一种小容量分散式虚拟同步机系统拓扑结构技术方案

本实用新型专利技术提供了一种小容量分散式虚拟同步机系统拓扑结构，包括交流母线、与所述交流母线通过公用网络母线连接且位于所述交流母线一侧的微电网以及与所述微电网连接且位于所述交流母线另一侧的公用交流电网，其中，所述微电网包括通过公用网络母线与所述交流母线连接的储能单元以及连接在所述储能单元一侧的公用网络母线上的电源控制单元。本实用新型专利技术通过以上设计不仅解决了小容量微电网并入大电网时的电压冲击、电压偏移、频率不稳定的问题，还解决了风能和光能充足的偏远地区的电力传输不便以及经常停电的问题，同时还保证了孤岛运行时小容量微电网系统电压和频率的稳定性。本实用新型专利技术结构简单，具有应用价值。

A Small Capacity Distributed Virtual Synchronizer System Topology

【技术实现步骤摘要】
一种小容量分散式虚拟同步机系统拓扑结构
本技术属于电力电子
，具体地说，是涉及一种小容量分散式虚拟同步机系统拓扑结构。
技术介绍
由于分布式电源具有高渗透率的特点，会对电网的稳定性、可靠性和继电保护等造成严重干扰，但分布式电源对环境保护、资源利用等具有很多好处，因此，开发分布式发电仍然非常有必要。分布式电源发出电量之后需要输送到公用电网，当前分布式电源的并网方式主要采用的是经逆变器逆变接入交流电网，但此方式存在以下问题：第一：由于传统的基于电力电子器件控制的逆变器有极高的动态特性，而大电网中的同步发电机由于较大的机械惯性导致动态特性很小，因此，直接接入会降低频率稳定性；第二：分布式发电通常用最大功率追踪进行控制，这种控制策略不能对功率进行主动分配，且没有频率余量，这使得电网变得十分脆弱；第三：分布式发电的利用主要是采用大规模统一利用，对整个分布式电源进行集中式控制策略，如一个区域内无数个光伏阵列的串并联组合作为一个直流源，再进行环流、逆变、升压和并网操作，但这种控制方式并不适用于小容量的分布式电源，因为小容量分布式电源主要是用户私有型，如偏远地区，每家拥有的光伏发电机，或城市住宅房屋的光伏玻璃去进行光伏发电，这种分布式电源由于私有性，不利于进行集中逆变和并网操作；第四：由于这种小容量的分布式电源控制方式的不足，并网操作会造成整个电网系统电压冲击和频率失调，从而导致弃光弃风等现象严重，造成了能源的极大浪费。基于上述情况,需提供一种新型的虚拟同步机系统拓扑结构去解决上述问题。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本技术提供的一种小容量分散式虚拟同步机系统拓扑结构，不仅有效地解决了小容量微电网并入大电网时的电压冲击、电压偏移以及频率不稳定的问题，还解决了在风能和光能充足的偏远地区的电力传输不便以及经常停电的问题，同时还保证了孤岛运行时小容量微电网系统电压和频率的稳定性。为了达到以上目的，本技术采用的技术方案为：本方案提供一种小容量分散式虚拟同步机系统拓扑结构，包括交流母线、与所述交流母线通过公用网络母线连接且位于所述交流母线一侧的微电网以及与所述微电网连接且位于所述交流母线另一侧的公用交流电网，其中，所述微电网包括通过公用网络母线与所述交流母线连接的储能单元以及连接在所述储能单元一侧的公用网络母线上的电源控制单元。再进一步地，所述电源控制单元包括多个用户端分布式电源以及与所述多个用户端分布式电源一一对应连接的多个虚拟同步机子单元，其中，所述每个虚拟同步机子单元的输出端均连接在所述微电网上，且所述每个虚拟同步机子单元的输出端均设置有负载。再进一步地，所述每个虚拟同步机子单元的结构均相同，其均包括反激式DC-DC换流器、与所述反激式DC-DC换流器连接的工频DC-AC逆变器、与所述工频DC-AC逆变器连接且位于虚拟同步机子单元的输出端的LCL滤波器以及设置于所述反激式DC-DC换流器两侧且与反激式DC-DC换流器并联的电容C1和电容C2，其中，所述反激式DC-DC换流器上设置有MPPT控制器；所述工频DC-AC逆变器上设置有有功/无功控制器以及频率控制器；所述LCL滤波器还连接有双向电表，所述双向电表的另一侧连接负载，所述LCL滤波器与所述负载均连接在公用网络母线上。再进一步地，所述反激式DC-DC换流器包括绝缘栅双极型晶体管Q1、二极管D1以及变压器T；所述工频DC-AC逆变器包括绝缘栅双极型晶体管Q2、绝缘栅双极型晶体管Q3、绝缘栅双极型晶体管Q4、绝缘栅双极型晶体管Q5、绝缘栅双极型晶体管Q6、绝缘栅双极型晶体管Q7、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6以及二极管D7；所述LCL滤波器包括电感L12、电感L13、电感L14、电感L15、电感L16、电感L17、电容C3、电容C4、电容C5、电阻R1、电阻R2以及电阻R3；其中，所述绝缘栅双极型晶体管Q1的集电极与二极管D1的负极以及变压器T的L1脚的一端连接，变压器T的L1脚的另一端连接电容C1的一端，绝缘栅双极型晶体管Q1的发射极连接二极管D1的正极以及电容C1的另一端，变压器T的L2脚的一端分别与电容C2的一端、绝缘栅双极型晶体管Q5的发射极、二极管D5的正极、绝缘栅双极型晶体管Q6的发射极、二极管D6的正极、绝缘栅双极型晶体管Q7的发射极以及二极管D7的正极连接，变压器T的L2脚的另一端分别与电容C2的另一端、绝缘栅双极型晶体管Q2的集电极、二极管D2的负极、绝缘栅双极型晶体管Q3的集电极、二极管D3的负极、绝缘栅双极型晶体管Q4的集电极以及二极管D4的负极连接，电感L12的一端分别与绝缘栅双极型晶体管Q2的发射极、绝缘栅双极型晶体管Q5的集电极、二极管D2的正极以及二极管D5的负极连接，电感L12的另一端分别与电感L13的一端、电容C3的一端以及电阻R2的一端连接，电感L14的一端分别与绝缘栅双极型晶体管Q3的发射极、绝缘栅双极型晶体管Q6的集电极、二极管D3的正极以及二极管D6的负极连接，电感L14的另一端分别与电感L15的一端、电容C4的一端以及电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与电容C3的另一端连接，电感L16的一端分别与绝缘栅双极型晶体管Q4的发射极、绝缘栅双极型晶体管Q7的集电极、二极管D4的正极以及二极管D7的负极连接，电感L16的另一端分别与电感L17的一端、电阻R3的一端以及电容C5的一端连接，电阻R3的另一端连接电容C4的另一端，电容C5的另一端连接电阻R2的另一端，电感L13的另一端、电感L15的另一端以及电感L17的另一端均与公用网络母线连接。再进一步地，所述公用网络母线上设置有线路阻抗。再进一步地，所述多个用户端分布式电源呈网络连接。再进一步地，所述微电网与所述公用交流电网通过断路器连接。本技术的有益效果：(1)本技术通过虚拟同步机结构模拟大电网系统中的同步机，使之具有同步机的特性，不仅有效地解决了小容量微电网并入大电网时的电压冲击、电压偏移以及频率不稳定的问题，还能解决在风能和光能充足的偏远地区的电力传输不便和经常停电的问题，同时还保证了孤岛运行时小容量电网系统电压和频率的稳定性；(2)本技术中微型逆变器的工频DC/AC逆变器上加入了有功/无功管理器和频率管理控制器，通过控制结构模仿同步发电机转子运动方程，建立虚拟同步机模型，从而不仅保证了小容量电网和大电网系统功率的双向流动，还保证了在并网时整个连接系统的电压和频率的稳定性，以及在孤岛运行时小容量电网系统的稳定；(3)本技术中的虚拟同步机子单元中的直流换流器模块采用反激式电路结构，加上了MPPT控制去实现最大发电量，且反激式DC/DC换流器能起到隔离保护的作用，有效地减少器件数量，达到不仅成本较低，而且可靠性高的效果；(4)本技术中由于小容量分布式电源具有高渗透性和私有性的特点，且分布式电源之间的连接呈现网状连接，因此通过在虚拟同步机的逆变模块增加分散式控制方式，有效地保证各用户间的负载共享和功率调度问题；(5)本技术中在虚拟同步机接口上加入MPPT最大功率追踪控制，满足了最大发电量，有效地避免了小容量分布式电源存在的利用不足，造成的弃风、弃光等能源浪费现象，达到了节约能源的效果。附图说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小容量分散式虚拟同步机系统拓扑结构，其特征在于，包括交流母线(1)、与所述交流母线(1)通过公用网络母线连接且位于所述交流母线(1)一侧的微电网(2)以及与所述微电网(2)连接且位于所述交流母线(1)另一侧的公用交流电网(3)，其中，所述微电网(2)包括通过公用网络母线与所述交流母线(1)连接的储能单元(4)以及连接在所述储能单元(4)一侧的公用网络母线上的电源控制单元(5)。

【技术特征摘要】
1.一种小容量分散式虚拟同步机系统拓扑结构，其特征在于，包括交流母线(1)、与所述交流母线(1)通过公用网络母线连接且位于所述交流母线(1)一侧的微电网(2)以及与所述微电网(2)连接且位于所述交流母线(1)另一侧的公用交流电网(3)，其中，所述微电网(2)包括通过公用网络母线与所述交流母线(1)连接的储能单元(4)以及连接在所述储能单元(4)一侧的公用网络母线上的电源控制单元(5)。2.根据权利要求1所述的小容量分散式虚拟同步机系统拓扑结构，其特征在于，所述电源控制单元(5)包括多个用户端分布式电源(6)以及与所述多个用户端分布式电源(6)一一对应连接的多个虚拟同步机子单元(8)，其中，所述每个虚拟同步机子单元(8)的输出端均连接在所述微电网(2)上，且所述每个虚拟同步机子单元(8)的输出端均设置有负载(7)。3.根据权利要求2所述的小容量分散式虚拟同步机系统拓扑结构，其特征在于，所述每个虚拟同步机子单元(8)的结构均相同，其均包括反激式DC-DC换流器(9)、与所述反激式DC-DC换流器(9)连接的工频DC-AC逆变器(10)、与所述工频DC-AC逆变器(10)连接且位于虚拟同步机子单元(8)的输出端的LCL滤波器(11)以及设置于所述反激式DC-DC换流器(9)两侧且与反激式DC-DC换流器(9)并联的电容C1和电容C2，其中，所述反激式DC-DC换流器(9)上设置有MPPT控制器；所述工频DC-AC逆变器(10)上设置有有功/无功控制器以及频率控制器；所述LCL滤波器(11)还连接有双向电表(12)，所述双向电表(12)的另一侧连接负载(7)，所述LCL滤波器(11)与所述负载(7)均连接在公用网络母线上。4.根据权利要求3所述的小容量分散式虚拟同步机系统拓扑结构，其特征在于，所述反激式DC-DC换流器(9)包括绝缘栅双极型晶体管Q1、二极管D1以及变压器T；所述工频DC-AC逆变器(10)包括绝缘栅双极型晶体管Q2、绝缘栅双极型晶体管Q3、绝缘栅双极型晶体管Q4、绝缘栅双极型晶体管Q5、绝缘栅双极型晶体管Q6、绝缘栅双极型晶体管Q7、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6以及二极管D7；所述LCL滤波器(11)包括电感L12、电感L...

【专利技术属性】
技术研发人员：周波，蒋文波，罗秋容，唐春林，
申请(专利权)人：西华大学，
类型：新型
国别省市：四川,51