一种智能功率基站拓扑及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种智能功率基站拓扑及其控制方法，所述智能功率基站拓扑包括三个直流微网发电输出电压源、三个双有源桥直流变换器、一个双向Buck/Boost电路以及一个蓄电池。该拓扑立足蜂巢状有源配电网模型，将地理位置毗邻的微网的功率传输范围比作蜂巢，微网通过智能功率基站连接在一起，旨在实现微网的余/缺功率通过智能功率基站与相邻微网实现自由交换。本发明专利技术所提智能功率基站拓扑及其控制方法应用于直流微网，可以监测关联微网的运行状态、功率平衡辅助控制，实现在微网输出功率波动情况下，微网间的功率调配，减少蓄电池的充放电频率和容量，增加蓄电池的使用寿命。增加蓄电池的使用寿命。增加蓄电池的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种智能功率基站拓扑及其控制方法


[0001]本专利技术涉及一种智能功率基站拓扑及其控制方法，属于电力电子应用


技术介绍

[0002]微网作为分布式电源接入电力系统的有效利用方式，能实现大规模、多类型的新能源就地消纳和即插即用。当微网在配电网中大量存在并发展成多微网系统后，现有研究中，多微网系统均是以串联型或并联型的结构与主动配电网或者外部大电网耦合。这既限制了微网的规模化应用，也给主网的运行控制带来了挑战。
[0003]近年来，快速发展的电力电子技术已经能实现网络的多端口能量控制，部分解决了配电网双向潮流问题，也为微网群的智能互联提供了新的思路。
[0004]2019年提出的蜂巢状有源配电网结构在理论上为微网互联提出了一种可行性方案，目前该结构的智能功率基站已经实现全交流微网或交直流混合微网的功率监控和调配，但对于直流微网的研究尚且不足。因此直流智能功率基站的研究前景非常广阔。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是在已有的蜂巢状有源配电网的智能功率基站结构的基础上，提出一种基于双有源桥和Buck/Boost电路的应用于直流蜂巢状有源配电网的智能功率基站拓扑及其控制方法，实现在微网输出功率波动情况下，微网间的功率调配。
[0006]基于上述智能功率基站拓扑，本专利技术公开了该拓扑的控制策略。双有源桥采用移相控制，Buck/Boost电路采用占空比控制。实现微网间的功率平衡辅助控制，监测关联微网的运行状态。
[0007]本专利技术是通过如下的技术方案予以实现的：1.智能功率基站拓扑，所述智能功率基站拓扑包括三个直流微网发电输出电压源、三个双有源桥直流变换器、一个双向Buck/Boost电路、以及一个蓄电池，所述双有源桥直流变换器，端口Ⅰ与微网发电输出电压源并联，端口Ⅱ并联，并通过双向Buck/Boost电路与蓄电池并联。
[0008]作为优选：所述双有源桥变换器模块包括全桥电路I与全桥电路II二个单相全桥电路，其直流侧端口分别为所述端口I和端口II。
[0009]作为优选：所述Buck/Boost电路并联有一个电容，根据权利要求1所述的智能功率基站拓扑。
[0010]作为优选：所述双有源桥变换器端口I处并联一个滤波电容。
[0011]作为优选：所述双有源桥变换器端口Ⅱ处并联一个滤波电容。
[0012]作为优选：所述双有源桥变换器模块二个端口的拓扑结构均是由四个开关管反并联二极管构成的单相全桥电路。
[0013]一种智能功率基站拓扑的控制方法，采用如下控制步骤与方法：
[0014](1)所述的智能功率基站拓扑的控制策略基于小信号建模，使用移相控制实现各直流微网发电输出电压源之间的能量分配。
[0015](2)采用占空比为50％的方波电压驱动全桥电路I上的四个开关管，使得同一桥臂上的开关管互补导通，相邻桥臂上的开关管驱动信号相差半个周期；
[0016](3)检测端口I输入电压U1，借助直流微网发电输出电压源额定电压U
N
和额定输出功率P
N
，计算出实际余/缺功率ΔP1，得到输出电流给定值I
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；
[0017](4)检测端口I输出电流I1作与(3)中输出电流给定值I
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作差后经PID控制器得到全桥电路II与全桥电路I的移相角d，将(2)中方波经过D的移相之后作为全桥电路II的驱动信号；
[0018](5)检测端口II蓄电池组支路电流I
b
，与蓄电池组支路电流给定值I
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作差后经PID控制器得到Buck/Boost电路的开关管驱动信号占空比D，进而实现端口II的电压维持在固定水平。
[0019]本专利技术的有益效果如下：
[0020]1、本专利技术将微网互联，实现了微网间的功率调配。在装置选型上，相比于独立微网利用大储能装置吸收输入功率波动，本专利技术实现微网间功率调配，使得储能装置容量的要求大大减小，可以节省前期采购和后期维护成本，同时易于微网群的扩展和改造。
[0021]2、本专利技术创新性地将Buck/Boost电路和双有源桥结合，通过Buck/Boost电路占空比控制双有源桥端口II的电压恒定，通过双有源桥移相控制实现微网间余/缺功率的调配，减少蓄电池充放电次数和充放电电流，减轻蓄电池组负担，延长蓄电池使用寿命。
[0022]3、本专利技术相比于已有的智能功率基站拓扑，实现了关联微网全为直流微网，还与常用于光伏微网的双有源桥直流变换器拓扑结合起来，在工程实际应用具有较好的实用性。
[0023]4、本专利技术可以应用于新能源互联并网场景，可以很好地解决新能源发电波动性、间歇性等问题，稳定微网直流母线电压。
[0024]5、若将应用环境置于山区等配电网调节能力较弱的地方，本专利技术中的智能功率基站拓扑将能作为解决可再生能源接入、提高微网联络率的问题的方案之一。
附图说明
[0025]图1是本专利技术的新型智能功率基站结构图及其移相控制框图；
[0026]图2是给出了当微网发电输出电压源输入功率波动时，微网A输出功率、微网B输出功率、微网C输出功率以及蓄电池组输出功率波形图。
[0027]其中，1是双有源桥直流变换器；1.2、1.6是各端口的滤波电容；1.3、1.11是双有源桥直流变换器内部的全桥电路I与全桥电路II；1.4、1.12是二个端口的滤波电感；1.5是双有源桥内部的双端变压器；1.9是蓄电池组；1.7是Buck/Boost电路的电感；1.8是Buck/Boost电路中的滤波电容；1.10是Buck/Boost电路。
具体实施方式
[0028]下面将结合附图对本专利技术作详细的介绍：如图1
‑
2所示，一种智能功率基站拓扑，所述智能功率基站拓扑包括三个直流微网发电输出电压源、三个双有源桥直流变换器、一个双向Buck/Boost电路以及一个蓄电池，所述双有源桥直流变换器，端口Ⅰ与微网发电输出电压源并联，端口Ⅱ并联，并通过双向Buck/Boost电路与蓄电池并联。
[0029]所述双有源桥变换器模块包括全桥电路I与全桥电路II二个单相全桥电路，其直流侧端口分别为所述端口I和端口II。所述Buck/Boost电路并联有一个电容，所述双有源桥变换器端口I处并联一个滤波电容，所述双有源桥变换器端口Ⅱ处并联一个滤波电容，所述双有源桥变换器模块二个端口的拓扑结构均是由四个开关管反并联二极管构成的单相全桥电路。
[0030]一种智能功率基站拓扑的控制方法，采用如下控制步骤与方法：
[0031](1)所述的智能功率基站拓扑的控制策略基于小信号建模，使用移相控制实现各直流微网发电输出电压源之间的能量分配；
[0032](2)采用占空比为50％的方波电压驱动全桥电路I上的四个开关管，使得同一桥臂上的开关管互补导通，相邻桥臂上的开关管驱动信号相差半个周期；
[0033](3)检测端口I输入电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能功率基站拓扑，其特征在于：所述智能功率基站拓扑包括三个直流微网发电输出电压源、三个双有源桥直流变换器、一个双向Buck/Boost电路以及一个蓄电池，所述双有源桥直流变换器，端口Ⅰ与微网发电输出电压源并联，端口Ⅱ并联，并通过双向Buck/Boost电路与蓄电池并联。2.根据权利要求1所述的智能功率基站拓扑，其特征在于：所述双有源桥变换器模块包括全桥电路I与全桥电路II二个单相全桥电路，其直流侧端口分别为所述端口I和端口II。3.根据权利要求1所述的智能功率基站拓扑，其特征在于：所述Buck/Boost电路并联有一个电容。4.根据权利要求2所述的智能功率基站拓扑，所述双有源桥变换器端口I处并联一个滤波电容。5.根据权利要求2所述的智能功率基站拓扑，其特征在于：所述双有源桥变换器端口Ⅱ处并联一个滤波电容。6.根据权利要求5所述的智能功率基站拓扑，其特征在于：所述双有源桥变换器模块二个端口的拓扑结构均是由四个开关管反并联二极管构成的单相全桥电路。7.一种根据权利要求1
‑
6任意一项所述智能功率基站拓扑的控制方法，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建中，叶伟强，董正华，蒋玮，张立峰，李丞丞，王庆丰，潘旭，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司嘉兴供电公司，
类型：发明
国别省市：