[發(fā)明專利]支持電網(wǎng)控制的虛擬慣性的電源

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201780007510.3
• 申請(qǐng)日: 2017-01-20
• 公開（公告）號(hào): CN108701996B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許樹源;E.瓦分舒密
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 香港大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J3/18
• 分類號(hào): H02J3/18
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 呂傳奇;申屠偉進(jìn)

提供了一種消費(fèi)產(chǎn)品電源，并且該消費(fèi)產(chǎn)品電源包括：電網(wǎng)電力轉(zhuǎn)換器，該電網(wǎng)電力轉(zhuǎn)換器耦合到電網(wǎng)；能量存儲(chǔ)元件，該能量存儲(chǔ)元件耦合到電網(wǎng)電力轉(zhuǎn)換器，該電網(wǎng)電力轉(zhuǎn)化器向能量存儲(chǔ)元件提供中間電壓；負(fù)載電力轉(zhuǎn)換器，該負(fù)載電力轉(zhuǎn)換器耦合到能量存儲(chǔ)元件并向負(fù)載提供恒定電力；以及電力控制器，該電力控制器測(cè)量電網(wǎng)的狀態(tài)變量，其中，電力控制器基于電網(wǎng)的狀態(tài)變量控制電網(wǎng)電力轉(zhuǎn)換器，以幫助穩(wěn)定電網(wǎng)。

背景技術(shù)

電網(wǎng)必須始終能夠平衡發(fā)電和耗電。如果耗電負(fù)載突然增加，則必須立即相應(yīng)地增加遞送的電力。當(dāng)今，這是通過一系列電力平衡步驟來實(shí)現(xiàn)的。首先，可以從供應(yīng)電網(wǎng)的傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性立即遞送額外的電力。這種額外的電力生產(chǎn)導(dǎo)致電網(wǎng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低以及電網(wǎng)的電頻率的相應(yīng)降低。降低的電頻率用作級(jí)聯(lián)的下一步驟的控制信號(hào)，即主要電力控制（例如，添加額外的蒸汽或燃料以增加發(fā)電機(jī)輸出）。此外，隨著頻率下降，諸如電動(dòng)機(jī)的頻率相關(guān)負(fù)載也汲取更少的電力，進(jìn)一步有助于穩(wěn)定電網(wǎng)。

在未來的電網(wǎng)中，預(yù)計(jì)大多數(shù)電力將由分散的可再生能源產(chǎn)生。大多數(shù)電力源將使用電子逆變器饋入電力，該電子逆變器對(duì)負(fù)載或頻率變化的反應(yīng)方式不同于當(dāng)今的傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)。隨著可再生能源取代傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)，當(dāng)電網(wǎng)上負(fù)載增加時(shí)，用以立即供應(yīng)額外的電力需求的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性的可用性將減少[1]。此外，越來越多的電動(dòng)機(jī)使用電子逆變器，其工作獨(dú)立于電網(wǎng)頻率而不會(huì)自動(dòng)降低耗電。這兩種趨勢(shì)都導(dǎo)致控制電網(wǎng)穩(wěn)定性越來越困難。

有建議將“虛擬慣性”添加到饋入逆變器的控制[2] [3] [4] [5]。該方法使諸如電池或電容器的蓄電元件放電，允許饋入逆變器在頻率衰減時(shí)遞送額外的電力。然而，現(xiàn)有的饋入逆變器不易修改，并且由于其成本和長(zhǎng)壽命而不會(huì)很快被替換。此外，向電網(wǎng)添加電力存儲(chǔ)是昂貴的，因此將其保持在最低限度是有益的。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，需要新的方法，設(shè)備和機(jī)器來替換在傳統(tǒng)電網(wǎng)中發(fā)生的一系列電力平衡步驟。本發(fā)明提供了具有虛擬慣性控制的新穎且有利的電源，以及用于補(bǔ)償電網(wǎng)電力需求變化的方法。本發(fā)明的電源可以控制從電網(wǎng)汲取的電力，向電網(wǎng)供應(yīng)電力，或者基于例如電網(wǎng)頻率，電網(wǎng)電壓和負(fù)載需求來控制給予負(fù)載的電力的量。電負(fù)載可以是消耗電力并且具有存儲(chǔ)電力的能力的任何東西（例如，具有燈驅(qū)動(dòng)器的燈，具有電子逆變器的電動(dòng)機(jī)，具有AC/DC轉(zhuǎn)換器的IT設(shè)備等）。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，許多帶有其電源的負(fù)載可以各自補(bǔ)償電網(wǎng)電力需求的一小部分突然變化。本發(fā)明可以通過例如工業(yè)或政府標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)。

在一個(gè)實(shí)施例中，用于電負(fù)載的電源包括：第一電力轉(zhuǎn)換器，其適于連接到電網(wǎng)；連接到第一電力轉(zhuǎn)換器的電能存儲(chǔ)器；以及第二電力轉(zhuǎn)換器，其連接到蓄電器并適于為電負(fù)載供電；其中，第一電力轉(zhuǎn)換器適于使用電網(wǎng)對(duì)電能存儲(chǔ)器充電；并且其中第一電力轉(zhuǎn)換器至少部分地由電網(wǎng)的狀態(tài)變量控制。另外，第一電力轉(zhuǎn)換器可以適于通過從電能存儲(chǔ)器提取電力來向電網(wǎng)提供電力。此外，第二電力轉(zhuǎn)換器可以至少部分地由電負(fù)載所需的電力的量控制，并且在一些條件下可以減少供應(yīng)給負(fù)載的電力。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的實(shí)施例的示意圖，該實(shí)施例具有兩個(gè)功率級(jí)，能量存儲(chǔ)器和電網(wǎng)狀態(tài)相關(guān)的控制電路。

圖2是傳統(tǒng)功率因數(shù)校正電路的示意圖。

圖3是圖示了傳統(tǒng)PFC控制電路的示意圖，如圖2所示。

圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有虛擬慣性頻率控制的功率因數(shù)校正電路的示意圖。

圖5是圖4的實(shí)施例的控制電路的示意圖。

圖6是本發(fā)明的實(shí)施例的示意圖，該實(shí)施例能夠向LED負(fù)載提供恒定的電力傳輸。

圖7是本發(fā)明的實(shí)施例的示意圖，該實(shí)施例具有兩個(gè)功率級(jí)和附加的充電轉(zhuǎn)換器。

圖8a是圖示了各種電解電容器的電容器能量含量對(duì)體積的曲線圖。

圖8b是圖示了存儲(chǔ)50Ws能量所需的電容器能量和體積大小的曲線圖。