[發(fā)明專利]基于飛輪儲能的直流方式電壓凹陷抑制裝置及方法

有效

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• 申請日: 2013-09-25
• 公開（公告）號: CN103532159A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭常寶;高斌;李懷遷;包自力;蘇國友;馮文雄;夏冰
• 申請（專利權(quán)）人: 馬鋼（集團）控股有限公司;馬鞍山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: H02J3/30
• 分類號: H02J3/30;H02J3/12
• 代理公司: 蕪湖安匯知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34107
• 代理人: 張小虹

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力設(shè)備領(lǐng)域，具體為一種基于飛輪儲能的直流方式電壓凹陷抑制裝置及方法。

背景技術(shù)

隨著我國國民經(jīng)濟和現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，用電規(guī)模越來越大，用電環(huán)境越來越復(fù)雜，無論是企業(yè)、政府還是普通用戶，對提高供電的可靠性、改善電能質(zhì)量都提出了越來越高的要求。在現(xiàn)代化企業(yè)中，大量的智能控制設(shè)備和自動化程度很高的用電設(shè)備相繼投入使用，如變頻器、機器人、自動生產(chǎn)線、精密加工設(shè)備以及計算機信息系統(tǒng)等，這些設(shè)備對電壓凹陷十分敏感，甚至20ms左右的電壓凹陷就可能造成停產(chǎn)或產(chǎn)品質(zhì)量的下降，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟損失。據(jù)統(tǒng)計，一般自動化程度很高的工業(yè)用戶每年要遭受1O～50次與電能質(zhì)量問題有關(guān)的事故，而其中因電壓凹陷造成的事故數(shù)約占事故總數(shù)的83%，因此電壓凹陷已成為威脅許多重要用戶供電可靠性的主要原因之一，必須對其進行有效、快速地檢測和抑制。

交流機變頻調(diào)速具有平滑、調(diào)速范圍寬、效率高特性好、結(jié)構(gòu)簡單、機械特性硬、保護功能齊全等優(yōu)點，運行平穩(wěn)安全可靠，在生產(chǎn)過程中能獲得最佳速度參數(shù)，是理想的調(diào)速方式。應(yīng)用實踐證明，交流電機變頻調(diào)速一般能節(jié)電30%，變頻調(diào)速技術(shù)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用。交直交變頻器具有低電壓保護的功能，對于具有直流側(cè)低電壓保護的交直交變頻器可采用直流電壓凹陷抑制技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

針對以上現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明提供一種基于飛輪儲能的直流方式電壓凹陷抑制裝置及方法解決電壓凹陷問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

該裝置包括飛輪、直流無刷電機、三相橋式變流器、直流接觸器和控制模塊，飛輪處在真空中，飛輪與直流無刷電機同軸相連，直流無刷電機與三相橋式變流電路的交流側(cè)相連，三相橋式變流電路的直流側(cè)串聯(lián)直流接觸器后接到直流母線。

所述的三相橋式變流器的主電路采用半橋拓撲結(jié)構(gòu)，主電路交流側(cè)采用三相對稱的無中線連接方式接入到直流無刷電機交流側(cè)，主電路直流側(cè)通過直流接觸器接到直流母線，主電路的每個橋臂由功率開關(guān)管組成。

所述的功率開關(guān)管由絕緣柵雙極晶體管和二極管反并聯(lián)連接組成。

所述的控制模塊包括直流電源、驅(qū)動電路、DSP、單片機、調(diào)理電路、溫度檢測單元、電壓檢測單元、電流檢測單元、速度檢測單元、鍵盤輸入和液晶顯示；溫度檢測單元、電壓檢測單元、電流檢測單元、速度檢測單元采集的信號分別通過調(diào)理電路傳送給DSP，DSP通過驅(qū)動電路對變流電路進行控制，單片機分別與DSP、鍵盤輸入和液晶顯示連接。

一種基于飛輪儲能的直流方式電壓凹陷抑制方法，包括以下步驟：

步驟1、充電模式，直流接觸器閉合，三相橋式變流器的變流電路工作在逆變狀態(tài)，直流無刷電機將電能轉(zhuǎn)換為機械能，帶動飛輪加速旋轉(zhuǎn)，電能轉(zhuǎn)換為機械能存儲在飛輪中，當(dāng)飛輪轉(zhuǎn)速上升到額定轉(zhuǎn)速，充電結(jié)束，裝置轉(zhuǎn)到保持模式；

步驟2、保持模式，直流接觸器斷開，變流器不工作，飛輪儲能保持；

步驟3、放電模式，電網(wǎng)電壓發(fā)生凹陷使直流母線電壓低于下限值時，直流接觸器閉合，飛輪拖動電機發(fā)出交流電，變流器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電供給直流母線，維持直流母線電壓穩(wěn)定。

所述的直流無刷電機既可運行在電動狀態(tài)，也可運行在發(fā)電狀態(tài)；運行在電動狀態(tài)時將電能轉(zhuǎn)換為機械能儲存在高速旋轉(zhuǎn)的飛輪上，運行在發(fā)電狀態(tài)時，將儲存在飛輪上的機械能轉(zhuǎn)換為電能。

所述的變流電路可工作在逆變狀態(tài)，將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，也可工作在整流狀態(tài)，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，直流接觸器閉合，變流器的直流側(cè)接到直流母線。

在充電模式下，轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制飛輪的轉(zhuǎn)速，用三相六開120°導(dǎo)通方式控制變流器，對導(dǎo)通的器件用PWM脈沖控制。

在放電模式下，電壓、電流雙閉環(huán)控制直流母線電壓，用三相六開120°導(dǎo)通方式控制變流器，對導(dǎo)通的器件用PWM脈沖控制。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：（1）該裝置結(jié)合飛輪儲能的特點，解決了電壓凹陷問題；（2）該裝置安裝在對直流電壓具有低電壓保護功能的對電壓暫降敏感的交直交變頻器的直流母線上，能夠避免此類變頻器由于電壓凹陷停止工作對生產(chǎn)的影響；（3）單片機連接鍵盤和顯示器，具有人機接口的作用；（4）本發(fā)明具有可靠性高、速度快、使用壽命長、損耗小、無污染等特點。（5）單片機與DSP采用Modbus協(xié)議進行通訊，傳輸可靠，信號穩(wěn)定。

附圖說明

圖1基于飛輪儲能的直流方式電壓凹陷抑制裝置的主電路原理圖；

圖2基于飛輪儲能的直流方式電壓凹陷抑制裝置的控制電路框圖；