一种微网变流储能装置及其能量管理方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及新能源发电及其能量管理领域，具体涉及一种微网变流储能装置及其能量管理方法，包括：六开关七电平单相逆变器单元、蓄电池用双向DC/AC变换器单元、超级电容用双向DC/AC变换器单元、微网变流器储能装置控制及能量管理单元、光伏MPPT单元、蓄电池充放电管理单元、超级电容充放电管理单元和负荷管理单元。本发明专利技术可光伏转换电能并入电网，可根据系统能量流动情况，利用储能装置达到平衡系统功率波动、削峰填谷。采用六开关七电平单相逆变器，所需功率开关器件少，开关损耗低，输出电能质量高。储能装置采用双向DC/AC变换器，相比传统变流器，所用开关器件少，电压输出范围宽，SPWM调制简单等优点，在微电网应用领域具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种微网变流储能装置及其能量管理方法
本专利技术涉及新能源发电及其能量管理领域，具体涉及一种微网变流储能装置及其能量管理方法。
技术介绍
随着近年来国家政策的大力支持，越来越多的家庭光伏发电、小区光伏发电、企业办公大楼光伏发电等分布式发电并入公用电网。这些新能源的使用虽然有利于低碳减排、增加经济效益，但是受环境条件限制，具有明显的间歇性和不稳定性，大规模的分布式光伏发电系统的接入，给电网稳定运行带来冲击和干扰。微电网技术是解决上述矛盾的一种比较理想的手段，微电网是一种能够实现自我控制和管理的小型发配电系统，通常包含分布式电源、储能装置、变流装置、相关负荷和能量管理装置。其中起能量变换作用的变流器结构以及能量管理方法微电网研究的重要方向。针对目前小功率光伏系统大多采用非隔离型逆变结构，例如单相全桥型逆变器，这类非隔离型逆变器存在输出共模电压特性差、对地泄露电流高等缺点，输出电平数低，向电网侧注入谐波，滤波装置体积大。另外，大规模分布式光伏发电系统的接入，也给电网能量管理带来了挑战，间歇式的分布式电源对局部微电网的电压稳定性造成影响，为实现能量的优化调度，达到分布式电源削峰填谷的作用，需要在微电网中布置储能装置。现有中小功率并网系统的储能装置大多设置在直流母线侧，容量小、存在多级能量转换，效率低，同时分散式布置不利于能量统一管理。本专利技术提供一种微网变流储能装置及其能量管理方法，该装置的储能部分采用直连微网交流侧形式，降低了能量转换损耗，同时不受限于微电源的地理位置，可在微电网适当位置进行布置，便于统一能量管理。储能部分采用两个双向电流型BOOST变换器组成的DC/AC变换器，相比传统变流器，具有开关器件少，电压输出范围宽，SPWM调制简单等优点。装置的并网逆变部分采用六开关七电平单相逆变器，是由六个功率开关器件两两反并联分三组串联，在每两组之间并联一个电容，通过PWM调制控制，可以实现单相七电平交流输出。采用直流母线电压分段下垂控制，确定直流母线电压和储能装置充放电关系，由系统功率差值及储能装置自身的SOC状况确定的模糊控制策略决定蓄电池和超级电容的充放电动作。在分布式电源和微电网应用领域具有广阔的应用前景。
技术实现思路
(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种微网变流储能装置及其能量管理方法，它通过六开关七电平单相逆变器将光伏阵列及其最大功率跟踪电路输出的电压逆变到交流电网。另外，根据微电网能量运行管理情况，通过与交流侧直连的储能结构，实现微电网交流侧和储能装置直流间的能量转换，采用的直流母线电压分段下垂控制和储能装置充放电模糊控制策略，达到平衡系统功率波动、削峰填谷等能量优化调度使用。装置结构简单功能丰富，相比现有技术，六开关七电平单相逆变器具有更优的输出电能质量，所需功率开关器件少，开关损耗低，控制简单。储能部分采用两个双向电流型BOOST变换器组成的DC/AC变换器，相比传统变流器，具有开关器件少，电压输出范围宽，调制简单等优点。(二)技术方案为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种微网变流储能装置及其能量管理方法，包括：六开关七电平单相逆变器单元、蓄电池用双向DC/AC变换器单元、超级电容用双向DC/AC变换器单元、微网变流器和储能装置控制及能量管理单元、光伏MPPT单元、蓄电池充放电管理单元、超级电容充放电管理单元、负荷管理单元，其特征在于：微电网中微电源由光伏阵列提供，经过BOOST型光伏MPPT单元后输入到六开关七电平单相逆变器单元。优选的，逆变器将直流电能逆变为工频交流电输入到交流微电网中，储能装置包括蓄电池用双向DC/AC变换器单元和超级电容用双向DC/AC变换器单元。优选的，蓄电池和超级电容均通过双向DC/AC变换器和交流侧直连，用于平衡系统功率波动。优选的，蓄电池充放电管理单元和超级电容充放电管理单元采用系统功率差值及自身的SOC状况确定的模糊控制策略。优选的，微网变流器和储能装置控制及能量管理单元采用直流母线电压分段下垂控制，确定直流母线电压和储能装置充放电关系，控制储能装置动作和平衡系统功率波动，负荷管理单元将微电网负荷分级投切，保证重要负荷的可靠供电。优选的，采用的六开关七电平单相逆变器单元，由六个功率开关器件两两反并联分三组串联，在每两组之间并联一个电容，通过PWM调制控制，可以实现单相七电平交流输出。(三)有益效果本专利技术提供了一种微网变流储能装置及其能量管理方法，本装置不仅能够实现光伏转换电能并入电网，同时可根据系统能量流动情况，利用储能装置达到平衡系统功率波动、削峰填谷等作用。储能部分直接连在交流侧，无需能量中间转换环节，提高系统整体效率。采用的六开关七电平单相逆变器，所需功率开关器件少，开关损耗低，输出电能质量高。储能装置采用两个双向电流型BOOST变换器组成的双向DC/AC变换器，相比传统变流器，所用开关器件少，电压输出范围宽，SPWM调制简单等优点，在微电网应用领域具有广阔的应用前景。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的控制流程图；图2为本专利技术装置中六开关七电平单相逆变器的电路结构图；图3为超级电容和蓄电池组成的混合储能电路结构原理图；图4为储能装置电压外环控制系统框图；图5为蓄电池组左侧BOOST变换器电感电流内环控制系统框图；图6为能量管理模糊控制策略和储能装置整体控制结构框图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施方式一：本实施方式中，以六开关七电平单相逆变器工作流程为例，电路结构原理图如图1所示，阐述装置将光照转换为电能逆变并网工作过程。设光伏阵列的输出电压为Vpv，经过最大功率跟踪电路后升压为Vdc，根据逆变器中功率开关器件的导通和关断状态，逆变器可运行在以下几种模式：定义开关函数为那么如图1中各节点电压可以用开关函数表示为那么，逆变器输出交流侧电压可以表示为vad＝vab+vbcvcd＝(S1-S2)V1+(S2-S3)V2(3)同理，各节点电流用开关函数可表示为ic＝i3-i2＝(S3-S2)io(5)根据电容电压电流关系，可知由上式可知，电容C2两端的电压V2与开关函数有关，为实现逆变器七电平输出，可以通过闭环PI控制V2＝V1/3，此时，式(3)可以改写为稳态运行时，电容C1两端电压为光伏阵列经过最大功率跟踪电路后升压Vdc，输出电压可呈±Vdc、±2/3Vdc、±1/3Vdc和0，共七种电平形式。实施方式二：本实施方式中，分析储能装置及其boost型DC/AC变流器的控制方式。储能装置采用蓄电池组和超级电容的混合储能形式，蓄电池组充放电时间常数大，随着充放电次数的增加寿命缩减严重，负载负载变化低本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微网变流储能装置及其能量管理方法，包括：六开关七电平单相逆变器单元(1)、蓄电池用双向DC/AC变换器单元(2)、超级电容用双向DC/AC变换器单元(3)、微网变流器和储能装置控制及能量管理单元(4)、光伏MPPT单元(5)、蓄电池充放电管理单元(6)、超级电容充放电管理单元(7)、负荷管理单元(8)，其特征在于：微电网中微电源由光伏阵列提供，经过BOOST型光伏MPPT单元(5)后输入到六开关七电平单相逆变器单元(1)。

【技术特征摘要】
1.一种微网变流储能装置及其能量管理方法，包括：六开关七电平单相逆变器单元(1)、蓄电池用双向DC/AC变换器单元(2)、超级电容用双向DC/AC变换器单元(3)、微网变流器和储能装置控制及能量管理单元(4)、光伏MPPT单元(5)、蓄电池充放电管理单元(6)、超级电容充放电管理单元(7)、负荷管理单元(8)，其特征在于：微电网中微电源由光伏阵列提供，经过BOOST型光伏MPPT单元(5)后输入到六开关七电平单相逆变器单元(1)。2.根据权利要求1所述的微网变流储能装置及其能量管理方法，其特征在于：逆变器将直流电能逆变为工频交流电输入到交流微电网中，储能装置包括蓄电池用双向DC/AC变换器单元(2)和超级电容用双向DC/AC变换器单元(3)。3.根据权利要求1所述的微网变流储能装置及其能量管理方法，其特征在于：蓄电池和超级电容均通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：王静，董苏，于立志，王诗兵，韩波，王戴木，王峰，
申请(专利权)人：阜阳师范学院，
类型：发明
国别省市：安徽,34