基于多端口直流變電站的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于多端口直流變電站的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，包括區(qū)域型直流微電網(wǎng)模塊以及多個直流微電網(wǎng)單元1?n，該區(qū)域型直流微電網(wǎng)模塊由分布式能源發(fā)電、儲能、負載通過多端口直流變電站組成，多個直流微電網(wǎng)單元1?n通過該區(qū)域型直流微電網(wǎng)模塊的多端口直流變電站實現(xiàn)互聯(lián)，本發(fā)明可最大限度的消納分布式能源發(fā)電，并通過對能量的協(xié)調(diào)控制實現(xiàn)能源的合理利用。
【專利說明】
基于多端口直流變電站的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，特別是涉及一種基于多端口直流變電站的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著環(huán)境污染及能源危機等問題的突出，清潔能源和可再生能源將成為未來主要能量供應來源。由于分布式能源大部分是以直流的形式發(fā)電且發(fā)電過程具有交大的波動性，因此，需采用新型的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與相關(guān)的技術(shù)設(shè)備來更好的適應分布式新能源的接入并滿足電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、靈活性及可靠性等要求。相對于交流網(wǎng)來講，直流微網(wǎng)能夠滿足新能源接入并具有線路成本低、輸電能力強、控制簡單、轉(zhuǎn)化效率高等特點。因此，直流輸電技術(shù)與直流微電網(wǎng)技術(shù)在國內(nèi)外引起來廣泛的研究并取得了一定的研究成果。
[0003]目前，有學者研究了基于海上風電的直流變電站及其主從控制策略，但這些變電站及其主從控制策略存在能源結(jié)構(gòu)單一，不能實現(xiàn)能源的合理利用的缺點；有學者針對直流微電網(wǎng)研究了雙輸入變換器的結(jié)構(gòu)及工作原理，但沒有分析其在實際中的應用；也有學者研究了單個的直流微電網(wǎng)的控制策略，但不能實現(xiàn)多電壓等級直流微電網(wǎng)的互聯(lián)。此外，通過采用多個直流變換器來實現(xiàn)多個電壓等級的直流微電網(wǎng)互聯(lián)存在控制復雜、成本高等缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明之目的在于提供一種基于多端口直流變電站的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，其可最大限度的消納分布式能源發(fā)電，并通過對能量的協(xié)調(diào)控制實現(xiàn)能源的合理利用。
[0005]本發(fā)明之另一目的在于提供一種基于多端口直流變電站的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，其具有故障隔離的優(yōu)點，可在節(jié)約成本的基礎(chǔ)上實現(xiàn)直流微電網(wǎng)多電壓等級的互聯(lián)。
[0006]為達上述及其它目的，本發(fā)明提出一種基于多端口直流變電站的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括區(qū)域型直流微電網(wǎng)模塊以及多個直流微電網(wǎng)單元1-n，該區(qū)域型直流微電網(wǎng)模塊由分布式能源發(fā)電、儲能、負載通過多端口直流變電站組成，多個直流微電網(wǎng)單元1-n通過該區(qū)域型直流微電網(wǎng)模塊的多端口直流變電站實現(xiàn)互聯(lián)。
[0007 ]進一步地，該區(qū)域型直流微電網(wǎng)模塊包括:
[0008]若干直流變換器，每個直流變換器均具有輸入端口與輸出端口，各直流變換器并聯(lián)連接至直流母線，每個直流微電網(wǎng)單元連接一直流變換器；
[0009]分布式能源發(fā)電模組，通過直流變換器接入直流母線電壓；
[0010]儲能單元，通過直流變換器接入直流母線；
[0011]直流負載，通過直流變換器接入直流母線。
[0012]進一步地，該分布式能源發(fā)電模組包括光伏發(fā)電及風力發(fā)電。
[0013]進一步地，該光伏發(fā)電經(jīng)過一直流變換器接入直流母線電壓，該風力發(fā)電經(jīng)不控整流后通過一直流變換器接入直流母線。
[0014]進一步地，各直流變換器與直流母線之間還包括保護裝置以實現(xiàn)故障保護。
[0015]進一步地，該保護裝置采用隔離開關(guān)與直流斷路器相配合的方式。
[0016]進一步地，該保護裝置包括隔離開關(guān)與直流斷路器，該直流斷路器包括檢測裝置、主開關(guān)、控制單元以及輔助開關(guān)電路，該隔離開關(guān)一端連接直流變換器，另一端連接該檢測裝置，該檢測裝置連接該控制單元、主開關(guān)與輔助電路開關(guān)，該控制單元與該輔助開關(guān)電路連接，并控制該主開關(guān)，當該檢測裝置檢測到發(fā)生過載或短路情況時發(fā)出信號，通過該控制單元將該直流斷路器關(guān)斷。
[0017]進一步地，各直流變換器采用具有升壓、降壓功能的Buck/Boost變換器。
[0018]進一步地，該儲能單元采用超級電容實現(xiàn)。
[0019]進一步地，各直流微電網(wǎng)單元為不同電壓等級的直流微電網(wǎng)單元。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種基于多端口直流變電站的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)通過對直流變換器端口數(shù)的擴展實現(xiàn)了一種基于多端口直流變電站的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，可最大限度的消納分布式能源發(fā)電，并通過對能量的協(xié)調(diào)控制實現(xiàn)能源的合理利用，本發(fā)明實現(xiàn)了不同類型的分布式電源的接入及多電壓等級的直流微電網(wǎng)的互聯(lián)，將適應于未來直流大電網(wǎng)的建設(shè)，為跨國性直流環(huán)形電網(wǎng)的建設(shè)打下了良好的基礎(chǔ)，此外，本發(fā)明還具有故障隔離的優(yōu)點，可在節(jié)約成本的基礎(chǔ)上實現(xiàn)直流微電網(wǎng)多電壓等級的互聯(lián)。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明一種基于多端口直流變電站的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)圖；
[0022]圖2為本發(fā)明較佳實施例中區(qū)域型直流微電網(wǎng)模塊10的細部結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖3為本發(fā)明較佳實施例的保護裝置105的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0024]以下通過特定的具體實例并結(jié)合【附圖說明】本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭示的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其它優(yōu)點與功效。本發(fā)明亦可通過其它不同的具體實例加以施行或應用，本說明書中的各項細節(jié)亦可基于不同觀點與應用，在不背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾與變更。
[0025]圖1為本發(fā)明一種基于多端口直流變電站的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)圖。如圖1所示，本發(fā)明一種基于多端口直流變電站的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，包括:區(qū)域型直流微電網(wǎng)模塊10以及多個直流微電網(wǎng)單元1-n。
[0026]其中，區(qū)域型直流微電網(wǎng)模塊10由分布式能源發(fā)電、儲能、負載等通過多端口直流變電站(即圖中多端直流變換器)組成，由于，直流微電網(wǎng)的電壓等級沒有統(tǒng)一規(guī)范，多個電壓等級的直流微電網(wǎng)單元1-η可經(jīng)過區(qū)域型直流微電網(wǎng)模塊10的多端口直流變電站實現(xiàn)互聯(lián)。
[0027]圖2為本發(fā)明較佳實施例中區(qū)域型直流微電網(wǎng)模塊10的細部結(jié)構(gòu)圖。區(qū)域型直流微電網(wǎng)模塊10包括:若干直流變換器101、分布式能源發(fā)電模組102、儲能單元103以及直流負載104，每個直流變換器101具有輸入端口與輸出端口，各直流變換器101并聯(lián)連接至直流母線，每個直流微電網(wǎng)單元連接一直流變換器，在此需說明的是，直流變換器101可根據(jù)需要包括輸出并聯(lián)變換器、輸入并聯(lián)變換器、變壓器耦合變換器、串聯(lián)型變換器，因為對于直流微電網(wǎng)來說，既需要通過輸出端并聯(lián)的直流變換器將大量的分布式能源接入直流母線，又需要通過輸入端并聯(lián)的直流變換器將儲能及負載裝置接入直流母線，因此，本發(fā)明中采用輸入并聯(lián)與輸出并聯(lián)相結(jié)合的混合型多端直流變換器作為系統(tǒng)中各個模塊接入直流微電網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備;分布式能源發(fā)電模組102包括光伏發(fā)電及風力發(fā)電，光伏發(fā)電經(jīng)過一直流變換器接入直流母線電壓，風力發(fā)電經(jīng)不控整流后通過一直流變換器接入直流母線;儲能單元103與直流負載104分別通過一直流變換器連接直流母線。在本發(fā)明中，各直流變換器采用均具有升壓、降壓功能的Buck/Boost變換器，當分布式能源發(fā)電輸出端電壓變化范圍較大時，既可以通過升壓接入直流母線，又可以通過降壓接入直流母線，使分布式電源接入直流微網(wǎng)的靈活性大大提高;對于負載來說，具有升降壓功能的變換器可實現(xiàn)多電壓等級的負載穩(wěn)定工作。此外，在電動汽車及智能家居等領(lǐng)域，采用多端直流變換器供電，可以合理利用資源，以減小環(huán)境污染，并提高負荷的整體性能，具有即插即用的優(yōu)點。
[0028]在本發(fā)明較佳實施例中，以直流微電網(wǎng)單元I為例分析:直流微電網(wǎng)單元I的額定電壓為400V，光伏發(fā)電經(jīng)過Buck/Boost變換器接入直流母線電壓;風力發(fā)電經(jīng)不控整流后通過Buck/Boost變換器接入直流母線;超級電容則通過Buck/Boost變換器控制儲能單元的充放電;直流負載通過Buck/Boost變換器接入直流母線。
[0029]較佳地，各直流變換器與直流母線之間還包括保護裝置105，保護裝置105采用隔離開關(guān)與直流斷路器相配合的方式。圖3為本發(fā)明較佳實施例的保護裝置105的結(jié)構(gòu)示意圖。保護裝置105包括隔離開關(guān)與直流斷路器，該直流斷路器包括檢測裝置、主開關(guān)、控制單元以及輔助開關(guān)電路，隔離開關(guān)一端連接直流變換器，另一端連接檢測裝置，檢測裝置連接控制單元、主開關(guān)與輔助電路開關(guān)，控制單元與輔助開關(guān)電路連接，并控制主開關(guān)，當檢測裝置檢測到發(fā)生過載或短路情況時發(fā)出信號，通過控制單元將斷路器關(guān)斷。
[0030]在本發(fā)明較佳實施例中，直流微電網(wǎng)單元I的額定電壓等級為400V，直流微電網(wǎng)單元2與單元4的額定電壓等級分別為700V、500V。當單元I的能量過剩時，可通過多端口直流變電站的端口al、bl升壓后將單元I中多余的能量輸送到直流微電網(wǎng)單元2中與直流微電網(wǎng)單元4中；當直流微電網(wǎng)單元I的能量不足時，可通過多端口直流變電站的端口al、bl降壓將直流微電網(wǎng)單元2與直流微電網(wǎng)單元4中的能量輸送到單元I中。
[0031 ]同樣，直流微電網(wǎng)單元I的額定電壓等級為400V，直流微電網(wǎng)單元3與單元5的額定電壓等級分別為380V、100V。當直流微電網(wǎng)單元I的能量過剩時，可通過多端口直流變電站的端口 as、bs降壓后將直流微電網(wǎng)單元I中多余的能量輸送到直流微電網(wǎng)單元3中與直流微電網(wǎng)單元5中；當直流微電網(wǎng)單元I的能量不足時，可通過多端口直流變電站的端口as、bs升壓將直流微電網(wǎng)單元3與直流微電網(wǎng)單元5中的能量輸送到直流微電網(wǎng)單元I中。
[0032]在本發(fā)明之基于多端口直流變換站的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)中，其協(xié)調(diào)控制策略比較簡單，既相當于對單個直流微電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制。采用直流母線電壓下垂控制策略，將直流母線電壓作為控制信號，通過對各個端口的直流變換器進行控制從而實現(xiàn)直流微電網(wǎng)中能量的合理分配及直流母線電壓的穩(wěn)定。
[0033]在本發(fā)明中，多端口直流變電站中端口m?ns的主要功能在于:I)實現(xiàn)分布式能源發(fā)電設(shè)備的接入;2)電壓等級的變換;3)MPPT控制;4)下垂控制；多端口直流變電站中端口nu?1的主要功能在于:I)實現(xiàn)負載設(shè)備的接入;2)電壓等級的變換;3)定電壓控制；多端口直流變電站中端口&?(^的主要功能在于:1)實現(xiàn)儲能設(shè)備的接入;2)能量的雙向流動;3)定電壓控制;4)定電流控制；多端口直流變電站中端口 a I?a s以及b I?b s的主要功能在于:I)不同直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的互聯(lián);2)能量的雙向流動;3)電壓等級的變換;4)定電壓控;5)故障隔離。
[0034]可見，本發(fā)明一種基于多端口直流變電站的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)通過對直流變換器端口數(shù)的擴展實現(xiàn)了一種基于多端口直流變電站的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，可最大限度的消納分布式能源發(fā)電，并通過對能量的協(xié)調(diào)控制實現(xiàn)能源的合理利用，本發(fā)明實現(xiàn)了不同類型的分布式電源的接入及多電壓等級的直流微電網(wǎng)的互聯(lián)，將適應于未來直流大電網(wǎng)的建設(shè)，為跨國性直流環(huán)形電網(wǎng)的建設(shè)打下了良好的基礎(chǔ)，此外，本發(fā)明還具有故障隔離的優(yōu)點，可在節(jié)約成本的基礎(chǔ)上實現(xiàn)直流微電網(wǎng)多電壓等級的互聯(lián)。
[0035]上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員均可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此，本發(fā)明的權(quán)利保護范圍，應如權(quán)利要求書所列。
【主權(quán)項】
1.一種基于多端口直流變電站的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括區(qū)域型直流微電網(wǎng)模塊以及多個直流微電網(wǎng)單元1-n，該區(qū)域型直流微電網(wǎng)模塊由分布式能源發(fā)電、儲能、負載通過多端口直流變電站組成，多個直流微電網(wǎng)單元1-η通過該區(qū)域型直流微電網(wǎng)模塊的多端口直流變電站實現(xiàn)互聯(lián)。2.如權(quán)利要求1所述的一種基于多端口直流變電站的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，該區(qū)域型直流微電網(wǎng)模塊包括: 若干直流變換器，每個直流變換器均具有輸入端口與輸出端口，各直流變換器并聯(lián)連接至直流母線，每個直流微電網(wǎng)單元連接一直流變換器； 分布式能源發(fā)電模組，通過直流變換器接入直流母線電壓； 儲能單元，通過直流變換器接入直流母線； 直流負載，通過直流變換器接入直流母線。3.如權(quán)利要求2所述的一種基于多端口直流變電站的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于:該分布式能源發(fā)電模組包括光伏發(fā)電及風力發(fā)電。4.如權(quán)利要求3所述的一種基于多端口直流變電站的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于:該光伏發(fā)電經(jīng)過一直流變換器接入直流母線電壓，該風力發(fā)電經(jīng)不控整流后通過一直流變換器接入直流母線。5.如權(quán)利要求4所述的一種基于多端口直流變電站的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于:各直流變換器與直流母線之間還包括保護裝置以實現(xiàn)故障保護。6.如權(quán)利要求5所述的一種基于多端口直流變電站的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于:該保護裝置采用隔離開關(guān)與直流斷路器相配合的方式。7.如權(quán)利要求5所述的一種基于多端口直流變電站的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于:該保護裝置包括隔離開關(guān)與直流斷路器，該直流斷路器包括檢測裝置、主開關(guān)、控制單元以及輔助開關(guān)電路，該隔離開關(guān)一端連接直流變換器，另一端連接該檢測裝置，該檢測裝置連接該控制單元、主開關(guān)與輔助電路開關(guān)，該控制單元與該輔助開關(guān)電路連接，并控制該主開關(guān)，當該檢測裝置檢測到發(fā)生過載或短路情況時發(fā)出信號，通過該控制單元將該直流斷路器關(guān)斷。8.如權(quán)利要求7所述的一種基于多端口直流變電站的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于:各直流變換器采用具有升壓、降壓功能的Buck/Boost變換器。9.如權(quán)利要求7所述的一種基于多端口直流變電站的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于:該儲能單元采用超級電容實現(xiàn)。10.如權(quán)利要求1所述的一種基于多端口直流變電站的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于:各直流微電網(wǎng)單元為不同電壓等級的直流微電網(wǎng)單元。
【文檔編號】H02J1/00GK105958466SQ201610318406
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月13日
【發(fā)明人】黃志鵬, 潘三博, 蔡靜雯, 呂國柱, 周敏
【申請人】上海電機學院