【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于配电系统，具体涉及基于直流多端口电能交换器的全可控灵活配电系统及方法。
技术介绍
1、近年来，以光伏、风电等清洁能源为主的分布式发电方式受到广泛关注。将分布式电源、储能装置、负荷进行结合并通过可控接口与电网进行连接的微电网系统应运而生，相比于交流微电网，直流微电网具有线路损耗小、电能质量高、供电可靠性高、便于各类电源和负载接入等优点；作为直流微电网的核心设备，电能路由器通过dc-dc变换器对分布式电源、储能单元、交直流负荷与直流母线进行连接，实现能量流的接入、转化变换、传递和路由处理及信息流和控制流的接入、转化、传输和运算处理；目前关于楼宇直流微电网的研究主要集中于系统的拓扑结构、电压等级的确定、经济性分析、供电能力、配电系统保护技术等方面，在工程实践应用方面较少；因此，提供一种采用下垂控制方法、实现主动式功率平衡、提高利用率、运行安全可靠的基于直流多端口电能交换器的全可控灵活配电系统及方法是非常有必要的。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种采用下垂控制方法、实现主动式功率平衡、提高利用率、运行安全可靠的基于直流多端口电能交换器的全可控灵活配电系统及方法。
2、本专利技术的目的是这样实现的：基于直流多端口电能交换器的全可控灵活配电系统，它包括电能路由器交流端口、分布式电源及储能装置端口、交直流负荷端口和能量管理系统ems控制单元，所述的各分布式电源、储能单元及公共电网通过电力电子变换器连接到直流母线，经过电能路由器进行能
3、所述的分布式电源及储能装置端口包括交流接入端口、风力发电端口、光伏发电端口、储能电池端口以及交直流负载端口。
4、所述的交流接入端口具体为：分布式可再生能源由于存在间歇性和随机性且难以实现高比例接入，为维持重要负荷端口的正常供电，电能路由器与交流大电网连接，380v交流电接入电能路由器经ac-dc整流模块变为稳定的直流电；
5、风力发电端口具体为：由于风力发电机的输出功率受风速大小及风向的影响，接入电能路由器时需先稳定其输出，再通过ac-dc变换器将低压交流电变换为电能路由器所需直流电压；
6、光伏发电端口具体为：光伏由输入端口接入电能路由器，通过控制dc-dc变换器中的功率开关管的通断来调节dc-dc变换器的输入电压，即光伏的工作电压，使光伏按照最大功率点跟踪mppt理论工作在最大功率点或在极端情况下工作在恒压状态；
7、储能电池端口具体为：在电能路由器的直流微电网中，接入的分布式电源的输出功率具有不稳定性，当分布式电源周围环境发生变化时，其输出功率也具有较大的波动性，电能路由器的直流微电网电压会随着功率的波动而波动，影响内部负荷的正常工作，储能电池可在光伏能量充裕时消纳多余能量、光伏能量不充裕时补充不足能量，从而平衡系统能量，稳定母线电压；
8、交直流负载端口具体为：交流负载端口通过dc-ac变换器将来自直流母线的直流电逆变为交流电，为后级负载提供一个标准化的交流接口，为端口内的交流负载供电；直流负载端口与直流母线直接相连，为端口内的电动汽车充电桩、空调、照明、数据中心、路灯等直流负载供电。
9、所述的电能路由器交流端口的电能路由器采用基于级联高频电压器的多端口直流电能路由器，其包括向用户供电、向电网送电以及孤岛运行三种运行模式。
10、所述的电能路由器交流端口的电能路由器包括顶层控制和底层控制两种控制方式。
11、所述的基于直流多端口电能交换器的全可控灵活配电方法，所述的方法采用上所述的基于直流多端口电能交换器的全可控灵活配电系统进行，所述的方法包括以下步骤：
12、步骤1：构建基于多端口电能路由器的直流微电网拓扑结构；
13、步骤2：构建直流微电网保护策略；
14、步骤3：构建基于多端口电能路由器的直流协调控制策略。
15、所述的步骤2中的构建直流微电网保护策略包括以下步骤：
16、步骤2.1：交流侧保护：主要有变压器保护、母线保护、线路保护；
17、步骤2.2：直流侧保护：主要有直流母线保护、直流馈线保护和负载保护；
18、步骤2.3：换流器保护：主要包括ac-dc换流器、dc-dc换流器及dc-ac换流器。
19、所述的步骤3中的构建基于多端口电能路由器的直流协调控制策略包括以下步骤：
20、步骤3.1：下垂控制策略；
21、步骤3.2：电能路由器控制策略。
22、所述的步骤3.1中的下垂控制策略具体为：基于多端口电能路由器的直流微电网系统是个多源、多负荷系统，而每个单元都通过相应的电力电子变换器与直流母线相连，母线电压是反映系统稳定运行和功率平衡的关键指标，直流电压的控制策略采用下垂控制易于实现分布式电源的即插即用，且在进行运行模式切换时不影响微电网的暂态稳定性，根据直流母线电压的变化协调电能路由器工作在不同的状态，保障直流微电网的稳定运行，典型下垂曲线表达式为：udcref＝u0-ki，式中：udcref为单元变换器的给定输出电压；u0为直流母线电压设定的期望值；k为下垂曲线系数；i为单元变换器输出电流；下垂控制就是控制变换器的电压和电流或者电压和功率等运行在一条下垂曲线上的控制方式，协调各换流器功率输出。
23、本专利技术的有益效果：本专利技术为基于直流多端口电能交换器的全可控灵活配电系统及方法，在使用中，本专利技术提出基于多端口电能路由器的直流微电网典型拓扑结构，分析其光伏、风电、储能、交流电网及交直流负荷等多端口接入的功能，并采用下垂控制方法，根据直流母线电压的变化，协调控制光伏、储能、交流电网、负荷之间实现主动式功率平衡，从而可实现源荷储即插即用的接入，提高清洁能源的利用率，并保持安全、高效、可靠的运行；本专利技术采用基于级联高频变压器的多端口直流电能路由器，采用移相控制方式，以双有源桥子单元为基本控制单元，各个端口控制灵活，输出电压稳定，同时互相独立，提高了系统可靠性；本专利技术通过dc-eer为直流配电网(750～1500v)、屋顶光伏(220～380v)、储能电池(200～400v)、直流用电负荷(直流照明等)(48～72v)等提供不同电压等级的接口，为逆变器提供直流母线，同时随着电力市场的电能交易将越来越灵活，dc-eer可对电能进行管理，在满足自身需求的情况下，用户可将光伏等多余的电能出售给电网或其他用户，或利用储能电池起到削峰填谷的作用；本专利技术具有采用下垂控制方法、实现主动式功率平衡、提高利用率、运行安全可靠的优点。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.基于直流多端口电能交换器的全可控灵活配电系统，它包括电能路由器交流端口、分布式电源及储能装置端口、交直流负荷端口和能量管理系统EMS控制单元，其特征在于：所述的各分布式电源、储能单元及公共电网通过电力电子变换器连接到直流母线，经过电能路由器进行能量转换与分配，EMS控制单元协调能量和信息的流动，给交直流负载供电，有效整合分布式可再生能源。
2.如权利要求1所述的基于直流多端口电能交换器的全可控灵活配电系统，其特征在于：所述的分布式电源及储能装置端口包括交流接入端口、风力发电端口、光伏发电端口、储能电池端口以及交直流负载端口。
3.如权利要求2所述的基于直流多端口电能交换器的全可控灵活配电系统，其特征在于：所述的交流接入端口具体为：分布式可再生能源由于存在间歇性和随机性且难以实现高比例接入，为维持重要负荷端口的正常供电，电能路由器与交流大电网连接，380V交流电接入电能路由器经AC-DC整流模块变为稳定的直流电；
4.如权利要求1所述的基于直流多端口电能交换器的全可控灵活配电系统，其特征在于：所述的电能路由器交流端口的电能路由器采用基于级联高
5.如权利要求4所述的基于直流多端口电能交换器的全可控灵活配电系统，其特征在于：所述的电能路由器交流端口的电能路由器包括顶层控制和底层控制两种控制方式。
6.基于直流多端口电能交换器的全可控灵活配电方法，其特征在于：所述的方法采用权利要求1-5中任意一项所述的基于直流多端口电能交换器的全可控灵活配电系统进行，所述的方法包括以下步骤：
7.如权利要求6所述的基于直流多端口电能交换器的全可控灵活配电方法，其特征在于：所述的步骤2中的构建直流微电网保护策略包括以下步骤：
8.如权利要求6所述的基于直流多端口电能交换器的全可控灵活配电方法，其特征在于：所述的步骤3中的构建基于多端口电能路由器的直流协调控制策略包括以下步骤：
9.如权利要求8所述的基于直流多端口电能交换器的全可控灵活配电方法，其特征在于：所述的步骤3.1中的下垂控制策略具体为：基于多端口电能路由器的直流微电网系统是个多源、多负荷系统，而每个单元都通过相应的电力电子变换器与直流母线相连，母线电压是反映系统稳定运行和功率平衡的关键指标，直流电压的控制策略采用下垂控制易于实现分布式电源的即插即用，且在进行运行模式切换时不影响微电网的暂态稳定性，根据直流母线电压的变化协调电能路由器工作在不同的状态，保障直流微电网的稳定运行，典型下垂曲线表达式为：Udcref＝U0-kI，式中：Udcref为单元变换器的给定输出电压；U0为直流母线电压设定的期望值；k为下垂曲线系数；I为单元变换器输出电流；下垂控制就是控制变换器的电压和电流或者电压和功率等运行在一条下垂曲线上的控制方式，协调各换流器功率输出。
...【技术特征摘要】
1.基于直流多端口电能交换器的全可控灵活配电系统，它包括电能路由器交流端口、分布式电源及储能装置端口、交直流负荷端口和能量管理系统ems控制单元，其特征在于：所述的各分布式电源、储能单元及公共电网通过电力电子变换器连接到直流母线，经过电能路由器进行能量转换与分配，ems控制单元协调能量和信息的流动，给交直流负载供电，有效整合分布式可再生能源。
2.如权利要求1所述的基于直流多端口电能交换器的全可控灵活配电系统，其特征在于：所述的分布式电源及储能装置端口包括交流接入端口、风力发电端口、光伏发电端口、储能电池端口以及交直流负载端口。
3.如权利要求2所述的基于直流多端口电能交换器的全可控灵活配电系统，其特征在于：所述的交流接入端口具体为：分布式可再生能源由于存在间歇性和随机性且难以实现高比例接入，为维持重要负荷端口的正常供电，电能路由器与交流大电网连接，380v交流电接入电能路由器经ac-dc整流模块变为稳定的直流电；
4.如权利要求1所述的基于直流多端口电能交换器的全可控灵活配电系统，其特征在于：所述的电能路由器交流端口的电能路由器采用基于级联高频电压器的多端口直流电能路由器，其包括向用户供电、向电网送电以及孤岛运行三种运行模式。
5.如权利要求4所述的基于直流多端口电能交换器的全可控灵活配电系统，其特征在于：所述的电能路由器交流端口的电能路由器包括顶层控制和底层控制两种控制方式。
【专利技术属性】
技术研发人员：狄方涛，冯兆旭，姚凯，吴保军，纪卫杰，龙洁，孟海东，李陆，孟蒙，史亮，郑超超，齐飞，闪烁，孙鹏，原佳丰，
申请(专利权)人：国网河南省电力公司焦作供电公司，
类型：发明
国别省市：
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