一种分布式电源高压直流接入系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种分布式电源高压直流接入系统及其控制方法，所述分布式电源高压直流接入系统由N个三端口功率变换子模块构成，N为大于1的自然数，每个三端口功率变换子模块包括一个输入端口、一个输出端口和一个双向端口，各三端口功率变换子模块的输入端口分别连接独立的直流电源、双向端口均相互并联、输出端口则分别依次串联连接，N个三端口功率变换子模块中的输入端口均各自独立控制以调节每个直流电源的输入功率，每个三端口功率变换子模块双向端口的电压始终正比于其输出端口的电压，以此自动实现各三端口功率变换模块双向端口电压的稳定和输出端口电压的均压控制，控制方法简单、可靠、易于扩展，特别适合中高压直流并网等应用场合。

Distributed power supply high voltage DC access system and control method thereof

The invention discloses a high voltage DC Distributed Power access system and its control method, high voltage DC access system of the distributed power supply by N three port power transform sub module, N is a natural number more than 1, each of the three port power transform sub module includes an input port, an output port and a bidirectional the DC power supply, input port, port three port power converter module are respectively connected with independent bidirectional ports are parallel to each other, the output port is respectively connected in series, the N input port three port power conversion module are independently controlled by adjusting each input power DC power supply, the voltage of each of the three port power transform sub module of bidirectional port is always proportional to the output port, in order to realize the automatic three port bidirectional port voltage power conversion module The control method is simple, reliable and easy to expand, which is especially suitable for medium and high voltage DC connection.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种直流供电系统，尤其涉及一种分布式电源高压直流接入系统及其控制方法，属于电力电子变换及直流供电系统领域。
技术介绍
随着能源危机和环境污染问题的加剧，光伏、风电等分布式新能源发电得到越来越广泛的关注。目前新能源发电通常接入交流大电网，但是由于光伏等新能源发电装置输出为直流且电压较低，为了将其输出功率并入交流大电网需要经过多个功率变换环节且需要体积笨重的变压器。近年来，直流技术已经在发电、输电、配电和用电等电能变换的各个环节得到了越来越广泛的应用，如果将新能源发电输出的直流电直接接入中高压直流配电网，不仅使得电网能够更好地接纳分布式电源和直流负荷，减少功率变换环节，提高电力系统中新能源发电渗透率和运行效率，而且可以显著提高配电网的可靠性和设备利用率、降低并网系统的复杂性，因此分布式电源的高压直流接入技术得到了越来越多的关注。为了解决高压侧功率器件电压应力过高的问题，分布式电源高压直流接入系统通常采取多功率变换模块在高压输出侧串联的结构，如专利(公开号：CN105553273A)和专利(公开号：CN105610325A)中都采用了多变换器模块输出侧串联的结构。在上述结构中，主要需要解决两个关键问题：(1)高压直流输出侧的串联均压问题；(2)分布式电源的独立控制问题。然而，上述两个问题都尚未能在已经公开的方案中得到有效的解决。对于专利(公开号：CN105553273A)公开的技术方案，其各个分布式电源是各自相互独立的，因此理论上能够实现各分布式电源的独立控制。然而，由于各变换器模块在高压直流侧串联连接，各模块的输出电压与各模块的输出功率完全成正比，因此，分布式电源的独立功率控制必然导致高压直流侧各模块的不均压，如果各模块在直流输出侧是完全均压的，那么与各功率模块相连的分布式电源则很难实现独立控制、无法使得每个分布式电源都工作在最大功率输出状态。对于专利(公开号：CN105610325A)公开的技术方案，其采用了模块化的输入并联输出串联结构，因此高压直流侧的串联均压不存在问题，但是该系统所有的功率模块都连接至公共的输入源，无法实现多个分布式电源的接入。除了上述问题，分布式电源高压直流接入系统的分布式控制是需要解决的另外一个关键问题。如果能在不依赖于任何通讯、不采用任何集中控制器并且在各功率模块不共享任何控制信息的前提下，实现各功率模块完全分布式、独立的控制，在分布式控制前提下每个模块独立自主实现各分布式电源的独立控制和高压直流输出侧的串联均压，则可以最大程度的保证整个分布式电源高压直流接入系统的可靠性和模块化。然而，到目前为止，在公开的技术资料中尚未查阅到针对该问题的有效解决方案。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种分布式电源高压直流接入系统及其控制方法，实现各分布式电源的独立控制、各功率变换子模块的自主均压控制以及各功率变换子模块完全独立自主的分布式控制。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：本专利技术所述的分布式电源高压直流接入系统由N个三端口功率变换子模块、N个独立的低压直流输入源(Vin_1、Vin_2……Vin_N)和一个高压直流源(VG)构成，N为大于1的自然数；所述三端口功率变换子模块包含一个输入端口、一个输出端口和一个双向端口，其中输出端口与输入端口是电气隔离的；每个三端口功率变换子模块的输入端口相互独立并分别连接一个独立的低压直流输入源，每个三端口功率变换子模块的双向端口彼此并联连接，各个三端口功率变换子模块的输出端口依次串联连接、且串联连接后的总输出并联连接至高压直流源(VG)。所述三端口功率变换子模块的实现方式采用以下三种方式中的任意一种：方式一：采用一个集成的三端口直流变换器同时提供输入端口、输出端口和双向端口；方式二：采用非隔离变换器与隔离变换器组合提供输入端口、输出端口和双向端口，其中非隔离变换器的输入作为三端口功率变换子模块的输入端口，非隔离变换器的输出连接至隔离变换器的输入，并将非隔离变换器的输出与隔离变换器的输入共同作为三端口功率变换子模块的双向端口，隔离变换器的输出作为三端口功率变换子模块的输出端口；方式三：采用两个隔离变换器组合提供输入端口、输出端口和双向端口，其中一个隔离变换器的输入作为三端口功率变换子模块的输入端口，同时该隔离变换器的输出连接至另外一个隔离变换器的输入、并作为三端口功率变换子模块的双向端口，另外一个隔离变换器的输出作为三端口功率变换子模块的输出端口。所述分布式电源高压直流接入系统中各个三端口功率变换子模块的控制是相互独立的，每个三端口功率变换子模块的具体控制方法如下：(1)输入端口电压、电流和功率的控制完全独立于输出端口和双向端口电压、电流和功率的控制，即输入端口仅根据各自所连接低压直流输入源的特性决定其输入端口电压、电流和功率的大小；(2)三端口功率变换子模块实时采样其输出端口的电压Vo_i(i＝1，2，...，N)，采样得到的输出端口的电压首先乘以固定的、大于零的比例系数k，然后将得到的结果叠加到双向端口预先设定的电压基准Vref中，由此得到该三端口功率变换子模块双向端口新的电压基准Vref_new，即Vref_new＝Vref+Vo_i*k，三端口功率变换子模块实时采样其双向端口的电压Vb_i(i＝1，2，...，N)，并将采样得到的双向端口的电压Vb_i与新的电压基准Vref_new比较得到误差信号，该误差信号经过误差调节器后形成三端口功率变换子模块双向端口的控制信号，该控制信号作用于三端口功率变换子模块并用于其双向端口电压、电流或功率的调节，最终使得双向端口的电压与新的电压基准Vref_new相等。每个三端口功率变换子模块的控制中，各三端口功率变换子模块双向端口所预先设定的电压基准Vref相等，各三端口功率变换子模块中与输出端口采样电压相乘的比例系数是k相等的。本专利技术具有如下有益效果：(1)能够实现各个分布式低压直流电源的独立控制，即各个分布式低压直流电源的电压、电流和功率的控制不仅相互之间完全解耦的，而且与三端口功率变换子模块中输出端口和双向端口的控制也是相互解耦的；(2)采用本专利技术技术方案能够自动实现各三端口功率变换子模块输出端口电压和功率的均衡，即能够自动实现各三端口功率变换子模块输出端口的均压；(3)各三端口功率变换子模块的控制是相互独立的，即各三端口功率变换子模块仅根据模块自身输入端口、双向端口和输出端口的信息实现其自身的控制，因此实现了各三端口功率变换子模块的完全分布式自主控制；(4)系统模块化程度高，控制简单、易于实现，具有很强的容错能力和可扩展性，系统可靠性高。附图说明附图1为本专利技术分布式电源高压直流接入系统结构示意图；附图2为本专利技术分布式电源高压直流接入系统中三端口功率变换子模块实现方式一的结构示意图；附图3为本专利技术分布式电源高压直流接入系统中三端口功率变换子模块实现方式二的结构示意图；附图4为本专利技术分布式电源高压直流接入系统中三端口功率变换子模块实现方式三的结构示意图；附图5为本专利技术分布式电源高压直流接入系统中三端口功率变换子模块的输出端口和输入端口电压控制框图；附图6为本专利技术分布式电源高压直流接入系统中三端口功率变换子模块具体实施例的电路原理图；附图7为本专利技术具体实施例实验结果本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布式电源高压直流接入系统，其特征在于：所述分布式电源高压直流接入系统由N个三端口功率变换子模块、N个独立的低压直流输入源(Vin_1、Vin_2……Vin_N)和一个高压直流源(VG)构成，N为大于1的自然数；所述三端口功率变换子模块包含一个输入端口、一个输出端口和一个双向端口，其中输出端口与输入端口是电气隔离的；每个三端口功率变换子模块的输入端口相互独立并分别连接一个独立的低压直流输入源，每个三端口功率变换子模块的双向端口彼此并联连接，各个三端口功率变换子模块的输出端口依次串联连接、且串联连接后的总输出与高压直流源(VG)并联连接。

【技术特征摘要】
1.一种分布式电源高压直流接入系统，其特征在于：所述分布式电源高压直流接入系统由N个三端口功率变换子模块、N个独立的低压直流输入源(Vin_1、Vin_2……Vin_N)和一个高压直流源(VG)构成，N为大于1的自然数；所述三端口功率变换子模块包含一个输入端口、一个输出端口和一个双向端口，其中输出端口与输入端口是电气隔离的；每个三端口功率变换子模块的输入端口相互独立并分别连接一个独立的低压直流输入源，每个三端口功率变换子模块的双向端口彼此并联连接，各个三端口功率变换子模块的输出端口依次串联连接、且串联连接后的总输出与高压直流源(VG)并联连接。2.根据权利要求1所述的分布式电源高压直流接入系统，其中三端口功率变换子模块的实现方式采用以下三种方式中的任意一种：方式一：采用一个集成的三端口直流变换器同时提供输入端口、输出端口和双向端口；方式二：采用非隔离变换器与隔离变换器组合提供输入端口、输出端口和双向端口，其中非隔离变换器的输入作为三端口功率变换子模块的输入端口，非隔离变换器的输出连接至隔离变换器的输入，并将非隔离变换器的输出与隔离变换器的输入共同作为三端口功率变换子模块的双向端口，隔离变换器的输出作为三端口功率变换子模块的输出端口；方式三：采用两个隔离变换器组合提供输入端口、输出端口和双向端口，其中一个隔离变换器的输入作为三端口功率变换子模块的输入端口，同时该隔离变换器的输出连接至另外一个隔离变换器的输入、并作为三端口功率变换子模块的双向端口，另外一个隔离变...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴红飞，陆杨军，董晓锋，孙凯，邢岩，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32