一种微电网的能源变换装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种微电网的能源变换装置，属于电网能源控制技术领域，该装置包括AC/DC功率变换器、非隔离型DC/DC功率变换器和隔离型DC/DC功率变换器，AC/DC功率变换器采用T型三电平逆变电路结构，交流侧连接交流电网，直流侧通过直流母线连接非隔离型DC/DC功率变换器和隔离型DC/DC功率变换器，能够完成并网和离网之间双向过渡过程工作模式的转换；非隔离型DC/DC功率变换器的主电路采用三电平双向变换电路，非隔离型DC/DC功率变换器的第一端口连接直流母线，第二端口连接储能电池，用于实现充放电和稳压作用；隔离型DC/DC功率变换器包括前级结构和后级结构，分别对应BUCK

【技术实现步骤摘要】
一种微电网的能源变换装置


[0001]本专利技术属于电网能源控制
，具体涉及一种微电网的能源变换装置。

技术介绍

[0002]微电网中的电源多为微型电源，及含有电力电子接口的小型机组(小于100kW)，包括微型燃气轮机、燃料电池、光伏电池以及超级电容、飞轮、蓄电池等储能单元。这些装置安装在用户侧，具有低成本、低电压、低污染等特点，但是现有的微电网中，一般通过设置的双向AC/DC实现微电网与大电网(交流电网)之间的并网，由于装置结构本身和控制策略配合不当的原因，使该装置在运行期间，其转换功能效率较低。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种微电网的能源变换装置，用于解决现有微电网的AC/DC装置转换功能效率较低的问题。
[0004]基于上述目的，一种微电网的能源变换装置的技术方案如下：
[0005]AC/DC功率变换器、非隔离型DC/DC功率变换器和隔离型DC/DC功率变换器，AC/DC功率变换器采用T型三电平逆变电路结构，AC/DC功率变换器的交流侧用于连接交流电网，与交流电网进行功率交换；AC/DC功率变换器的直流侧通过直流母线连接非隔离型DC/DC功率变换器和隔离型DC/DC功率变换器，AC/DC功率变换器在微电网中的工作模式包括离网和并网，且AC/DC功率变换器能够完成并网和离网之间双向过渡过程工作模式的转换；
[0006]非隔离型DC/DC功率变换器的主电路拓扑采用三电平双向变换电路，非隔离型DC/DC功率变换器的第一端口DC1连接所述的直流母线，第二端口DC2用于连接储能电池；从第一端口DC1向第二端口DC2进行电流控制时，主电路工作在BUCK工作模式；从第二端口DC2向第一端口DC1进行电流控制时，主电路工作在BOOST工作模式，通过以电压外环、电流内环的双环控制方式，实现能量的双向流动，且在微电网并网工作时，非隔离型DC/DC功率变换器用于平抑光伏和直流负荷的扰动，消纳光伏发电，通过启动储能电池的充放电进行削峰填谷；在微电网独立运行时，所述非隔离型DC/DC功率变换器则用于稳定直流母线电压；
[0007]隔离型DC/DC功率变换器的第一端口连接所述的直流母线，第二端口用于供电连接电动汽车的充电负载；所述隔离型DC/DC功率变换器包括前级结构和后级结构，且前级结构的输出端连接后级结构的输入端，所述前级结构采用具有升降压功能的BUCK
‑
BOOST电路，所述后级结构采用双向AC/DC功率谐振变换器，在微电网工作时，所述隔离型DC/DC功率变换器用于接受调度，实现电动汽车负载充放电的有序运行。
[0008]上述技术方案的有益效果是：
[0009]本专利技术提出了一种高效的能源变换装置，通过设置AC/DC功率变换器、非隔离型DC/DC功率变换器和隔离型DC/DC功率变换器，各类变换器采用特定的电路结构，以及为各个功率变换器设置合适的工作模式，三者相互配合，能够实现微电网的运行方式灵活转换，以及功率的高效转换，应用前景较好。
[0010]进一步的，为解决AC/DC功率变换器的离网工作问题，当AC/DC功率变换器处于离网工作模式时，其工作步骤具体如下：
[0011]S1、当离网工作模式下，AC/DC功率变换器处于独立逆变工作模式，此种工作模式下，AC/DC功率变换器对交流负载呈现为电压源特性，按照给定的交流有效值V
*rms
进行控制，并通过输出电压V
rms
进行反馈，产生交流电压的幅值V
RMS
，与给定电压值V
ref
作差；
[0012]S2、将幅值(V
RMS
‑
V
ref
)经正弦变化得到该时刻的瞬时值，再对该瞬时值对应的直流分量反馈进行计算，消除直流分量，经电压环的PI运行得到控制电流环的给定值，经阻抗变换和驱动产生输出。
[0013]进一步的，为解决AC/DC功率变换器的并网工作问题，所述的AC/DC功率变换器由两个或两个以上AC/DC模块并联运行，当AC/DC功率变换器处于并网工作模式时，采用电压控制外环和电流控制内环的控制方式，该控制方式的工作步骤具体如下：
[0014]T1、各AC/DC模块以稳定直流母线电压为目标，电压环给定值UDC+_ref和UDC
‑
_ref设置为直流母线的额定运行电压；电压环给定值与对应输出正/负电压作差，经过PI调节后求和；
[0015]T2、当直流母线中的发电功率比用电功率大时，母线电压升高，电压环输出调节减小向母线的输送的给定电流Iref_total；
[0016]T3、当直流母线中发电功率比用电功率小时，则调节增加向直流母线的输送电流Iref_total，作为AC/DC模块的最大限制电流，用以限定模块的最大输出功率；
[0017]T4、将输出给定电流值Iref_mod与设定电流限值Iref_rating进行比较，取较小值作为最终输出的电流给定值，将该值与模块的实际输出电流作差，再经过PI调节、dq反变换以及PWM调制，生成模块的调制波，控制主电路，实现模块控制。
[0018]进一步的，为了提高AC/DC功率变换器的工作效率，在两个或两个以上AC/DC模块并联运行时，其中一个为主机，其他均为从机，对于直流母线侧，主机作为电压源支撑母线电压，采用电压外环、电流内环的双环控制方式，从机作为电流源，实现多个模块间的均流输出；对于交流输出侧，AC/DC功率变换器的各模块之间作为电流源运行，通过高速通讯实现并联均流运行，为保证每个单元充电模块的电流环给定均相同，主模块实现电压环的功能，并将电压环输出通过高速SPI总线发送给每个AC/DC模块，作为电流环的给定值Iref_mod，其他从机均运行在电流控制模式。
[0019]进一步的，为实现并网转离网工作模式的安全过渡，所述的双向过渡过程工作模式中，并网转离网的步骤包括：EMS控制板提供模式切换并离网状态信息指令，同时控制切换快速开关，AC/DC功率变换器在并网转离网切换时，从并网工作模式转换为离网工作模式。
[0020]进一步的，为实现离网转并网工作模式的安全过渡，所述的双向过渡过程工作模式中，离网转并网的步骤包括：
[0021]EMS控制板需通过锁相控制，向AC/DC功率变换器提供电网电压相关信息，该电网电压相关信息具体包括并离网状态信息、电网电压、频率信息和同步信号，AC/DC功率变换器通过调整输出电压幅值、频率、相位和电网电压的幅值、频率、相位达到同期，通过幅值/相角进行一次补偿，补偿后判断是否同期超时；
[0022]若超时则同期失败，返回原因；若没超时，则判断此时AC/DC功率变换器交流侧的
电压/频率与交流电网中电压/频率相比，是否过高或过低，若判定为电压/频率过高或过低，则同期失败，返回原因；若电压/频率没有过高或过低，则分别判断压差、频差、角差是否越限，若判定为越限，调节储能变流器输出；若压差、频差、角差均不越限，判断角差是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微电网的能源变换装置，其特征在于，包括：AC/DC功率变换器、非隔离型DC/DC功率变换器和隔离型DC/DC功率变换器，AC/DC功率变换器采用T型三电平逆变电路结构，AC/DC功率变换器的交流侧用于连接交流电网，与交流电网进行功率交换；AC/DC功率变换器的直流侧通过直流母线连接非隔离型DC/DC功率变换器和隔离型DC/DC功率变换器，AC/DC功率变换器在微电网中的工作模式包括离网和并网，且AC/DC功率变换器能够完成并网和离网之间双向过渡过程工作模式的转换；非隔离型DC/DC功率变换器的主电路拓扑采用三电平双向变换电路，非隔离型DC/DC功率变换器的第一端口DC1连接所述的直流母线，第二端口DC2用于连接储能电池；从第一端口DC1向第二端口DC2进行电流控制时，主电路工作在BUCK工作模式；从第二端口DC2向第一端口DC1进行电流控制时，主电路工作在BOOST工作模式，通过以电压外环、电流内环的双环控制方式，实现能量的双向流动，且在微电网并网工作时，非隔离型DC/DC功率变换器用于平抑光伏和直流负荷的扰动，消纳光伏发电，通过启动储能电池的充放电进行削峰填谷；在微电网独立运行时，所述非隔离型DC/DC功率变换器则用于稳定直流母线电压；隔离型DC/DC功率变换器的第一端口连接所述的直流母线，第二端口用于供电连接电动汽车的充电负载；所述隔离型DC/DC功率变换器包括前级结构和后级结构，且前级结构的输出端连接后级结构的输入端，所述前级结构采用具有升降压功能的BUCK
‑
BOOST电路，所述后级结构采用双向AC/DC功率谐振变换器，在微电网工作时，所述隔离型DC/DC功率变换器用于接受调度，实现电动汽车负载充放电的有序运行。2.根据权利要求1所述的一种微电网的能源变换装置，其特征在于，当AC/DC功率变换器处于离网工作模式时，其工作步骤具体如下：S1、当离网工作模式下，AC/DC功率变换器处于独立逆变工作模式，此种工作模式下，AC/DC功率变换器对交流负载呈现为电压源特性，按照给定的交流有效值V
*rms
进行控制，并通过输出电压V
rms
进行反馈，产生交流电压的幅值V
RMS
，与给定电压值V
ref
作差；S2、将幅值(V
RMS
‑
V
ref
)经正弦变化得到该时刻的瞬时值，再对该瞬时值对应的直流分量反馈进行计算，消除直流分量，经电压环的PI运行得到控制电流环的给定值，经阻抗变换和驱动产生输出。3.根据权利要求1所述的一种微电网的能源变换装置，其特征在于，所述的AC/DC功率变换器由两个或两个以上AC/DC模块并联运行，当AC/DC功率变换器处于并网工作模式时，采用电压控制外环和电流控制内环的控制方式，该控制方式的工作步骤具体如下：T1、各AC/DC模块以稳定直流母线电压为目标，电压环给定值UDC+_ref和UDC
‑
_ref设置为直流母线的额定运行电压；电压环给定值与对应输出正/负电压作差，经过PI调节后求和；T2、当直流母线中的发电功率比用电功率大时，母线电压升高，电压环输出调节减小向母线的输送的给定电流Iref_total；T3、当直流母线中发电功率比用电功率小时，则调节增加向直流母线的输送电流Iref_total，作为AC/DC模块的最大限制电流，用以限定模块的最大输出功率；T4、将输出给定电流值Iref_mod与设定电流限值Iref_rating进行比较，取较小值作为最终输出的电流给定值，将该值与模块的实际输出电流作差，再经过PI调节、dq反变换以及PWM调制，生成模块的调制波，控制主电路，实现模块控制。
4.根据权利要求3所述的一种微电网的能源变换装置，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘健，王子驰，侯葵，徐立军，苏雨晴，周银锋，孙炜哲，孙荣智，雷炳银，
申请(专利权)人：北京平高清大科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：