[發明專利]動力機械裝置試驗電力回收裝置及其控制系統

在審

• 申請號: 201210457541.8
• 申請日: 2012-11-14
• 公開（公告）號: CN103812124A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 王憲宏;何廣利;金虹;任瑜;胡金岷
• 申請（專利權）人: 神華集團有限責任公司;北京低碳清潔能源研究所
• 主分類號: H02J3/28
• 分類號: H02J3/28
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 吳鵬;馬江立

技術領域

本發明涉及一種動力機械裝置試驗電力回收裝置及其控制系統。

背景技術

動力機械裝置實驗階段的電力回收利用，是普遍關注的節能課題其中，關于柴油機試驗階段的電力回收方向的研究較多。

現有技術中，主要有三種用于柴油機試驗的電力回收系統。第一種為柴油機驅動型發電機系統，在第一種系統中，由柴油機及發電機組產生的交流電在整流之后轉化為直流電，然后直流電牽引直流電動機和交流同步發電機組以獲得交流電并反饋至電網。采用第一種系統進行電力回收是運行柴油機試驗的較為穩定可靠的方法，它已經在幾個機車車輛公司中采用，例如中國南車戚墅堰機車車輛有限公司和中國北車大連機車車輛有限公司。然而，采用第一種系統進行電力回收存在多種問題，例如輸出不穩定、設備成本高、回收效率低、以及操作和機械方面的諸多問題。

第二種和第三種系統屬于直接轉換的一類。由柴油機及發電機組產生的交流電通過整流器進行處理，然后轉換為50HZ交流電并且通過晶閘管（SCR）或絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）反饋至電網。直接轉換能量回收裝置不具有運動部件，并且容易將電力反饋至電網，但是在交流電波形中仍然具有高次諧波。采用第二種和第三種系統進行電力回收的效率高、成本低，規避了采用第一種系統的大部分限制。目前，在柴油機試驗中，資陽內燃機車廠、中國南車戚墅堰機車車輛有限公司和四方車輛有限公司都利用晶閘管靜逆變器來回收電力。

然而，由于晶閘管是半控型開關元件，通過控制信號可以控制其導通而不能控制其關斷，這容易導致導通失敗。因此要求限制逆變器的角度，否則逆變器將會頻繁地工作，增加了系統損耗并且容易導致電力間歇現象、電網電流波形畸變、高次諧波增加以及輸入功率因數低等問題。因此采用晶閘管的第二種系統沒能滿足應用于柴油機試驗的全工況能量回收的要求。

伴隨著全控型器件（例如IGBT）被用作主要的電力開關器件，用于能量反饋控制系統的全控型電力開關元件有源逆變電路已經變成研究的焦點。第三種系統采用的IGBT直接轉換方法與SCR直接轉換方法相比，IGBT直接轉換方法擴展了輸入電壓范圍并且當直流輸入超過200V時更適于工作。IGBT技術輸出的電壓和電流的波形很好，并且具有簡單的濾波。SCR轉換技術輸出的波形相對較差，并且需要更大的容量和更復雜的濾波器，否則，較差的電力質量將給電網帶來更大的干擾。

綜上所述，現有技術中柴油機試驗產生的電力在直接轉換之后直接連接至電網或負載，而柴油機的測試過程中的輸出功率會劇烈變化，因此導致輸出至電網或負載的電力不穩定，這可能給負載帶來危害或給電網帶來沖擊。現有技術中的其他動力機械裝置試驗電力的回收同樣存在上述問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種動力機械裝置試驗電力回收裝置，以解決現有技術中因動力機械裝置試驗產生的電力在直接轉換之后直接連接至電網或負載而導致的輸出至電網或負載的電力不穩定，可能給負載帶來危害或給電網帶來沖擊的問題。

為了實現上述目的，本發明的第一個方面提供了一種動力機械裝置試驗電力回收裝置，包括整流器和電力儲存裝置，所述整流器的交流輸入端用于連接和動力機械裝置相連的發電機的交流輸出端，所述整流器的直流輸出端連接所述電力儲存裝置的輸入端。

在本發明的動力機械裝置試驗電力回收裝置中，所述電力儲存裝置可包括化學儲能裝置和/或物理儲能裝置。優選地，所述化學儲能裝置可包括一個電池或由多個電池組成的電池組，所述電池組中的各個電池并聯或串聯連接。而所述電池組中的各個電池可以是相同種類或不同種類的電池。同樣優選地，所述物理儲能裝置為壓縮空氣儲能裝置和/或飛輪儲能裝置。

在本發明的一個實施方式中，所述電力儲存裝置還包括與所述一個電池或所述電池組并聯或串聯連接的超級電容器。

在本發明的動力機械裝置試驗電力回收裝置中，所述電力儲存裝置還可以包括與所述一個電池或所述電池組并聯或串聯連接的壓縮空氣儲能裝置和/或飛輪儲能裝置。

在本發明的一個實施方式中，所述電力存儲裝置的輸出端用于連接直流負載。

在本發明的另一個實施方式中，還包括逆變器，所述逆變器的直流端連接所述電力存儲裝置的輸出端。所述逆變器的交流端可用于連接交流負載。或者，根據本發明的一個實施方式，進一步包括變壓器，所述變壓器的一端連接所述逆變器的交流端。而所述變壓器的另一端可以用于連接電網。另外，所述逆變器可以是雙向逆變器（儲能逆變器）。

在本發明的上述各種實施方式中，所述動力機械裝置可以為內燃機或電動機。