CN113328460A - 一种多能模块化组网智能互联微电网*** - Google Patents
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Abstract
一种多能模块化组网智能互联微电网***，包括：三相电网电能输入单元，用于提供电网电能；储能电能输入单元，用于提供电池电能；光伏电能输入单元，用于提供太阳能电能；风能电能输入单元，用于提供风能电能；电容电能输入单元，用于提供电容电能；稳压母线，用于输送电能；所述稳压母线分别与所述三相电网电能输入单元、所述储能电能输入单元、所述光伏电能输入单元、所述风能电能输入单元和所述电容电能输入单元连接；输出单元，用于输出电能；所述输出单元与所述稳压母线连接。本申请提供的一种多能模块化组网智能互联微电网***能够大幅提高对自然能源的利用效率，延长储能电池工作时间与使用寿命，并保证微电网***在此状态下稳定正常工作。
Description
技术领域
本发明属于分布式电能源***技术领域，具体涉及一种多能模块化组网智能互联微电网***。
背景技术
现代的分布式电能源***与传统的集中供电***相比较，现代的分布式电能源***是一个高效、灵活的电力***，提高了可再生能源的利用率，可有效改善电力***的可靠性和电能质量。
目前分布式光伏发电已成为部分地区重要的电力来源。与传统化石能源相比，分布式光伏能源具有资源供应丰富、无污染、分布广泛、运行方便灵活和使用高效安全等优势，具有极广阔的应用前景。
常见的基于直流母线架构的网络拓扑如图1所示。各分布式发电单元及储能单元通过变流器与直流母线相连接，再经过逆变器将直流电变换为交流电，最终供用电设备使用。
但是由于目前***更多偏向于孤岛式微电网发电，主要利用的自然资源为光伏能源，所以该***存在以下几个方面的问题：
1)***中主要由风、光、储构成，在某些自然资源一般的地域可能会造成供电不足或不够稳定的情况；
2)输出端电压可调范围较小，无法满足存在较大压差的不同用电设备接入；
3)整个***占地较大，无法适应可快速移动与模块化替换损坏部件的需求。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种多能模块化组网智能互联微电网***，包括：
三相电网电能输入单元，用于提供电网电能；
储能电能输入单元，用于提供电池电能；
光伏电能输入单元，用于提供太阳能电能；
风能电能输入单元，用于提供风能电能；
电容电能输入单元，用于提供电容电能；
稳压母线，用于输送电能；所述稳压母线分别与所述三相电网电能输入单元、所述储能电能输入单元、所述光伏电能输入单元、所述风能电能输入单元和所述电容电能输入单元连接；
输出单元，用于输出电能；所述输出单元与所述稳压母线连接。
优选地，所述三相电网电能输入单元包括：三相电网和AC/DC控制器，所述AC/DC控制器分别与所述三相电网和所述稳压母线连接。
优选地，所述储能电能输入单元包括：储能电池和DC/DC控制器，所述 DC/DC控制器分别与所述储能电池和所述稳压母线连接。
优选地，所述光伏电能输入单元包括：光伏模拟器和DC/DC控制器，所述DC/DC控制器分别与所述光伏模拟器和所述稳压母线连接。
优选地，所述风能电能输入单元包括：单向风机和AC/DC控制器，所述 AC/DC控制器分别与所述单向风机和所述稳压母线连接。
优选地，所述电容电能输入单元包括：超级电容模拟器和DC/DC控制器，所述DC/DC控制器分别与所述超级电容模拟器和所述稳压母线连接。
优选地，所述输出单元包括：DC/DC降压变换器，所述DC/DC降压变换器与所述稳压母线连接。
优选地，所述输出单元还包括：DC/DC升压变换器，所述DC/DC升压变换器分别与所述稳压母线和所述DC/DC降压变换器连接。
优选地，所述输出单元包括：DC/AC逆变器，所述DC/AC逆变器与所述稳压母线连接。
本申请提供的一种多能模块化组网智能互联微电网***能够大幅提高对自然能源的利用效率，延长储能电池工作时间与使用寿命，并保证微电网***在此状态下稳定正常工作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中的基于直流母线架构的网络拓扑的示意图；
图2是本发明提供的一种多能模块化组网智能互联微电网***的示意图；
图3是现有技术中的标准电能变换器拓扑的示意图；
图4是本发明提供的一种多能模块化组网智能互联微电网***的标准电能变换器拓扑的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
如图2，在本申请实施例中，本发明提供了一种多能模块化组网智能互联微电网***，包括：
三相电网电能输入单元，用于提供电网电能；
储能电能输入单元，用于提供电池电能；
光伏电能输入单元，用于提供太阳能电能；
风能电能输入单元，用于提供风能电能；
电容电能输入单元，用于提供电容电能；
稳压母线，用于输送电能；所述稳压母线分别与所述三相电网电能输入单元、所述储能电能输入单元、所述光伏电能输入单元、所述风能电能输入单元和所述电容电能输入单元连接；
输出单元，用于输出电能；所述输出单元与所述稳压母线连接。
在本申请实施例中，多种不同种类电能源与母线连接，向母线输出相同电压等级的直流电。
如图2，在本申请实施例中，所述三相电网电能输入单元包括：三相电网和AC/DC控制器，所述AC/DC控制器分别与所述三相电网和所述稳压母线连接。
如图2，在本申请实施例中，所述储能电能输入单元包括：储能电池和 DC/DC控制器，所述DC/DC控制器分别与所述储能电池和所述稳压母线连接。
如图2，在本申请实施例中，所述光伏电能输入单元包括：光伏模拟器和DC/DC控制器，所述DC/DC控制器分别与所述光伏模拟器和所述稳压母线连接。
如图2，在本申请实施例中，所述风能电能输入单元包括：单向风机和 AC/DC控制器，所述AC/DC控制器分别与所述单向风机和所述稳压母线连接。
如图2，在本申请实施例中，所述电容电能输入单元包括：超级电容模拟器和DC/DC控制器，所述DC/DC控制器分别与所述超级电容模拟器和所述稳压母线连接。
如图2，在本申请实施例中，所述输出单元包括：DC/DC降压变换器，所述DC/DC降压变换器与所述稳压母线连接。
如图2，在本申请实施例中，所述输出单元还包括：DC/DC升压变换器，所述DC/DC升压变换器分别与所述稳压母线和所述DC/DC降压变换器连接。
如图2，在本申请实施例中，所述输出单元包括：DC/AC逆变器，所述DC/AC逆变器与所述稳压母线连接。
本申请通过配置端口A1-A6和端口B的连接方式，即可各种类型的能量源与标准变换器的连接，并完成微网所需的电能变换功能。
基于标准电能变换器实现DC/DC变换功能，端口连接方式如图4所示。图中，端口A1-A6连接至蓄电池或超级电容的正极，端口B连接至蓄电池或超级电容的负极。此时，该拓扑为6相交错并联的BUCK-BOOST电路，通过相应控制方法，即可实现变换器的升降压及能量的双向流动。
标准电能变换器实现DC/DC变换时，拓扑为6路交错并联的BUCK-BOOST 电路，输入和输出电压及电流纹波较小，交错并联设计，减小电流纹波，保证燃料电池高效率运行。
DC/DC电能变换器采用交错并联技术和模块化设计，与传统变换器相比，在同样储能电感的情况下，成倍地减小了输入电流纹波，保证了燃料电堆运行性能，延长电堆寿命。
MPPT模块的功能是针对光伏面板进行最大功率跟踪，是太阳能光伏板应用的必备环节。在本***中，MPPT模块针对太阳能光伏板在不同的光照强度以及环境等外界因素影响下，输出功率会不断变化的现象。采用了模块化设计，实时侦测太阳能板的发电电压，从起始状态开始，每次给输入信号一个变化量，通过判断当输入信号变化时输出量的大小及方向，来确定被控对象输入的调节方向并在下一个周期完成调节，从而实现追踪最高电压电流值，使之运行在最大功率点。
三相AC/DC模块是微电网与大电网连接的唯一接口，它在调节母线电压和实现“并网”与“孤岛”模式平滑切换方面具有非常重要的现实意义。在此工程中，三相AC/DC模块在电网电压波动和模态切换的工况下,通过坐标变换,将三相静止a-b-c坐标系中的变量转化成两相旋转d-q坐标系中。通过相关电流量的前馈补偿来间接达成三相AC/DC模块有功和无功的解耦控制,进而实现了“并网”模式下母线电压稳定的目的。采用模块化拓扑结构,解决了运行过程中维护困难的问题,也提高了电能转化效率和运行可靠性。
单相AC/DC模块因其可将风力发电***发出的交流电能转换化为成直流电输送至微电网，在分布式发电领域内的作用无可替代。传统AC/DC多采用 H型全桥或半桥式结构，因其存在直通问题,一直以来是影响桥式整流器可靠性的重要因素。此外，传统结构开关频率较低，其输出滤波需要采用体积较大的器件，直接导致其体积大和功率密度低。在分布式可再生能源发电中，如海岛、草原等应用场合，日常维护困难,并且因安装和使用条件所限,对整流器可靠性、体积和重量有较为严格要求。采用基于SiC的标准化电能变换器既解决了维护困难的问题，又实现了对高效率、高可靠性和小型化的要求。
考虑到不同工况需求，例如光伏、风电等时变性较强，且受天气影响较大的电能源输入，其电压和功率波动范围较宽，因此电能变换器的输入电压需具备可处理宽输入电压的能力并将其变换至稳压母线电压。本项目通过PI 控制，可稳定控制其输出电压，最终成功通过程序控制建立直流稳压母线，避免了人为操作开关的危险性和延时。
不同的负载所需的电压不同因此需连接在不同电压等级的直流母线上，本拓扑通过使用升、降压电能变换器优化了传统不同电压等级母线过于冗余和复杂的缺点，同时可做到在10-1000V电压范围内任意调节，有效避免了非标准电压负荷难以接入***的问题，使得该拓扑具有更好的适配性。
本申请提供的一种多能模块化组网智能互联微电网***能够大幅提高对自然能源的利用效率，延长储能电池工作时间与使用寿命，并保证微电网***在此状态下稳定正常工作。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (9)
1.一种多能模块化组网智能互联微电网***，其特征在于，包括：
三相电网电能输入单元，用于提供电网电能；
储能电能输入单元，用于提供电池电能；
光伏电能输入单元，用于提供太阳能电能；
风能电能输入单元，用于提供风能电能；
电容电能输入单元，用于提供电容电能；
稳压母线，用于输送电能；所述稳压母线分别与所述三相电网电能输入单元、所述储能电能输入单元、所述光伏电能输入单元、所述风能电能输入单元和所述电容电能输入单元连接；
输出单元，用于输出电能；所述输出单元与所述稳压母线连接。
2.根据权利要求1多能模块化组网智能互联微电网***，其特征在于，所述三相电网电能输入单元包括：三相电网和AC/DC控制器，所述AC/DC控制器分别与所述三相电网和所述稳压母线连接。
3.根据权利要求1多能模块化组网智能互联微电网***，其特征在于，所述储能电能输入单元包括：储能电池和DC/DC控制器，所述DC/DC控制器分别与所述储能电池和所述稳压母线连接。
4.根据权利要求1多能模块化组网智能互联微电网***，其特征在于，所述光伏电能输入单元包括：光伏模拟器和DC/DC控制器，所述DC/DC控制器分别与所述光伏模拟器和所述稳压母线连接。
5.根据权利要求1多能模块化组网智能互联微电网***，其特征在于，所述风能电能输入单元包括：单向风机和AC/DC控制器，所述AC/DC控制器分别与所述单向风机和所述稳压母线连接。
6.根据权利要求1多能模块化组网智能互联微电网***，其特征在于，所述电容电能输入单元包括：超级电容模拟器和DC/DC控制器，所述DC/DC控制器分别与所述超级电容模拟器和所述稳压母线连接。
7.根据权利要求1多能模块化组网智能互联微电网***，其特征在于，所述输出单元包括：DC/DC降压变换器，所述DC/DC降压变换器与所述稳压母线连接。
8.根据权利要求7多能模块化组网智能互联微电网***，其特征在于，所述输出单元还包括：DC/DC升压变换器，所述DC/DC升压变换器分别与所述稳压母线和所述DC/DC降压变换器连接。
9.根据权利要求1多能模块化组网智能互联微电网***，其特征在于，所述输出单元包括：DC/AC逆变器，所述DC/AC逆变器与所述稳压母线连接。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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