一种混合微电网系统及其交直流耦合器技术方案

本实用新型专利技术公开了一种混合微电网系统及其交直流耦合器，该交直流耦合器包括：控制模块，其产生并发送与判定的工作模式对应的控制信号；主电路，其根据来自所述控制模块的控制信号来实现直流电能和交流电能之间的双向流动和/或电能质量控制。本实用新型专利技术的交直流耦合器，实现不同的三种功能，大大提高了混合微电网系统的灵活性和可靠性。该耦合器能够工作在管理电能质量和交直流双向交换能量的状态，实现系统交直流总线的能量枢纽和电能质量控制。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及微电网
，尤其涉及一种混合微电网系统及其交直流耦合器。
技术介绍
微电网是充分发挥分布式电源优势，协调大电网与分布式电源间矛盾，实现自我控制、保护和管理的自治系统。由于其既可以独立运行，降低局部区域对大电网的依赖性，又能够通过并网为大电网提供电压支持、减少拥堵现象，微电网成为大电网的有力补充，被认为是未来供电系统的发展趋势之一。微电网包括交流(简称AC)微电网、直流(简称DC)微电网和交直流混合微电网。交直流混合微电网一方面能够发挥AC微电网和DC微电网各自的优势，另一方面可充分利用交直流微网的互补作用，提高微电网的效率、电能质量和可靠性。然而，混合微电网，由于将AC总线和DC总线集成到一个综合系统中，如何实现交直流总线之间的控制和协调，是微电网领域的技术难题。目前，交直流总线之间的控制和协调是通过电压型逆变器实现的。当直流微源的输出总功率大于直流负载所需总功率，逆变器工作在逆变模式，将直流总线上的电能转换为交流电并输送到交流总线上；当直流微源的输出总功率小于直流负载所需总功率时，逆变器工作在整流模式，从交流总线向直流总线输送直流电能；当系统输出总功率大于负载总功率，逆变器工作在逆变模式，向电网输送电能。但是，这种情况下，直流母线电压很高，降低了系统的安全性。另外，现有逆变器不具有谐波抑制功能，无法控制交流母线的电能质量。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题之一是需要提供一种交、直流微网的能量互为备用，并且在满足能量合理分配的前提下控制交流总线电能质量的混合微电网系统及其交直流耦合器。为了解决上述技术问题，本技术提供了一种交直流耦合器，包括:控制模块，其产生并发送与判定的工作模式对应的控制信号；主电路，其根据来自所述控制模块的控制信号来实现直流电能和交流电能之间的双向流动和/或电能质量控制。本技术提供的交直流耦合器，优选地，所述主电路包括电压型变流器和交错式双向DC/DC变换器，其中所述电压型变流器，包括由六个双向开关组成的三相桥式逆变电路和一个输出滤波器，所述输出滤波器的一端与所述三相桥式逆变电路的桥臂输出端连接，另一端与交流微电网的三相交流总线连接；所述交错式双向DC/DC变换器，包括两个并联的双向Boost-Buck电路、一个滤波电容和一个直流侧电容，所述直流侧电容与所述电压型变流器的直流侧连接。本技术提供的交直流耦合器，优选地，所述输出滤波器为由两个电感、一个电容和一个电阻组成的单相LCL滤波电路。本技术提供的交直流耦合器，优选地，所述交直流耦合器的工作模式包括实现交流电能向直流电能的转换的第一关键模式和实现直流电能向交流电能的转换的第二关键模式，其中，在所述交直流耦合器实现交流电能向直流电能的转换时，所述电压型变流器将交流总线的交流电能整流为直流电输出到所述直流侧电容，再通过所述交错式双向DC/DC变换器将直流电传递给直流微电网，或者，在所述交直流耦合器实现直流电能向交流电能的转换时，所述电压型变流器接收所述交错式双向DC/DC变换器输出的直流电压，并对接收到的直流电压进行逆变，输出与交流总线一致的三相对称交流电。本技术提供的交直流耦合器，优选地，所述交直流耦合器的工作模式还包括实现电能质量控制的附加模式，在所述控制模块产生与附加模式对应的控制信号时，所述控制模块通过对检测到的所述交流总线的负载电流进行谐波计算得到指令电流信号；所述电压型变流器输出与所述指令电流信号相等的补偿电流至所述交流总线，其中，所述指令电流信号包含有功电流信号。本技术提供的交直流耦合器，优选地，所述控制模块采用PI控制器对所述交直流耦合器进行控制。根据本技术的另一方面，还提供了一种混合微电网系统，包括直流微电网、交流微电网、能量管理系统和如上所述的交直流耦合器，其中，所述能量管理系统，其通过检测所述直流微电网中的直流电能和所述交流微电网中的交流电能，来判定所述交直流耦合器的工作模式。本技术提供的混合微电网系统，优选地，还包括:微电网接口单元，其使所述混合微电网系统通过公共耦合点与公用配电系统直接相连。本技术提供的混合微电网系统，优选地，所述直流微电网包括可再生电源、储能装置、直流负载和直流总线；所述交流微电网包括非可再生电源和交流负载。与现有技术相比，本技术的一个或多个实施例可以具有如下优点:相比传统的混合微电网系统，本新型改变了传统的交直流耦合器的拓扑结构，例如，新增了交错式双向DC/DC变换器不仅能完成直流总线与交流总线之间能量交换的基本功能，还可以降低直流母线的电压值，并能够降低直流微电源的电压泵升比值，提高直流接口设备的性能和效率，降低直流接口设备的绝缘设计难度。另外，本技术中的交直流耦合器，通过其内部的电压型变流器对交流母线的电能质量进行控制，无需额外配置电能质量控制设备，从而不仅节约了设备投资成本，而且简化了协调和控制策略。而且，交直流耦合器使得交流微电网和直流微电网互为备用储能，有效降低蓄电池等长时储能装置的容量配置，避免了对超级电容等短时储能装置的需求。本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。本技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图用来提供对本技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例共同用于解释本技术，并不构成对本技术的限制。在附图中:图1为本技术实施例的混合微电网系统的拓扑结构图；图2为本技术实施例的交直流耦合器中主电路21的拓扑结构示意图；图3为本技术实施例的电压型变流器211的拓扑结构示意图；图4为本技术实施例的电压型变流器211的单相LCL滤波电路结构示意图；图5为本技术实施例的交错式双向DC/DC变换器212的拓扑结构示意图。具体实施方式以下将结合附图及实施例来详细说明本技术的实施方式，借此对本技术如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本技术中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本技术的保护范围之内。图1为本技术实施例的混合微电网系统的拓扑结构图。如图1所示，该混合微电网系统包括第一级直流微电网(简称DC微电网)、第二级交直微电网(简称AC微电网)、第三级微电网与公网接口单元(简称微电网接口单元)以及能量管理系统10 (Energy Management System,简称EMS)。交直流稱合器将第一级和第二级联系起来，实现两级之间的能量交换，并能对第一级的电能质量进行管理。这样，整个混合微网系统成为一个联系的整体。其中，DC微电网包括软微源(例如光伏发电子系统、风力发电子系统)、储能装置(例如蓄电池储能及其充放电DC/DC装置)、直流负载(例如直流电机、变频类交流负载等)和直流总线。AC微电网包括硬微源(例如柴油发电机、微型燃气轮机等)、交直流耦合器20和交流负载等。微电网接口单元，其通过调度、优化和保护系统(公共电网接口装置如智能断路器等)，使微电网通过公共耦合点与公用配电系统直接相连。在本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种交直流耦合器，其特征在于，包括：?控制模块，其产生并发送与判定的工作模式对应的控制信号；?主电路，其根据来自所述控制模块的控制信号来实现直流电能和交流电能之间的双向流动和/或电能质量控制，所述主电路包括电压型变流器和交错式双向DC/DC变换器，其中?所述电压型变流器，包括由六个双向开关组成的三相桥式逆变电路和一个输出滤波器，所述输出滤波器的一端与所述三相桥式逆变电路的桥臂输出端连接，另一端与交流微电网的三相交流总线连接；?所述交错式双向DC/DC变换器，包括两个并联的双向Boost?Buck电路、一个滤波电容和一个直流侧电容，所述直流侧电容与所述电压型变流器的直流侧连接，?所述交直流耦合器的工作模式包括实现交流电能向直流电能的转换的第一关键模式和实现直流电能向交流电能的转换的第二关键模式，其中，?在所述交直流耦合器实现交流电能向直流电能的转换时，所述电压型变流器将交流总线的交流电能整流为直流电输出到所述直流侧电容，再通过所述交错式双向DC/DC变换器将直流电传递给直流微电网，或者，?在所述交直流耦合器实现直流电能向交流电能的转换时，所述电压型变流器接收所述交错式双向DC/DC变换器输出的直流电压，并对接收到的直流电压进行逆变，输出与交流总线一致的三相对称交流电。...

【技术特征摘要】
1.一种交直流稱合器,其特征在于,包括: 控制模块，其产生并发送与判定的工作模式对应的控制信号；主电路，其根据来自所述控制模块的控制信号来实现直流电能和交流电能之间的双向流动和/或电能质量控制，所述主电路包括电压型变流器和交错式双向DC/DC变换器，其中所述电压型变流器，包括由六个双向开关组成的三相桥式逆变电路和一个输出滤波器，所述输出滤波器的一端与所述三相桥式逆变电路的桥臂输出端连接，另一端与交流微电网的三相交流总线连接； 所述交错式双向DC/DC变换器，包括两个并联的双向Boost-Buck电路、一个滤波电容和一个直流侧电容，所述直流侧电容与所述电压型变流器的直流侧连接， 所述交直流耦合器的工作模式包括实现交流电能向直流电能的转换的第一关键模式和实现直流电能向交流电能的转换的第二关键模式，其中， 在所述交直流耦合器实现交流电能向直流电能的转换时，所述电压型变流器将交流总线的交流电能整流为直流电输出到所述直流侧电容，再通过所述交错式双向DC/DC变换器将直流电传递给直流微电网，或者， 在所述交直流耦合器实现直流电能向交流电能的转换时，所述电压型变流器接收所述交错式双向DC/DC变换器输出的直流电压，并对接收到的直流电压进行逆变，输出与交流总线一致的三相对称交流电。2.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：于晶荣，陈莎，陈云浩，陈良福，
申请(专利权)人：湖南天佳电子技术有限公司，
类型：实用新型
国别省市：