[發明專利]輔助火電機組AGC調頻超級電容器組的電壓均衡裝置和方法

有效

• 申請號: 202110801209.8
• 申請日: 2021-07-15
• 公開（公告）號: CN113555883B
• 公開（公告）日: 2023-02-24
• 發明（設計）人: 薛磊;兀鵬越;孫鋼虎;楊沛豪;柴琦;張立松;王小輝;寇水潮;李志鵬
• 申請（專利權）人: 西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02J3/28;H02J7/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

本發明輔助火電機組AGC調頻超級電容器組的電壓均衡裝置和方法，該裝置包括64個相同單元，每個單元包括主電容、輔助電容、低電壓比較器、高電壓比較器、放電MOSFET開關和充電MOSFET開關；該方法包括：開始啟動充電過程，電壓均衡裝置使能各單元的高電壓比較器；超級電容器組的任一單元充電達到最大工作電壓，開始向本單元輔助電容充電；超級電容器組的所有單元中超過一半的單元高電壓比較器輸出高電平信號后，則停止充電過程；超級電容器組檢測到機組當前功率和調頻指令的差值，開始啟動放電過程；觸發本單元放電MOSFET開關導通，輔助電容開始放電；停止放電過程，并閉鎖各單元的低電壓比較器；重復上述充電和放電過程。本發明實現了電壓的均衡控制。

技術領域

本發明屬于電力系統自動化技術領域，具體涉及一種輔助火電機組AGC調頻超級電容器組的電壓均衡裝置和方法。

背景技術

超級電容器具有循環壽命長、功率密度大、大電流放電能力強、充電迅速、工作溫度范圍寬、安全可靠、清潔環保等突出的優點，非常適合用來輔助火電機組響應AGC調頻指令。但是，超級電容器單體電壓值較低，一般小于3V，需要通過串聯來實現較高的工作電壓，并進一步通過換流器和變壓器接入廠用電系統。

但是，由于生產工藝的限制，超級電容器單體的等效串聯電阻、漏電流、電容容量不能做到完全相同，從而導致工作中串聯電容器電壓相差較大，在充電過程中部分電容器出現過電壓狀態，在放電過程中部分電容器出現欠電壓，影響超級電容器組整體的利用率和使用壽命。

目前，應用較多的超級電容器電壓均衡方法是飛渡電容法，其原理是將電壓高的單體中的部分能量轉移到電壓低的單體中，可以實現動態和靜態均壓。根據文獻《超級電容器模塊化技術的研究》(李海東)的結論，多飛渡電容法在能量轉移過程中不得不經過其它單體，導致損耗增加，均壓速度下降，而單飛渡電容法所需元器件數量多，開關網絡復雜，控制算法繁瑣，均不適用于大功率場合。

用于輔助火電機組AGC調頻的超級電容器組容量多為MW級，因此無法使用飛渡電容法來均衡電壓。但是，因為超級電容器用于響應調頻指令時，需要長時間并到電網上，且每天充放電次數多達幾百次，因此可以采用動態均壓方法來實現電壓均衡。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，提供了一種輔助火電機組AGC調頻超級電容器組的電壓均衡裝置和方法。

本發明采用如下技術方案來實現的：

輔助火電機組AGC調頻超級電容器組的電壓均衡裝置，包括64個相同單元，每個單元包括主電容、輔助電容、低電壓比較器、高電壓比較器、放電MOSFET開關和充電MOSFET開關；

每個單元的主電容正極性端與放電MOSFET開關源極和充電MOSFET開關漏極相連接，低電壓比較器的電壓輸入端連接主電容的正極性端，低電壓比較器的輸出端連接放電MOSFET開關的柵極，高電壓比較器的電壓輸入端連接主電容的正極性端，高電壓比較器的輸出端連接充電MOSFET開關的柵極，放電MOSFET開關的漏極和充電MOSFET開關的源極相連，并連接輔助電容的正極性端，輔助電容的負極性端與主電容的負極性端相連。

本發明進一步的改進在于，所述低電壓比較器的比較電壓Ul等于超級電容器的最小工作電壓Umin。

本發明進一步的改進在于，所述高電壓比較器的比較電壓Uh等于超級電容器的最大工作電壓Umax。

本發明進一步的改進在于，輔助電容的典型電容值等于主電容的十分之一。

輔助火電機組AGC調頻超級電容器組的電壓均衡方法，該方法基于所述的輔助火電機組AGC調頻超級電容器組的電壓均衡裝置，包括以下步驟：

步驟1：火電機組接收到向下調節功率的調頻指令，超級電容器組檢測到機組當前功率和調頻指令的差值，開始啟動充電過程，電壓均衡裝置使能各單元的高電壓比較器；