本發(fā)明屬于電力設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及電能質(zhì)量治理方向，尤其是一種削峰填谷與電能質(zhì)量綜合治理系統(tǒng)及工作方法。

(二)

背景技術(shù)：
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電廠通常為全天候持續(xù)發(fā)電，如果所發(fā)出的電無法被及時消納，用于發(fā)電的能源利用率則會降低，特別對新能源發(fā)電。一個發(fā)電廠發(fā)電能力通常是相對固定的，然而用電高峰通常在白天，這樣就造成白天電不夠用的現(xiàn)象，晚上則成為用電低谷，造成發(fā)電能源利用率降低，針對該問題電力系統(tǒng)通過峰谷分時電價手段將一部分高峰負(fù)荷挪到低谷期，以達(dá)到節(jié)約能源的目的。

峰谷分時電價是指根據(jù)電網(wǎng)的負(fù)荷變化情況，將每天24小時劃分為高峰、平段、低谷等多個時段，對各時段分別制定不同的電價水平，以鼓勵用電客戶合理安排用電時間，削峰填谷，提高電力資源的利用效率。然而很多企業(yè)生產(chǎn)時間相對固定，因此通過儲能方式實現(xiàn)削峰填谷已經(jīng)被越來越多企業(yè)采用。尤其隨著蓄電池和電力電子技術(shù)的發(fā)展，基于蓄電池大容量削峰填谷模式已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。

對于對供電可靠性要求較高的高端制造業(yè)，相應(yīng)的解決方案主要為重要敏感負(fù)荷配置不間斷電源(UPS——Uninterrupted power supply)，在線式UPS在線損耗較大且成本較高，后備式UPS響應(yīng)速度較慢無法滿足敏感負(fù)荷的要求，同時不間斷電源也是基于蓄電池儲能實現(xiàn)，從而導(dǎo)致削峰填谷儲能系統(tǒng)與不間斷電源儲能系統(tǒng)重復(fù)使用，大大增加了生產(chǎn)投資，降低了企業(yè)用電效率。

同時隨著諧波污染，功率因數(shù)低，三相不平衡等電能質(zhì)量問題日益凸顯，相應(yīng)的解決方案主要有源濾波器(APF——Active power filters)，靜止無功補償發(fā)生器(SVG——Static Var Generator)等，但由于這些電能質(zhì)量治理設(shè)備功能單一，同樣大大增加了企業(yè)生產(chǎn)投資。

(三)

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的在于提出一種削峰填谷與電能質(zhì)量綜合治理系統(tǒng)及工作方法，它可以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，是一種結(jié)構(gòu)簡單，操作方便的電能質(zhì)量管理系統(tǒng)，通過使用背靠背三相逆變器，同時將供電系統(tǒng)與負(fù)荷之間串入雙向晶閘管模塊，不但可以通過蓄電池儲能實現(xiàn)基于峰谷電價的削峰填谷功能，而且可以實現(xiàn)不間斷電源功能、諧波補償功能、無功補償功能和三相不平衡補償功能。通過削峰填谷功能可以為企業(yè)大量節(jié)省用電成本，通過不間斷電源功能可以減少企業(yè)不間斷電源用量，通過電能質(zhì)量治理可以提高企業(yè)用電經(jīng)濟效益。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種削峰填谷與電能質(zhì)量綜合治理系統(tǒng)，包括電網(wǎng)、變壓器T1、重要負(fù)荷M2、電壓互感器PT1、電流互感器CT1、電壓互感器PT2和電流互感器CT2，其特征在于它包括三相逆變器模塊INV1、三相逆變器模塊INV2、直流支撐電容、雙向晶閘管模塊、控制器I、控制器II、變壓器T2、直流母線、直流-直流變換器和蓄電池；其中，所述三相逆變器模塊INV1與三相逆變器模塊INV2呈直流側(cè)背靠背連接方式；所述直流支撐電容并聯(lián)在三相逆變器模塊INV1與三相逆變器模塊INV2的直流側(cè)之間；所述的雙向晶閘管模塊的輸入端與電網(wǎng)內(nèi)變壓器T1的低壓側(cè)連接，其輸出端與重要負(fù)荷M2相連；所述控制器I的輸入端分別通過電壓互感器PT1和電流互感器CT1采集雙向晶閘管模塊的輸入端與三相逆變器模塊INV2的交流側(cè)的電壓采樣信號與電流采樣信號，同時通過電壓互感器PT2和電流互感器CT2分別采三相逆變器模塊INV1交流側(cè)的電壓采樣信號和電流采樣信號；所述控制器I的輸出端分別與雙向晶閘管模塊、三相逆變器模塊INV1與三相逆變器模塊INV2的輸入端連接；所述控制器II的輸入端采集直流母線上的電壓采樣信號，其輸出端與直流-直流變換器的輸入端連接；所述變壓器T2的高壓側(cè)與電網(wǎng)電源AC連接，其低壓側(cè)與逆變器INV2的交流側(cè)連接；所述直流母線與三相逆變器模塊INV1與三相逆變器模塊INV2的直流側(cè)連接，同時與直流-直流變換器的網(wǎng)側(cè)連接；所述蓄電池連接在直流-直流變換器的元器件側(cè)。

所述雙向晶閘管模塊由三個雙向晶閘管組成。

所述蓄電池組由蓄電池單體以串并聯(lián)的方式組成。

所述直流支撐電容可以是電解電容，也可以是薄膜電容。

所述三相逆變器模塊INV1與三相逆變器模塊INV2的電路結(jié)構(gòu)可以是三相橋逆變器結(jié)構(gòu)、三電平逆變器結(jié)構(gòu)或三個單相逆變器結(jié)構(gòu)中的一種與LCL濾波器組成。

所述變壓器T2為三相變壓器，低壓側(cè)通常為380V或400V，高壓側(cè)通常為6kV或10kV。

所述直流-直流變換器模塊是升壓降壓電路或基于高頻變壓器的直流-直流變換器。

一種削峰填谷與電能質(zhì)量綜合治理系統(tǒng)的工作方法，其特征在于它包括以下步驟：

(1)當(dāng)電網(wǎng)的系統(tǒng)電源AC正常時，三相逆變器模塊INV1和三相逆變器模塊INV2工作在電流源模式，控制器I輸出SCR信號觸發(fā)雙向晶閘管模塊導(dǎo)通；

(2)對于電網(wǎng)中的一般負(fù)荷則可由系統(tǒng)電源AC通過變壓器T1直接供電，對于重要負(fù)荷M2，則需要系統(tǒng)電源AC通過變壓器T1和雙向晶閘管模塊共同實現(xiàn)供電；

(3)三相逆變器模塊INV1啟動功能包括有源濾波、無功補償、三相不平衡補償功能；當(dāng)當(dāng)前電價處于低谷時，三相逆變器模塊INV2工作在可控整流模式下為蓄電池充電；當(dāng)當(dāng)前電價處于峰值時，三相逆變器模塊INV2工作在逆變模式下，將蓄電池存儲能量放出為一般負(fù)荷和重要負(fù)荷M2提供能量，以減少系統(tǒng)電源AC用電量；

(4)控制器I通過電流互感器CT1和電流互感器CT2采集三相逆變器模塊INV1和三相逆變器模塊INV2的輸出電流，實現(xiàn)逆變器電流跟蹤控制；控制器II通過控制直流-直流變換器對蓄電池進行充放電控制；

(5)當(dāng)電網(wǎng)的系統(tǒng)電源AC發(fā)生電壓故障時，控制器I通過電壓互感器PT1檢測判斷出電壓故障后，三相逆變器模塊INV1立即停止電流源工作模式，并通過反壓脈沖方法或負(fù)荷電流轉(zhuǎn)移方法實現(xiàn)雙向晶閘管的有效關(guān)斷，其工作狀態(tài)由電流源模式切換到電壓源模式，控制器I通過電壓互感器PT2實現(xiàn)三相逆變器模塊INV1輸出電壓閉環(huán)控制以確保重要負(fù)荷M2保持正常工作；

(6)蓄電池組通過直流-直流變換器向三相逆變器模塊INV1交流輸出提供能量，三相逆變器模塊INV1作為電壓源以維持重要負(fù)荷M2的正常工作；三相逆變器模塊INV2停止工作；

(7)當(dāng)系統(tǒng)電源AC恢復(fù)正常后，三相逆變器模塊INV1則退出電壓源工作模式并再次啟動電流源工作模式，雙向晶閘管被導(dǎo)通以維持負(fù)荷的正常工作，三相逆變器模塊INV2繼續(xù)啟動工作。

本發(fā)明的優(yōu)越性：1、本使用了可快速關(guān)斷晶閘管技術(shù)，不但具有極快的響應(yīng)速度、待機效率高、工作穩(wěn)定，而且結(jié)構(gòu)簡單，有效地節(jié)約了產(chǎn)品成本，便于維護，易于操作，性價比較高；2、可以實現(xiàn)有源濾波，無功補償，三相不平衡補償功能；3、同時具備電力削峰填谷功能和不間斷電源功能，這樣不僅為企業(yè)節(jié)省用電成本，還可以提高企業(yè)經(jīng)濟效益。

(四)附圖說明：

圖1為本發(fā)明所涉一種削峰填谷與電能質(zhì)量綜合治理系統(tǒng)的電路原理示意圖。

圖2為本發(fā)明所涉一種削峰填谷與電能質(zhì)量綜合治理系統(tǒng)中蓄電池組的組模方式結(jié)構(gòu)示意圖。

(五)具體實施方式：

實施例：一種削峰填谷與電能質(zhì)量綜合治理系統(tǒng)(見圖1)，包括電網(wǎng)、變壓器T1、重要負(fù)荷M2、電壓互感器PT1、電流互感器CT1、電壓互感器PT2和電流互感器CT2，其特征在于它包括三相逆變器模塊INV1、三相逆變器模塊INV2、直流支撐電容、雙向晶閘管模塊、控制器I、控制器II、變壓器T2、直流母線、直流-直流變換器和蓄電池；其中，所述三相逆變器模塊INV1與三相逆變器模塊INV2呈直流側(cè)背靠背連接方式；所述直流支撐電容并聯(lián)在三相逆變器模塊INV1與三相逆變器模塊INV2的直流側(cè)之間；所述的雙向晶閘管模塊的輸入端與電網(wǎng)內(nèi)變壓器T1的低壓側(cè)連接，其輸出端與重要負(fù)荷M2相連；所述控制器I的輸入端分別通過電壓互感器PT1和電流互感器CT1采集雙向晶閘管模塊的輸入端與三相逆變器模塊INV2的交流側(cè)的電壓采樣信號與電流采樣信號，同時通過電壓互感器PT2和電流互感器CT2分別采三相逆變器模塊INV1交流側(cè)的電壓采樣信號和電流采樣信號；所述控制器I的輸出端分別與雙向晶閘管模塊、三相逆變器模塊INV1與三相逆變器模塊INV2的輸入端連接；所述控制器II的輸入端采集直流母線上的電壓采樣信號，其輸出端與直流-直流變換器的輸入端連接；所述變壓器T2的高壓側(cè)與電網(wǎng)電源AC連接，其低壓側(cè)與逆變器INV2的交流側(cè)連接；所述直流母線與三相逆變器模塊INV1與三相逆變器模塊INV2的直流側(cè)連接，同時與直流-直流變換器的網(wǎng)側(cè)連接；所述蓄電池連接在直流-直流變換器的元器件側(cè)。

所述雙向晶閘管模塊由三個雙向晶閘管組成。

所述蓄電池組由蓄電池單體以串并聯(lián)的方式組成(見圖2)。

所述直流支撐電容可以是電解電容，也可以是薄膜電容。

所述三相逆變器模塊INV1與三相逆變器模塊INV2的電路結(jié)構(gòu)可以是三相橋逆變器結(jié)構(gòu)、三電平逆變器結(jié)構(gòu)或三個單相逆變器結(jié)構(gòu)中的一種與LCL濾波器組成。

所述變壓器T2為三相變壓器，低壓側(cè)通常為380V或400V，高壓側(cè)通常為6kV或10kV。

所述直流-直流變換器模塊是升壓降壓電路或基于高頻變壓器的直流-直流變換器。

一種削峰填谷與電能質(zhì)量綜合治理系統(tǒng)的工作方法，其特征在于它包括以下步驟：

(1)當(dāng)電網(wǎng)的系統(tǒng)電源AC正常時，三相逆變器模塊INV1和三相逆變器模塊INV2工作在電流源模式，控制器I輸出SCR信號觸發(fā)雙向晶閘管模塊導(dǎo)通；

(2)對于電網(wǎng)中的一般負(fù)荷則可由系統(tǒng)電源AC通過變壓器T1直接供電，對于重要負(fù)荷M2，則需要系統(tǒng)電源AC通過變壓器T1和雙向晶閘管模塊共同實現(xiàn)供電；

(3)三相逆變器模塊INV1啟動功能包括有源濾波、無功補償、三相不平衡補償功能；當(dāng)當(dāng)前電價處于低谷時，三相逆變器模塊INV2工作在可控整流模式下為蓄電池充電；當(dāng)當(dāng)前電價處于峰值時，三相逆變器模塊INV2工作在逆變模式下，將蓄電池存儲能量放出為一般負(fù)荷和重要負(fù)荷M2提供能量，以減少系統(tǒng)電源AC用電量；

(4)控制器I通過電流互感器CT1和電流互感器CT2采集三相逆變器模塊INV1和三相逆變器模塊INV2的輸出電流，實現(xiàn)逆變器電流跟蹤控制；控制器II通過控制直流-直流變換器對蓄電池進行充放電控制；

(5)當(dāng)電網(wǎng)的系統(tǒng)電源AC發(fā)生電壓故障時，控制器I通過電壓互感器PT1檢測判斷出電壓故障后，三相逆變器模塊INV1立即停止電流源工作模式，并通過反壓脈沖方法或負(fù)荷電流轉(zhuǎn)移方法實現(xiàn)雙向晶閘管的有效關(guān)斷，其工作狀態(tài)由電流源模式切換到電壓源模式，控制器I通過電壓互感器PT2實現(xiàn)三相逆變器模塊INV1輸出電壓閉環(huán)控制以確保重要負(fù)荷M2保持正常工作；

(6)蓄電池組通過直流-直流變換器向三相逆變器模塊INV1交流輸出提供能量，三相逆變器模塊INV1作為電壓源以維持重要負(fù)荷M2的正常工作；三相逆變器模塊INV2停止工作；

(7)當(dāng)系統(tǒng)電源AC恢復(fù)正常后，三相逆變器模塊INV1則退出電壓源工作模式并再次啟動電流源工作模式，雙向晶閘管被導(dǎo)通以維持負(fù)荷的正常工作，三相逆變器模塊INV2繼續(xù)啟動工作。