[发明专利]一种快速双向切换的电能补充管理装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于电能管理技术领域，具体涉及一种快速双向切换的电能补充管理装置和方法。

背景技术

电能系统通常包括发电系统、输电系统、配电系统和用电系统，构成电网。通过用电终端，将电能传递到用户。

在小容量局域电网中，一方面，发电系统中，无论是传统的水力发电，还是新兴起的新能源发电，例如风力发电、光伏发电等方式，瞬时发电量受自然条件限制产生波动，无法维持恒定；另一方面，用电设备（即系统中的负载）可能因某种原因会产生调整，也会造成系统波动。由于电网存在惯性，难以快速响应负载变化，无法瞬时对输出的电能进行调整，很可能造成用电设备上的电能品质下降，小容量局域电网因容量有限，造成调整能力弱，在严重时甚至可能造成局域电网内停电。

为了避免上述情况的发生，小容量局域电网中需要配置储能装置，当小容量局域电网不能正常为用电设备供电时，储能装置通过吸收或释放电能来实现调节。通常配置蓄电池或蓄电池组作为储能装置。由于蓄电池或蓄电池组提供直流电，为了将其连接到通用的三相交流电网中，还需要配合使用DC-AC系统。根据蓄电池或蓄电池组与交流端电压的情况，现有的DC-AC系统的DC端有两种连接方式，一种是配合使用DC-DC系统（如图1（a）所示），另一种是不使用DC-DC系统，直接与蓄电池或蓄电池组（以下统称蓄电池组）连接（如图1（b）所示）。使用DC-DC系统的，其DC端电压更加稳定，且通常能够选择更适合系统的DC端电压。对于精度有要求的系统，通常选用配合使用DC-DC系统与DC-AC系统，从而形成一个瞬时电能补充管理装置。

实际使用时，还需要考虑蓄电池或蓄电池组的充电问题。传统的瞬时电能补充管理装置为了简化系统管理，采用额外配置蓄电池（组）充电器的方法来为蓄电池（组）充电，如图2（b）所示。

对于图2（b）示出的系统结构，DC-DC系统和DC-AC系统这两个分系统分别采用各自的控制器实现协同工作，在工作时，只能够通过先启动一个分系统，由另一个分系统检测DC端电压来达到自动配置工作状态的目的，无法实现在运行中更换工作状态的效果。

发明内容

有鉴于此，本发明一种快速双向切换的电能补充管理方案，该方案将DC-DC系统与DC-AC系统配置为双向DC-DC分系统和双向DC-AC分系统，当负载需要能量时，储能装置放电，当电网上有多余能量时，可以向储能装置充电，从而取消充电器使用，简化了系统配置。而且本发明增加主控系统，在运行中可以快速切换工作状态，加快两个分系统之间的协调。

为解决上述技术问题，本发明具体方法如下：

一种快速双向切换的电能补充管理装置，该电能补充管理装置连接在局域电网向用电设备负载供电的三相交流线路上；该装置包括储能装置、双向DC-DC分系统、双向DC-AC分系统、主控系统和控制开关；所述储能装置可充电和放电；

双向DC-DC分系统中电压低的DC端与储能装置相连，双向DC-DC分系统中电压高的DC端通过直流母线与双向DC-AC分系统的DC端相连，双向DC-AC分系统的中的AC端接入所述三相交流线路，控制开关设置在局域电网接入所述三相交流线路之前；主控系统连接双向DC-DC分系统、双向DC-AC分系统和控制开关；

双向DC-DC分系统包含待机状态、启动状态、高端电压稳定状态、充电状态；其中，

双向DC-DC分系统的待机状态：双向DC-DC分系统接收到主控系统发送的开机指令后，双向DC-DC分系统的控制部分启动，完成与主控系统的通讯握手，功率部分等待启动；

双向DC-DC分系统的启动状态：双向DC-DC分系统接收到主控系统发送的启动指令后，完成设定的变量初始化，准备进入高端电压稳定状态或充电状态；

高端电压稳定状态：双向DC-DC分系统接收到主控系统发送的高端电压稳定指令后，进入高端电压稳定状态，把储能装置的电能转换为稳定的高端电压；

充电状态：双向DC-DC分系统接收到主控系统发送的充电指令后，进入充电状态，利用高端电压给储能装置充电；

双向DC-AC分系统包含待机状态、启动状态、直流稳定状态、电流源逆变状态、电压源逆变状态、准同期调整状态；其中，

双向DC-AC分系统的待机状态：双向DC-AC分系统接收到主控系统发送的开机指令后，双向DC-AC分系统的控制部分启动，完成与主控系统的通讯握手，功率部分等待启动；