一种直流电力弹簧拓扑及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种直流电力弹簧拓扑及其控制方法。其中，关键负载和非关键负载的定义与当前的交流ES类似。DCES采用了能量双向的DC/DC变换器实现，同时还采用了直流变压器的概念，改变了当前交流ES中非关键负载的位置，以实现非关键负载的电压单调地随着电网电压的变化而变化。当可再生能源发电输出的直流电压偏离正常值时，DCES既能保证关键负载电压精确地跟随给定值，又能将输入直流电压的波动转移给非关键负载，从而实现电压和功率的自动平衡。本发明专利技术特别适用于屋顶光伏发电系统和小型风力发电系统，对于直流电力系统及直流微电网的电压稳定显得尤为重要。采用本发明专利技术后，普通用户可以直接使用自身发电给关键负载供电。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于智能电网运行控制
，涉及一种应用于直流电力系统及直流微电网的直流电力弹簧拓扑结构及其控制方法。
技术介绍
新能源微电网代表了未来能源的发展趋势，是“互联网+”在能源领域的创新型应用。为此，国家能源局在可再生能源发展规划中将其作为可再生能源和分布式能源发展的重要方向。作为可再生能源微电网不可或缺的一部分，直流微电网也逐步得到普及和应用，国家对于屋顶光伏发电也有政策扶持。然而，当大量的分布式发电并网尤其是并入微电网后，由于太阳能、风能等可再生能源的间歇性和不稳定性，必然会影响直流电网电压的稳定，如何保证直流电网的稳定运行和供电功能已成为直流电网建设的重要研究课题。目前，直流电网的控制有很多种。然而，与当前交流供电系统的控制方式类似，针对直流电网的控制均是基于集中式的，无法满足未来智能电网中大范围、高比例的分布式发电并网的要求。几年前问世的电力弹簧(Electric Spring,ES)虽可以被广泛应用于分布式发电系统中，但是，ES的问世主要是针对交流微电网应用场合，还未见基于DC/DC变换器实现的直流电力弹簧(Direct Current Electric Spring，DCES)应用于直流微电网的相关报道。
技术实现思路
专利技术目的:针对上述现有技术，提出一种适用于直流微电网的直流电力弹簧拓扑及其控制方法，使得DCES能在电网电压波动的情况下实现发电量和用电量的自动平衡。
技术实现思路
:一种直流电力弹簧拓扑，包括一个双向DC/DC变换器、一个单向DC/DC变换器、第一单相H桥、第二单相H桥、第一滤波电容、第二滤波电容以及直流源；所述双向DC/DC变换器的输入连接直流源，所述双向DC/DC变换器的输出并联第一滤波电容，同时所述双向DC/DC变换器的正输出端连接电阻以及关键负载的一端，所述电阻的另一端连接可再生能源发电输出的直流电正极，所述关键负载的另一端与可再生能源发电输出的直流电负极，所述关键负载两端并联第三滤波电容；所述单向DC/DC变换器的输入连接第一单相H桥的输出，所述单向DC/DC变换器的输出并联第二滤波电容并连接第二单相H桥的输入；所述第一单相H桥的一个输入端同时连接所述直流源的负极以及所述双向DC/DC变换器的负输出端，所述第一单相H桥的另一个输入端连接可再生能源发电输出的直流电负极；非关键负载连接在所述双向DC/DC变换器的正输出端与单向DC/DC变换器的一个输出端之间，所述单向DC/DC变换器的另一个输出端连接可再生能源发电输出的直流电负极。进一步的，所述双向DC/DC变换器包括第一开管Q1、第二开关管％以及第一电感L1，所述第一电感L1的一端同时连接第一开管Q i的漏极和第二开关管Q2的源极；所述第一电感L1的另一端以及第一开管Q:的源极作为所述双向DC/DC变换器的输入，第一电感L:连接所述直流源的正极，第一开管Q1的源极连接所述直流源的负极。—种直流电力弹簧拓扑的控制方法，包括对双向DC/DC变换器的控制，对单向DC/DC变换器的控制以及对所述第一单相H桥和第二单相H桥的控制；其中，所述双向DC/DC变换器的控制包括如下步骤:I)，采集关键负载两端电压Ve，并采集经过第一开管Q1的电流i Q1，以及经过第二开关管Q2的电流i Q2；2)，将所述关键负载两端电压Ve与其参考值V ^作差得到误差值E 1；3)，将所述误差值E1经过比例积分控制，其输出值经过限幅后再减去所述电流i得到差值X1;4)，将所述误差值相反值-E 比例积分控制，其输出值经过限幅后再减去所述电流i(^得到差值X 2； 5)，将所述差值X2逻辑取反之后再跟所述差值X i进行逻辑与，其结果作为所述第一开管Q1的驱动信S 1；6)，将所述差值X1逻辑取反之后再跟所述差值X 2进行逻辑与，其结果作为所述第二开关管02的驱动信S2;控制所述第一单相H桥使得输入所述单向DC/DC变换器的电压信号始终为正电压，控制所述单向DC/DC变换器使得其输出信号和输入信号幅值相同，控制所述第二单相H桥使得:当可再生能源发电输出的直流电的电压大于额定电压值时，所述第二单相H桥与关键负载连接的输出端的电位高于所述第二单相H桥与非关键负载连接的输出端的电位；当可再生能源发电输出的直流电的电压小于额定电压值时，所述第二单相H桥与关键负载连接的输出端的电位低于所述第二单相H桥与非关键负载连接的输出端的电位。有益效果:与现有的ES相比，本专利技术的直流电力弹簧拓扑及其控制方法适用于直流微电网，例如屋顶光伏发电系统和小型风力发电系统，当再生能源发电系统输出直流电压和功率发生较大波动时，DCES既能保证关键负载的电压精确地跟踪给定值，又通过控制将波动的能量转移给非关键负载，以减少对储能装置的充放电功率，提高系统的可靠性。同时，相对于传统的ES拓扑结构而言，本专利技术的DCES拓扑采用DC/DC变换器，控制更简单。采用本专利技术后，普通用户可以直接使用自身发电给关键负载供电。【附图说明】图1是本专利技术的DCES拓扑结构图；图2是实施例中电力弹簧拓扑结构图；图3是DCES中双向DC/DC变换器的控制框图；图4是当可再生能源发电输出电压小于设定值IlOV时的仿真波形；图5是当可再生能源发电输出电压等于设定值时的仿真波形；图6是当可再生能源发电输出电压大于设定值时的仿真波形。图中各标号定义如下:1.1为直流源Vd。，1.2为第一电感L1,1.3为第一开管Q1,1.4为第二开关管Q2,1.5为第一滤波电容C1,1.6为直流电力弹簧，1.7为非关键负载RNe，1.8为关键负载Re，1.9为第三滤波电容C3，l.10为电阻R1,1.11为可再生能源发电输出的直流电Vin，1.12为反激式变换器，1.13为第二单相H桥，1.14为第一单相H桥。2.1和2.2为减法器，2.3和2.4为PI控制器，2.5和2.6为限幅，2.7和2.8为比较器，2.9和2.10为逻辑反相器，2.11和2.12为逻辑与门，2.13为关键负载两端电压采样值，2.14为关键负载两端电压参考值Ve raf，2.15和2.16为第一开管Q1和第二开关管Q 2的驱动信号。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术做更进一步的解释。如图2所示，一种直流电力弹簧拓扑包括一个双向DC/DC变换器、一个单向DC/DC变换器、第一单相H桥、第二单相H桥、第一滤波电容C1、第二滤波电容C2以及直流源V d。。直流源Vd。可以是蓄电池、能量双向的AD/DC或DC/DC电源。其中，双向DC/DC变换器包括反向并联二极管D1的第一开管Q1、反向并联二极管D2的第二开关管Q 2以及第一电感Li。第一电感L1的一端同时连接第一开管Q:的漏极和第二开关管02的源极，第一电感L 4勺另一端以及第一开管Q 4勺源极作为双向DC/DC变换器的输入，第一电感L1连接直流源V d。的正极，第一开管Q:的源极连接直流源V d。的负极。双向DC/DC变换器的输出并联第一滤波电容C1,即第一滤波电容C1连接在第一开管Q1的源极和第二开关管Q2的漏极之间。同时，第二开关管Q 2的漏极和第一滤波电容C i的公共点作为双向DC/DC变换器的正输出端连接电阻R1的一端以及关键负载1^的一端，电阻R1的另一端连接可再生能源发电输出的直流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直流电力弹簧拓扑，其特征在于：包括一个双向DC/DC变换器、一个单向DC/DC变换器、第一单相H桥、第二单相H桥、第一滤波电容、第二滤波电容以及直流源；所述双向DC/DC变换器的输入连接直流源，所述双向DC/DC变换器的输出并联第一滤波电容，同时所述双向DC/DC变换器的正输出端连接电阻以及关键负载的一端，所述电阻的另一端连接可再生能源发电输出的直流电正极，所述关键负载的另一端与可再生能源发电输出的直流电负极，所述关键负载两端并联第三滤波电容；所述单向DC/DC变换器的输入连接第一单相H桥的输出，所述单向DC/DC变换器的输出并联第二滤波电容并连接第二单相H桥的输入；所述第一单相H桥的一个输入端同时连接所述直流源的负极以及所述双向DC/DC变换器的负输出端，所述第一单相H桥的另一个输入端连接可再生能源发电输出的直流电负极；非关键负载连接在所述双向DC/DC变换器的正输出端与单向DC/DC变换器的一个输出端之间，所述单向DC/DC变换器的另一个输出端连接可再生能源发电输出的直流电负极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程明，王青松，姜云磊，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32