CN105449821A - 交直流混合微网系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种交直流混合微网系统，以解决如何减少因电流转换造成的系统电能损失的问题。该系统包括：交流母线，适于连接交流负载；直流母线，适于连接直流负载；第一供电系统，与所述交流母线连接；第二供电系统，与所述直流母线连接。本发明中不仅包括交流母线，也包括直流母线，第一供电系统可通过交流母线为交流负载供电，第二供电系统可通过直流母线为直流负载供电，因此直流负载所需的电能可不必经过交流到直流的转换得到，因此在一定程度上避免了交直转换所导致的系统电能损失。

Description

交直流混合微网系统

技术领域

本发明涉及微网组网技术领域，尤其是涉及一种交直流混合微网系统。

背景技术

随着对电力需求的不断增长，集中式大电网(公共电网)在过去数十年里迅速发展，成为主要的电力供应。由于集中供电较为脆弱，经常会导致大规模的停电事故，因此人们开始研究微网系统。同时，由于近年来分布式发电系统(例如风能发电系统、太阳能发电系统)的大规模发展，因此将分布式发电系统接入微网系统已经成为未来的主要电力网络发展趋势。

目前应用比较广泛的微网系统为基于交流总线的微网系统，该系统中，太阳能、风能等分布式发电系统产生的电力经过直流到交流的变换传送至交流总线。但是负载不仅由交流负载，还有直流负载，例如直流充电桩、直流电机、LED照明灯等，因此在为直流负载供电时，需要将交流电转换到高压直流电，再将高压直流电转换为低压直流电。多次的转换，会造成系统电能的损失。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何减少因电流转换造成的系统电能损失。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种交直流混合微网系统。该系统包括：

交流母线，适于连接交流负载；

直流母线，适于连接直流负载；

第一供电系统，与所述交流母线连接；

第二供电系统，与所述直流母线连接。

进一步地，所述直流母线和所述交流母线之间连接有双向交直流变换器。

进一步地，所述第一供电系统和所述第二供电系统均包括与对应母线连接的分布式发电系统。

进一步地，所述分布式发电系统包括风能发电系统和/或太阳能发电系统。

进一步地，所述太阳能发电系统包括光伏阵列及光伏逆变器，所述光伏逆变器连接在所述光伏阵列和所述对应母线之间。

进一步地，所述第一供电系统和所述第二供电系统还均包括与对应母线连接的储能装置。

进一步地，所述第一供电系统的储能装置包括第一蓄电池组及交流-直流储能逆变器，所述交流直流储能逆变器连接在所述蓄电池组和所述交流母线之间；所述第二供电系统的储能装置包括第二蓄电池组及直流-直流斩波变换器，所述直流-直流斩波变换器连接在所述第二蓄电池组和所述直流母线之间。

进一步地，所述第一供电系统和/或所述第二供电系统还包括与对应母线连接的发电机组。

本发明中不仅包括交流母线，也包括直流母线，第一供电系统可通过交流母线为交流负载供电，第二供电系统可通过直流母线为直流负载供电，因此直流负载所需的电能可不必经过交流到直流的转换得到，因此在一定程度上避免了交直转换所导致的系统电能损失。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征信息和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1示出了根据本发明交直流混合微网系统的一实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明提供一种交直流混合微网系统，如图1所示，该系统包括：

交流母线，适于连接交流负载；

直流母线，适于连接直流负载；

第一供电系统，与所述交流母线连接；

第二供电系统，与所述直流母线连接。

本发明中不仅包括交流母线，也包括直流母线，第一供电系统可通过交流母线为交流负载供电，第二供电系统可通过直流母线为直流负载供电，因此直流负载所需的电能可不必经过交流到直流的转换得到，因此在一定程度上避免了交直转换所导致的系统电能损失。

进一步地，所述直流母线和所述交流母线之间可连接有双向交直流变换器。

在正常情况下，第一供电系统通过交流母线为交流负载供电，第二供电系统通过直流母线为直流负载供电。但是当第二供电系统提供的电能不足以满足直流负载的需求时，第一供电系统可通过该双向交直流变换器向直流母线提供电能，进而为直流负载供电。同理，当第一供电系统提供的电能不足以满足交流负载的需求时，第二供电底桐通过该双向交直流变换器向交流母线提供电能，进而为交流负载供电。因此双向交直流变换器的设置，提高了微网系统供电灵活性，使供电系统的电能合理利用，实现了高效节能的目的，防止了某一侧的供电系统供电不足对微网功率系数的影响，减少了因供电不足导致的故障。

其中，所述第一供电系统和所述第二供电系统可均包括与对应母线连接的分布式发电系统。也就是说，第一供电系统包括与交流母线连接的分布式发电系统，第二供电系统包括与直流母线连接的分布式发电系统。进一步地，所述分布式发电系统可包括风能发电系统和/或太阳能发电系统。例如图1中，第一供电系统的分布式发电系统为风能发电系统，第二供电系统的分布式发电系统为太阳能发电系统。

所述太阳能发电系统包括光伏阵列及光伏逆变器，所述光伏逆变器连接在所述光伏阵列和所述对应母线之间。例如图1中，光伏逆变器连接在光伏阵列和直流母线之间。

当第一供电系统中的分布式发电系统所供电能超出交流负载所需电能及第二供电系统中的分布式发电系统所供电能超出直流负载所需电能时，可能会造成能量的浪费。因此本发明的供电系统还可包括储能装置。第一供电系统中的分布式发电系统将多余的电能存储在与交流母线连接的储能装置中，第二供电系统中的分布式发电系统将多余的电能存储在与直流母线连接的储能装置中。当分布式发电系统所提供的电能不足以满足对应负载需求时，可利用储能装置中的电能为对应负载供电。

如图1所示，所述第一供电系统的储能装置包括第一蓄电池组及交流-直流储能逆变器，所述交流直流储能逆变器连接在所述蓄电池组和所述交流母线之间。所述第二供电系统的储能装置包括第二蓄电池组及直流-直流斩波变换器，所述直流-直流斩波变换器连接在所述第二蓄电池组和所述直流母线之间。

另外，为了保证供电系统工作的稳定性，避免因分布式发电系统故障导致的供电事故，所述第一供电系统和/或所述第二供电系统还包括与对应母线连接的发电机组。例如图1中，第一供电系统中与交流母线连接的柴油发电机组。

本发明的交流母线还连接有电网，用以对交流母线为交流负载所提供的电能进行变电、输电、配电等工作。

下面以图1所示的微网系统为例，说明本发明的几种供电情况：

首先，图1中的微网系统有以下15种工作模式：

(1)模式1：风能发电系统向交流负载供电，太阳能发电系统向直流负载供电。

(2)模式2：风能发电系统向交流负载，同时风能发电系统和太阳能发电系统向直流负载供电。此时，交流母线利用双向交直流变换器的整流功能，向直流母线供电。此模式的工作场景一般为微网系统的总发电功率大于或等于负载总需求功率，其中风能发电系统的实际发电功率大于风能发电系统的预设功率，而太阳能发电系统的实际发电功率不足以满足直流负载需求功率。

(3)模式3：风能发电系统向交流负载供电，太阳能发电系统和直流侧的储能装置向直流负载供电。此模式的工作场景可以为微网系统的总发电功率大于等于负载总需求功率(场景3A)，也可以为微网系统的总发电功率小于负载总需求功率(场景3B)。

(4)模式4：风能发电系统向交流负载供电，同时风能发电系统、太阳能发电系统、第二储能装置一起向直流负载供电。此模式的工作场景一般可为：微网系统的总发电功率小于负载总需求功率，其中，风能发电系统的实际发电功率大于风能发电系统的预设功率。

(5)模式5：太阳能发电系统向直流负载供电，同时太阳能发电系统和风能发电系统一起向交流负载供电。此时直流母线利用双向交直流变换器的逆变功能，向交流母线供电。此模式的工作场景一般为太阳能发电系统的实际发电功率大于太阳能发电系统的的预设功率，而风能发电系统的实际发电功率不足以满足交流负载的需求。

(6)模式6：太阳能发电系统向直流负载供电，风能发电系统和交流侧的储能装置向交流流负载供电。此模式的工作场景可以为微网系统总发电工作大于等于负载总需求功率(场景6A)，也可以为微网系统总发电工作大于等于负载总需求功率(场景6B)。

(7)模式7：太阳能发电系统向直流负载供电，同时，太阳能发电系统、风能发电系统和交流侧的储能装置一起向交流负载供电。

(8)模式8：风能发电系统和交流侧的储能装置向交流负载供电，太阳能发电系统和直流侧的储能装置向直流负载供电。此模式的工作场景可以为微网系统总发电工作小于负载总需求功率，而风能发电系统的发电功率小于风能发电系统的预设功率，太阳能发电系统的实际发电功率小于太阳能发电系统的预设功率。

(9)模式9：风能发电系统向交流负载供电，同时，风能发电系统、太阳能发电系统及交流侧的储能装置一起向直流负载供电。此时交流母线利用双向交直流变换器的整流功能，向直流母线供电。此模式的工作场景为微网系统总发电功率小于负载总需求功率，且直流侧的储能装置已经充分放电。

(10)模式10：风能发电系统和交流侧的储能装置向交流负载供电，太阳能发电系统和交流侧的储能装置向直流负载供电。此时交流母线利用双向交直流变换器的整流功能，向直流母线供电。此模式的工作场景为：微网系统的总发电功率小于负载总需求功率，直流侧的储能装置已经充分放电，风能发电系统的发电功率小于交流负载所需功率。

(11)模式11：太阳能发电系统向直流负载供电，太阳能发电系统、风能发电系统、直流侧的储能装置一起向交流负载供电。此时直流母线利用双向交直流变换器的逆变功能，向交流母线供电。微网系统的总发电功率小于负载总需求功率，且交流侧的储能装置已经充分放电。

(12)模式12：风能发电系统和直流侧的储能装置向交流负载供电，太阳能发电系统和直流侧的储能装置向直流负载供电。此时直流母线利用双向交直流变换器的逆变功能，向交流母线供电。此模式的工作场景为：微网系统的总发电功率小于负载总需求功率，且太阳能发电系统的发电功率小于直流负载所需功率，风能发电系统的发电功率小于交流负载所需功率，且交流侧的储能装置已经充分放电。

(13)模式13：风能发电系统和柴油发电机组向交流负载供电，太阳能发电系统和柴油发电机组向直流负载供电。此模式的工作场景为：微网系统的总发电功率小于负载总需求功率，且太阳能发电系统的发电功率小于直流负载所需功率，风能发电系统的发电功率小于交流负载所需功率，且双侧母线的储能装置均已经充分放电。

(14)模式14：风能发电系统向交流负载供电，风能发电系统、太阳能发电系统和柴油发电机组向直流负载供电。此模式的工作场景为微网系统的总发电功率小于负载总需求功率，且太阳能发电系统的发电功率小于直流负载所需功率，风能发电系统的发电功率大于风能发电系统的预设功率，且双侧母线的储能装置均已经充分放电。

(15)模式15：风能发电系统向交流负载供电，风能发电系统、太阳能发电系统和柴油发电机组向直流负载供电。或者，太阳能发电系统、风能发电系统和柴油发电机向交流负载供电，太阳能发电系统向直流负载供电。后者的工作场景可以为：微网系统的总发电功率小于负载的总需求功率，太阳能发电系统的发电功率大于太阳能发电系统的预设功率，风能发电系统的发电功率小于交流负载的需求功率，且双侧母线的储能装置已经充分放电。

本发明微网系统的工作模式不是一成不变的，而是根据具体的情况发生变化，以下为12种工作模式发生转变的条件：

(1)条件1：风能发电系统的发电功率大于或等于交流负载的需求功率，即

(2)条件2：太阳能发电系统的发电功率大于或等于直流负载的需求功率，即

(3)条件3：风能发电系统的发电功率小于交流负载的需求功率，即 $P_m^{WG}<P_{AC};$

(4)条件4：太阳能发电系统的发电功率小于直流负载的需求功率，即 $P_m^{PV}<P_{DC};$

(5)条件5：微网系统的总发电功率大于或等于负载的总需求功率，即 $P_m^{WG}+P_m^{PV}\&GreaterEqual;P_{AC}+P_{DC};$

(6)条件6：微网系统的发电功率小于负的载总需求功率，即 $P_m^{WG}+P_m^{PV}<P_{AC}+P_{DC};$

(7)条件7：交流侧的储能装置完全放电，即SOC_AC<0.2；

(8)条件8：直流侧的储能装置完全放电，即SOC_DC<0.2；

(9)条件9：风能发电系统的发电功率大于或等于风能发电系统的预设功率，即

(10)条件10：风能发电系统的发电功率小于风能发电系统的预设功率，即 $P_m^{WG}<P_{res}^{WG};$

(11)条件11：太阳能发电系统的发电功率大于或等于太阳能发电系统的预设功率，即

(12)条件12：太阳能发电系统的发电功率小于太阳能发电系统的预设功率，即

以下为各工作模式的转变过程：

(1)若当前工作模式为模式1

当发生条件4时，向模式2转变；

当发生条件3时，向模式5转变。

(2)若当前工作模式为模式2

当发生条件10时，向模式3转变，与工作场景3A对应；

当发生条件6时，向模式4转变；

当发生条件2时，向模式1转变。

(3)若当前工作模式为模式3，且工作场景为场景3A

当发生条件9时，向模式2转变；

当发生条件6时，工作场景转变为场景3B。

(4)若当前工作模式为模式3，且工作场景为场景3B

当发生条件9时，向模式4转变；

当发生条件5时，工作场景转变为场景3A。

(5)若当前工作模式为模式4

当发生条件5时，向模式2转变；

当发生条件10时，向模式3转变，工作场景转变为3B；

当发生条件2时，向模式1转变；

当发生条件3时，向模式8转变；

当发生条件8时，向模式9转变。

(6)若当前工作模式为模式5

当发生条件12时，向模式6转变，对应工作场景6A；

当发生条件6时，向模式7转变；

当发生条件1时，向模式1转变。

(7)若当前工作模式为模式6，且工作场景为6A

当发生条件11时，向模式5转变；

当发生条件6时，工作场景转变为6B。

(8)若当前工作模式为模式6，且工作场景为6B

当发生条件11时，向模式7转变；

当发生条件5时，工作场景转变为6A。

(9)若当前工作模式为模式7

当发生条件12时，向模式6转变，且工作场景为6B；

当发生条件5时，向模式5转变；

当发生条件1时，向模式1转变；

当发生条件4时，向模式8转变；

当发生条件7时，向条件11转变。

(10)若当前工作模式为模式8

当发生条件1时，向模式4转变；

当发生条件2时，向模式7转变；

当发生条件8时，向模式10转变；

当发生条件7时，向模式12转变。

(11)若当前工作模式为模式9

当发生条件2时，向模式1转变；

当发生条件7时，向模式14转变。

(12)若当前工作模式为模式11

当发生条件1时，向模式1转变；

当发生条件8时，向模式15转变。

(13)若当前工作模式为模式10

当发生条件1时，向模式9转变；

当发生条件2时，向模式7转变；

当发生条件7时，向模式13转变。

(14)若当前工作模式为模式12

当发生条件1时，向模式4转变；

当发生条件2时，向模式11转变；

当发生条件8时，向模式13转变。

(15)若当前工作模式为模式13

当发生条件1时，向模式14转变；

当发生条件2时，向模式15转变。

(16)若当前工作模式为模式14

当发生条件5时，向模式2转变；

当发生条件2时，向模式1转变。

(17)若当前工作模式为模式15

当发生条件5时，向模式5转变；

当发生条件1时，向模式1转变。

从以上分析可知，本发明的微网系统可以工作在多种工作模式，当条件发生变化时，工作模式可以相互转换，因此本发明的微网系统工作非常灵活，能充分满足负载的需求。

综上所述，本发明提供的微网系统具有以下优点：

(1)微网系统中的交流母线、直流母线优先为自身负载提供电能，减少了交直流的转换造成的电能损耗，提高了系统效率；

(2)微网系统可以工作在不同模式下，各模式之间可采用合理的控制，保证各母线的能源安全性和稳定性，实现高质量的电能供给，适合信息服务中心、大数据中心等要求较高的地方；

(3)由于采用分布式发电系统，因此在大电网出现故障时分布式发电系统仍能保障微网的有效运行。

在本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (8)

1.一种交直流混合微网系统，其特征在于，包括：

交流母线，适于连接交流负载；

直流母线，适于连接直流负载；

第一供电系统，与所述交流母线连接；

第二供电系统，与所述直流母线连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述直流母线和所述交流母线之间连接有双向交直流变换器。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述第一供电系统和所述第二供电系统均包括与对应母线连接的分布式发电系统。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述分布式发电系统包括风能发电系统和/或太阳能发电系统。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述太阳能发电系统包括光伏阵列及光伏逆变器，所述光伏逆变器连接在所述光伏阵列和所述对应母线之间。

6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第一供电系统和所述第二供电系统还均包括与对应母线连接的储能装置。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，

所述第一供电系统的储能装置包括第一蓄电池组及交流-直流储能逆变器，所述交流直流储能逆变器连接在所述蓄电池组和所述交流母线之间；

所述第二供电系统的储能装置包括第二蓄电池组及直流-直流斩波变换器，所述直流-直流斩波变换器连接在所述第二蓄电池组和所述直流母线之间。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第一供电系统和/或所述第二供电系统还包括与对应母线连接的发电机组。