与配电变压整流器集成的交直流混合微网架构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种与配电变压整流器集成的交直流混合微网架构，包括与配电变压整流器(200)输入端相连用于向配电变压整流器(200)输入高压交流电的交流配电网(100)，用于将交流配电系统(100)输入的高压交流电转化为低压交流电和低压直流电的配电变压整流器(200)，与配电变压整流器(200)交流输出端相连用于将低压交流电提供给交流负载(300)和与配电变压整流器(200)直流输出端相连用于将低压直流电提供给直流用电单元(400)；交流负载(300)和直流用电单元(400)相互隔离设置。本实用新型专利技术提供能够减少变换环节，提高供电可靠性、变换效率、系统稳定性、同时降低系统成本。

AC / DC hybrid microgrid architecture integrated with distribution transformer rectifier

The utility model discloses an AC-DC hybrid micro network structure integrated with a distribution transformer rectifier, which comprises an AC distribution network (100) connected with the input end of the distribution transformer rectifier (200) for inputting high-voltage AC to the distribution transformer rectifier (200), and a distribution transformer rectifier (2) for converting the high-voltage AC input from the AC distribution system (100) into low-voltage AC and low-voltage DC 00), which is connected with the AC output terminal of the distribution transformer rectifier (200) for supplying the low-voltage AC to the AC load (300) and the DC output terminal of the distribution transformer rectifier (200) for supplying the low-voltage DC to the DC power consumption unit (400); the AC load (300) and the DC power consumption unit (400) are isolated from each other. The utility model can reduce the transformation link, improve the power supply reliability, transformation efficiency, system stability and reduce the system cost at the same time.

【技术实现步骤摘要】
与配电变压整流器集成的交直流混合微网架构
本技术涉及智能电网领域，具体涉及一种与配电变压整流器集成的交直流混合微网架构。
技术介绍
随着新能源的应用和储能技术的发展，直流供电的应用日渐普及，直流供电容量不断提高，逐步形成了以直流为主要供电模式的微型电网，简称直流微网。实际应用中，很少有纯直流单独运行的微网，更普遍的场合是直流和交流需要进行混合供电，才能满足交直流负载的共同需求和实现高可靠供电，这样的微电网称为交直流混合微网。现有所有微网架构都以配电变压器的输出(交流380V)作为交流输入，其拓扑结构基本分为以下三类：1)单向功率流动，如图1所示，配电变压器和隔离单向AC/DC表示隔离点，其特点是：不含新能源发电和储能设备；AC/DC变换器的功率单向流动；交流侧零线接地，直流侧悬浮供电。2)双向AC/DC变换器，如图2所示，其特点是：含新能源发电和储能设备；AC/DC变换器支持双向功率流动；交流负载零线接地，直流系统与交流系统不隔离，非悬浮供电。3)电力电子变压器，如图3所示，其特点是：含新能源发电和储能设备；以电力电子变压器为核心的电力变换，支持双向功率流动；电力电子变压器功率无法做得很大，限制了系统规模；交流负载侧零线不接地，交流和直流都为悬浮供电，交流和直流不隔离。以上三种方案的具有以下共同点：①都需要普通配电变压器；②都以配电变压器的380V输出电压为输入进行功率变换；③都以AC/DC变换器为主要直流电源；④变换环节多，导致可靠性降低、综合效率低，系统成本高；⑤多个AC/DC和DC/DC变换设备的协同运行，带来稳定性和谐振等问题。
技术实现思路
本技术是为了克服现有技术中微网架构变换环节多，导致可靠性降低、综合效率低，系统成本高的技术问题，提供一种与配电变压整流器集成的交直流混合微网架构，通过配电变压整流器的集成可以同时输出相互隔离的交流和直流电压，通过减少变换环节，提高供电可靠性、变换效率、系统稳定性、同时降低系统成本。本技术提供一种与配电变压整流器集成的交直流混合微网架构，包括微网和交流配电网，其中：微网与交流配电网之间的接口设备是一个配电变压整流器；配电变压整流器用于将交流配电网输入的高压交流电变换为输出的低压工业用交流电和输出的低压直流电；输出的低压工业用交流电和输出低压直流电相互隔离；输出的低压工业用交流电用于给交流负载供电；输出的低压直流电用于给直流用电单元供电。本技术以配电变压整流器的输入(交流10kV)作为交流输入的微网架构，把普通的配电变压器改为配电变压整流器，该配电变压整流器的结构可以采用如申请号为CN201610989970.8公开的结构，可以同时输出相互隔离的交流和直流电压，减少变换环节，提高了供电可靠性、变换效率、系统稳定性、同时降低了系统成本。当系统只需给直流供电时(比如LED照明系统)，则交流系统也可以省略。交流系统和直流系统相互隔离设置能够使微网架构的可靠性由变压器的配电变压整流器的可靠性决定，能够大幅提高微网架构的可靠性。本技术所述的与配电变压整流器集成的交直流混合微网架构，作为优选方式，直流用电单元包括并联设置的直流负载、储能电池和新能源发电组件。本技术所述的与配电变压整流器集成的交直流混合微网架构，作为优选方式，直流用电单元包括与配电变压整流器直流输出端相连的直流负载，与配电变压整流器直流输出端通过双向非隔离DC/DC模块相连的储能电池和与配电变压整流器直流输出端通过非隔离DC/DC模块相连新能源发电组件。本技术所述的与配电变压整流器集成的交直流混合微网架构，在交流配电网正常供电的情况下，直流用电单元的电压由配电网通过配电变压整流器所决定，在直流系统中连接储能系统的非隔离双向DC/DC变换器和连接新能源发电组件的单向DC/DC变换器都以电流源方式接入直流母线。在交流配电网断开时，直流用电单元的电压由某一组储能电池通过与之相连的非隔离双向DC/DC变换器决定，该变换器的工作模式将切换为电压源模式，与其它储能电池相连的非隔离双向DC/DC变换器和与新能源发电组件相连的非隔离单向DC/DC变换器都工作在电流源模式下。这样就解决了其它方案中可能出现的因多个变换器试图控制直流电压而带来的系统不稳定问题。在交流配电网断开后，切换到电压源模式的非隔离双向DC/DC变换器将通过微网的电能管理系统自动、任意、唯一地选定。本技术所述的与配电变压整流器集成的交直流混合微网架构，作为优选方式，配电变压整流器包括一组输入和三组输出，输入为配电网电压，三组输出分别为低压交流输出端、低压直流输出端和隔离绕组。本技术所述的与配电变压整流器集成的交直流混合微网架构，作为优选方式，直流用电单元还包括一个非隔离DC/AC逆变模块，非隔离DC/AC逆变模块的两端分别与直流负载和隔离绕组相连，用于将直流侧发电功率高于直流侧负载功率时产生的剩余发电功率返送入交流配电网中。非隔离DC/AC逆变模块用于当直流侧发电功率高于直流侧负载用电功率时，把剩余发电功率返送入交流电网，为了确保交流系统和直流系统的隔离，非隔离DC/AC逆变模块的输出不能直接返回到绿色的交流系统，需要在配电变压整流器中再输出一个隔离绕组，与之相连。非隔离DC/AC逆变模块不是一个一直运行的设备，仅当直流侧存在剩余发电功率时才运行，其容量由系统可能出现的最大剩余功率决定，而不是负载总功率；一旦发生故障，直接切除后不影响系统正常供电。本技术所述的与配电变压整流器集成的交直流混合微网架构，作为优选方式，新能源发电组件为光伏发电组件。本技术在使用过程中，当只需要给直流供电时，可以省略交流系统；当直流侧发电功率高于直流侧负载功率时，非隔离DC/AC逆变模块运行将剩余发电功率通过隔离绕组返送入交流电网。本技术由于在微网架构中使用配电变压整流器，可以同时输出相互隔离的交流和直流电压，减少变换环节，提高了供电可靠性、变换效率、系统稳定性、同时降低了系统成本。本技术进一步在配电变压整流器直流输出端与直流负载间设有非隔离DC/AC逆变模块，当直流侧存在剩余发电功率时运行，将剩余发电功率送入交流电网，节省了电能。为了确保交流系统和直流系统的隔离，在配电变压整流器的输出端设置一个隔离绕组，使非隔离DC/AC逆变模块的输出安全返回交流系统，提高了系统的稳定性。附图说明图1为现有微网架构单向功率流动拓扑结构示意图。图2为现有微网架构双向AC/DC变换器拓扑结构示意图。图3为现有微网结构电力电子变压器拓扑结构示意图。图4为本技术的与配电变压整流器集成的交直流混合微网架构拓扑结构示意图。图5为实施例2微网架构拓扑结构示意图。图6为实施例3微网架构拓扑结构示意图。附图标记：100、交流配电网；200、配电变压整流器；300、交流负载；400、直流用电单元。具体实施方式...

【技术保护点】
1.一种与配电变压整流器集成的交直流混合微网架构，包括微网和交流配电网(100)，其特征在于：/n所述微网与交流配电网(100)之间的接口设备是一个配电变压整流器(200)；/n所述配电变压整流器(200)用于将所述交流配电网(100)输入的高压交流电变换为输出的低压工业用交流电和输出的低压直流电；/n所述输出的低压工业用交流电和输出低压直流电相互隔离；/n所述输出的低压工业用交流电用于给交流负载(300)供电；/n所述输出的低压直流电用于给直流用电单元(400)供电。/n

【技术特征摘要】
1.一种与配电变压整流器集成的交直流混合微网架构，包括微网和交流配电网(100)，其特征在于：
所述微网与交流配电网(100)之间的接口设备是一个配电变压整流器(200)；
所述配电变压整流器(200)用于将所述交流配电网(100)输入的高压交流电变换为输出的低压工业用交流电和输出的低压直流电；
所述输出的低压工业用交流电和输出低压直流电相互隔离；
所述输出的低压工业用交流电用于给交流负载(300)供电；
所述输出的低压直流电用于给直流用电单元(400)供电。


2.根据权利要求1所述的交直流混合微网架构，其特征在于：所述直流用电单元(400)包括并联设置的直流负载、储能电池和新能源发电组件。


3.根据权利要求1所述的交直流混合微网架构，其特征在于：所述直流用电单元(400)包括与所述配电变压整流器(200)直流输出端相连的直流负载，与所述配电变压整流器(200)直流输出端通过双向非隔离DC/DC模块相连的储能电池和与所述配电变压整流器直流输出端通过非隔离DC/DC模块相连的新能源发电组件。


4.根据权利要求3所述的交直流混合微网架构，其特征在于：当所述交流配电网(100)电压有效时，所述直流用电单元(400)的电压仅由所述交流配电网(100)的电压决定，所述储能电池和所述新能源发电组件都以电流源方式...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶阳，
申请(专利权)人：上海泓语电气技术有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31