CN103269089A - 多能互补微电网在线式支撑逆变器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多能互补微电网在线式支撑逆变器，它包括汇流控制单元、协调控制单元、逆变单元和并网投切单元；协调控制单元包括中央处理器、本地通信模块、远程通信模块和用于给协调控制单元提供电源的第二供电模块；中央处理器用于接收外部指令和所获取的相关信息生成相应的电压调整指令通过本地通信模块传递给控制模块、生成相应的工作指令通过本地通信模块传递给逆变单元、生成相应的并网或离网或在线工作指令通过本地通信模块传递给并网投切单元；本发明能够接入多种能源发电，能够实现并网和离网之间的平滑无缝切换，以满足需要不间断供电的负载需求，并且可根据不同工作模式，合理优化各能源的输出比重，以提高可再生能源的利用率。

Description

多能互补微电网在线式支撑逆变器
技术领域
本发明涉及一种多能互补微电网在线式支撑逆变器，属于电力电子领域，可应用于微电网中实现微电网并网和离网之间的无缝切换。
背景技术
目前，随着常规能源的逐渐衰竭和环境污染的日益加重，世界各国都加强开发利用清洁高效的可再生能源以解决未来社会经济发展中的能源问题。微电网为分布式发电（包含可再生能源）的并网接入提供了一种重要的网络组织形式，微电网实质上是一个小型电力系统包含分布式电源、本地负荷以及储能装置与传统电网并联。微电网中并网和离网之间转换时，由于存在工作模式的切换，且切换过程的稳定性受负载的影响比较大，很难实现平滑无缝切换。同时，在主从模式的微电网中，作为主机的支撑逆变器多以蓄电池或柴油发电机等相对稳定的电源作为输入电源，且多以单一输入电源为主。在这些场合，可在生能源必须以从机的方式接入才能使用，对于小功率的微电网，这样的结构不仅造成系统控制复杂，而且成本也会大大增加。为解决上述问题，本发明设计一款能够接入多种能源的支撑逆变器，同时增加了在线工作模式，可实现并网和离网之间的平滑无缝切换，以满足需要不间断供电的负载需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种多能互补微电网在线式支撑逆变器，它能够接入多种能源发电，能够实现并网和离网之间的平滑无缝切换，以满足需要不间断供电的负载需求，并且可根据不同工作模式，合理优化各能源的输出比重，以提高可再生能源的利用率。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种多能互补微电网在线式支撑逆变器，它包括汇流控制单元、协调控制单元、逆变单元和并网投切单元；其中，所述的协调控制单元包括中央处理器、本地通信模块、远程通信模块和用于给协调控制单元提供电源的第二供电模块；中央处理器用于接收外部指令和所获取的相关信息生成相应的电压调整指令通过本地通信模块传递给控制模块、生成相应的工作指令通过本地通信模块传递给逆变单元、生成相应的并网或离网或在线工作指令通过本地通信模块传递给并网投切单元；远程通信模块的一端与中央处理器相连接，另一端与远程控制中心相连接以实现中央处理器与远程控制中心之间的数据通信；其中，所述的汇流控制单元包括直流母排、第一交流/直流变换器、第二交流/直流变换器、充放电模块、PFC整流模块、控制模块和第一供电模块；控制模块用于接收相应的电压调整指令生成相应的调整电压信号分别传递给相应的PFC整流模块、第一交流/直流变换器、第二交流/直流变换器和充放电模块；PFC整流模块电连接于电网一与直流母排之间，并用于接收控制模块所传递的调整电压信号控制电网一的输出电压；第一交流/直流变换器电连接于柴油发电机与直流母排之间，并用于接收控制模块所传递的调整电压信号控制柴油发电机的输出电压；第二交流/直流变换器电连接于风力发电机与直流母排之间，并用于接收控制模块所传递的调整电压信号控制风力发电机的输出电压；充放电模块电连接于蓄电池与直流母排之间，用于接收控制模块所传递的调整电压信号控制蓄电池的输出电压；直流母排用于各输出电压的汇总以及接入光伏电池的输出电压，并且直流母排的输出端与逆变单元的输入端电连接；其中，所述的并网投切单元分别通过静态开关与逆变单元的输出端和电网二电连接，并用于接收相应的并网或离网或在线工作指令驱动相应的投切操作实现并网运行或离网运行或在线运行功能；其中，所述的逆变单元用于接收相应的工作指令驱动其将输入的直流电压逆变为输出所需的三相交流电压。
进一步，所述的协调控制单元还包括存储模块、外接显示屏的显示驱动模块和外接按键的按键驱动模块，所述的存储模块、显示驱动模块和按键驱动模块分别与中央处理器相连接以实现数据双向传输。
进一步，所述的第二供电模块的输出端分别与存储模块、显示驱动模块、按键驱动模块、中央处理器、本地通信模块和远程通信模块电连接。
进一步，所述的第一供电模块的输入端分别与电网一和蓄电池电连接，其输出端分别与第一交流/直流变换器、第二交流/直流变换器、充放电模块、PFC整流模块、控制模块、逆变单元、并网投切单元和协调控制单元的第二供电模块电连接。
进一步，所述的PFC整流模块、第一交流/直流变换器、第二交流/直流变换器和充放电模块的电压输入端以及光伏电池的电压接入线路上分别连接有断路器。
更进一步，所述的PFC整流模块、第一交流/直流变换器、第二交流/直流变换器和充放电模块的电压输出端与直线母排之间以及光伏电池的电压接入线路上分别连接有用来防止反接的二极管。
采用了上述技术方案后，本发明在功能上分为汇流控制单元、逆变单元、协调控制单元、并网投切单元四个部分，汇流控制单元主要负责完成监测各输入能源的输出电压的情况，可按照协调控制单元的指令对各个能源输出的电压进行控制，在直流母排电压允许的波动范围内，尽可能提高可再生能源的利用率，输出稳定的直流电压，也可在协调控制单元故障时按照既定的控制策略工作；协调控制单元是多能互补微电网在线式支撑逆变器的大脑，通过本地通信接口和远程通信接口分别与逆变器内部其他各单元和远程控制中心通信，根据所获得的信息，利用驻留在中央控制器中的算法，动态的生成最佳的控制方案，使得本逆变器高效稳定工作；逆变单元主要负责将输入的直流电源逆变输出所需的三相交流电源，并且逆变单元在协调控制单元的控制下，可实现多个相同的逆变模块并联工作，以实现扩容和冗余需求；并网投切单元主要负责接收协调控制单元的控制指令，对相应的开关组进行投切操作以实现本逆变器并网运行、离网运行和在线运行功能，此外当负载或者逆变器输出异常时及时保护，以免损坏负载和逆变器，本逆变器接入了多种能源发电：电网一、柴油发电机发电、风力发电机发电、光伏电池发电、蓄电池发电等，并且能够通过中央处理器和控制模块以及并网投切单元的配合作用实现并网和离网之间的平滑无缝切换，以满足需要不间断供电的负载需求，并且可根据不同工作模式，通过接受相应的控制指令利用控制模块合理优化各能源的输出比重，以提高可再生能源的利用率。
附图说明
图1为本发明的多能互补微电网在线式支撑逆变器的原理框图；
图2为本发明的汇流控制单元的原理框图；
图3为本发明的协调控制单元的原理框图；
图4为本发明的外壳示意图；
图5为本发明的多能互补微电网在线式支撑逆变器的一种应用的结构框图。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
如图1~4所示，一种多能互补微电网在线式支撑逆变器，它包括汇流控制单元、协调控制单元、逆变单元和并网投切单元；其中，所述的协调控制单元包括中央处理器、本地通信模块、远程通信模块和用于给协调控制单元提供电源的第二供电模块；中央处理器用于接收外部指令和所获取的相关信息生成相应的电压调整指令通过本地通信模块传递给控制模块、生成相应的工作指令通过本地通信模块传递给逆变单元、生成相应的并网或离网或在线工作指令通过本地通信模块传递给并网投切单元；远程通信模块的一端与中央处理器相连接，另一端与远程控制中心相连接以实现中央处理器与远程控制中心之间的数据通信；其中，所述的汇流控制单元包括直流母排、第一交流/直流变换器、第二交流/直流变换器、充放电模块、PFC整流模块、控制模块和第一供电模块；控制模块用于接收相应的电压调整指令生成相应的调整电压信号分别传递给相应的PFC整流模块、第一交流/直流变换器、第二交流/直流变换器和充放电模块；PFC整流模块电连接于电网一与直流母排之间，并用于接收控制模块所传递的调整电压信号控制电网一的输出电压；第一交流/直流变换器电连接于柴油发电机与直流母排之间，并用于接收控制模块所传递的调整电压信号控制柴油发电机的输出电压；第二交流/直流变换器电连接于风力发电机与直流母排之间，并用于接收控制模块所传递的调整电压信号控制风力发电机的输出电压；充放电模块电连接于蓄电池与直流母排之间，用于接收控制模块所传递的调整电压信号控制蓄电池的输出电压；直流母排用于各输出电压的汇总以及接入光伏电池的输出电压，并且直流母排的输出端与逆变单元的输入端电连接；其中，所述的并网投切单元分别通过静态开关与逆变单元的输出端和电网二电连接，并用于接收相应的并网或离网或在线工作指令驱动相应的投切操作实现并网运行或离网运行或在线运行功能；其中，所述的逆变单元用于接收相应的工作指令驱动其将输入的直流电压逆变为输出所需的三相交流电压。
如图3、4所示，协调控制单元还包括存储模块、外接显示屏的显示驱动模块和外接按键的按键驱动模块，所述的存储模块、显示驱动模块和按键驱动模块分别与中央处理器相连接以实现数据双向传输。本逆变器集成在一个外壳内，外壳上安装有显示屏、按键、启动按钮、停止按钮以及必要的输入输出连接装置。
如图3展示了一种协调控制单元内部的一种供电方式，第二供电模块的输出端分别与存储模块、显示驱动模块、按键驱动模块、中央处理器、本地通信模块和远程通信模块电连接。
如图2、3所示，展示了一种逆变器的供电方式，第一供电模块的输入端分别与电网一和蓄电池电连接，其输出端分别与第一交流/直流变换器、第二交流/直流变换器、充放电模块、PFC整流模块、控制模块、逆变单元、并网投切单元和协调控制单元的第二供电模块电连接。
电网一和电网二可以来自于同一电网，也可以来自于不同电网。
为了方便单独对每个输入能源的输入线路进行通断，如图2所示，PFC整流模块、第一交流/直流变换器、第二交流/直流变换器和充放电模块的电压输入端以及光伏电池的电压接入线路上分别连接有断路器。PFC整流模块的电压输入端的为交流断路器。第一交流/直流变换器的电压输入端的为直流断路器。第二交流/直流变换器的电压输入端的为交流断路器。充放电模块的电压输入端的为直流断路器。光伏电池的电压接入线路上的为直流断路器。
为了防止各输入电源的反接现象，PFC整流模块、第一交流/直流变换器、第二交流/直流变换器和充放电模块的电压输出端与直线母排之间以及光伏电池的电压接入线路上分别连接有用来防止反接的二极管。
如图5所示，展示了本发明在微电网中的应用案例，该案例中例举了在小型微电网中比较常见的五种能源，分别为电网一，蓄电池、光伏电池、风力发电机和柴油发电机，在案例中，将五种电源按照要求分别与本发明的多种电源输入接口连接，此外电网一和电网二可以相同也可以不同，逆变器的输出连接点与配电柜或负载连接。协调控制单元接受外部启动指令，控制汇流控制单元、逆变单元和并网投切单元按照一定顺序开始工作，首先并网投切单元按照协调控制器的指令托切到位后，汇流控制单元通过既定策略或按照协调控制指令完成汇流稳压工作，逆变单元输入电压稳定后，开始逆变输出。
在协调控制单元中的中央处理器采用TI公司基于ARM926EJ-S 和C674x DSP的双核处理器OMAP-L138系列，这样可在满足各项处理任务的通信的前提下，降低系统的功耗和成本，协调控制单元按照实现输入的参数或动态获取远程指令来动态的生成最佳的控制策略，控制汇流控制单元、逆变单元和并网投切单元工作。汇流控制单元可根据协调控制器提供的参数，对输入的多种能源确立供电优先级，通过动态调节直流母排的电压，跟踪可再生能源的最大功率点，从而提高了可再生能源的利用率。
本发明的工作原理如下：
本发明在功能上分为汇流控制单元、逆变单元、协调控制单元、并网投切单元四个部分，汇流控制单元主要负责完成监测各输入能源的输出电压的情况，可按照协调控制单元的指令对各个能源输出的电压进行控制，在直流母排电压允许的波动范围内，尽可能提高可再生能源的利用率，输出稳定的直流电压，也可在协调控制单元故障时按照既定的控制策略工作；协调控制单元是多能互补微电网在线式支撑逆变器的大脑，通过本地通信接口和远程通信接口分别与逆变器内部其他各单元和远程控制中心通信，根据所获得的信息，利用驻留在中央控制器中的算法，动态的生成最佳的控制方案，使得本逆变器高效稳定工作；逆变单元主要负责将输入的直流电源逆变输出所需的三相交流电源，并且逆变单元在协调控制单元的控制下，可实现多个相同的逆变模块并联工作，以实现扩容和冗余需求；并网投切单元主要负责接收协调控制单元的控制指令，对相应的开关组进行投切操作以实现本逆变器并网运行、离网运行和在线运行功能，此外当负载或者逆变器输出异常时及时保护，以免损坏负载和逆变器，本逆变器接入了多种能源发电：电网一、柴油发电机发电、风力发电机发电、光伏电池发电、蓄电池发电等，并且能够通过中央处理器和控制模块以及并网投切单元的配合作用实现并网和离网之间的平滑无缝切换，以满足需要不间断供电的负载需求，并且可根据不同工作模式，通过接受相应的控制指令利用控制模块合理优化各能源的输出比重，以提高可再生能源的利用率。
以上所述的具体实施例，对本发明的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，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。

Claims (6)

1.一种多能互补微电网在线式支撑逆变器，其特征在于：它包括汇流控制单元、协调控制单元、逆变单元和并网投切单元；
其中，所述的协调控制单元包括中央处理器、本地通信模块、远程通信模块和用于给协调控制单元提供电源的第二供电模块；中央处理器用于接收外部指令和所获取的相关信息生成相应的电压调整指令通过本地通信模块传递给控制模块、生成相应的工作指令通过本地通信模块传递给逆变单元、生成相应的并网或离网或在线工作指令通过本地通信模块传递给并网投切单元；远程通信模块的一端与中央处理器相连接，另一端与远程控制中心相连接以实现中央处理器与远程控制中心之间的数据通信；
其中，所述的汇流控制单元包括直流母排、第一交流/直流变换器、第二交流/直流变换器、充放电模块、PFC整流模块、控制模块和第一供电模块；控制模块用于接收相应的电压调整指令生成相应的调整电压信号分别传递给相应的PFC整流模块、第一交流/直流变换器、第二交流/直流变换器和充放电模块；PFC整流模块电连接于电网一与直流母排之间，并用于接收控制模块所传递的调整电压信号控制电网一的输出电压；第一交流/直流变换器电连接于柴油发电机与直流母排之间，并用于接收控制模块所传递的调整电压信号控制柴油发电机的输出电压；第二交流/直流变换器电连接于风力发电机与直流母排之间，并用于接收控制模块所传递的调整电压信号控制风力发电机的输出电压；充放电模块电连接于蓄电池与直流母排之间，用于接收控制模块所传递的调整电压信号控制蓄电池的输出电压；直流母排用于各输出电压的汇总以及接入光伏电池的输出电压，并且直流母排的输出端与逆变单元的输入端电连接； 
其中，所述的并网投切单元分别通过静态开关与逆变单元的输出端和电网二电连接，并用于接收相应的并网或离网或在线工作指令驱动相应的投切操作实现并网运行或离网运行或在线运行功能；
其中，所述的逆变单元用于接收相应的工作指令驱动其将输入的直流电压逆变为输出所需的三相交流电压。
2.根据权利要求1所述的多能互补微电网在线式支撑逆变器，其特征在于：所述的协调控制单元还包括存储模块、外接显示屏的显示驱动模块和外接按键的按键驱动模块，所述的存储模块、显示驱动模块和按键驱动模块分别与中央处理器相连接以实现数据双向传输。
3.根据权利要求2所述的多能互补微电网在线式支撑逆变器，其特征在于：所述的第二供电模块的输出端分别与存储模块、显示驱动模块、按键驱动模块、中央处理器、本地通信模块和远程通信模块电连接。
4.根据权利要求1所述的多能互补微电网在线式支撑逆变器，其特征在于：所述的第一供电模块的输入端分别与电网一和蓄电池电连接，其输出端分别与第一交流/直流变换器、第二交流/直流变换器、充放电模块、PFC整流模块、控制模块、逆变单元、并网投切单元和协调控制单元的第二供电模块电连接。
5.根据权利要求1所述的多能互补微电网在线式支撑逆变器，其特征在于：所述的PFC整流模块、第一交流/直流变换器、第二交流/直流变换器和充放电模块的电压输入端以及光伏电池的电压接入线路上分别连接有断路器。
6.根据权利要求1或5所述的多能互补微电网在线式支撑逆变器，其特征在于：所述的PFC整流模块、第一交流/直流变换器、第二交流/直流变换器和充放电模块的电压输出端与直线母排之间以及光伏电池的电压接入线路上分别连接有用来防止反接的二极管。
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Assignee: JIANGSU ZHENGHUI SOLAR POWER CO.,LTD.

Assignor: CHANGZHOU CAMPUS OF HOHAI University

Contract record no.: X2023980034303

Denomination of invention: Multi energy complementary microgrid online support inverter

Granted publication date: 20141203

License type: Common License

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