāng)所述市電供電單元工作異常時，斷開第一開關(guān)單元，待其正常工作后，所述逆變器單 元繼續(xù)對所述市電供電單元進(jìn)行鎖相。
【文檔編號】H02J9/06GK106059058SQ201610560306
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月15日
【發(fā)明人】龍英文, 孫玉鴻
【申請人】上海追日電氣有限公司