CN107769189A - 直流微电网结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直流微电网结构。其中，该直流微电网结构包括：直流母线；储能设备，通过多端口双向储能DC/DC变流器接入所述直流母线，其中，所述多端口双向储能DC/DC变流器用于将多个不同电压等级的储能设备接入所述直流母线；直流分布式电源，通过单向DC/DC变流器接入所述直流母线；交流分布式电源，通过单向AC/DC变流器接入所述直流母线；不同电压等级的负载，通过负载侧DC/DC变流器组接入所述直流母线，其中，所述负载侧DC/DC变流器组包括多个负载侧DC/DC变流器，多个所述负载侧DC/DC变流器分别接入不同电压等级的负载。本发明解决了现有技术直流微电网结构比较复杂的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及电网领域，具体而言，涉及一种直流微电网结构。
背景技术
现有的直流微电网结构包括发电电源(如太阳能发电和风能发电等)、储能设备和负载等。发电电源的电能提供给负载，当发电的电量有盈余时，可以存储在储能设备中。当发电电源的电量不足以供给负载时，可以通过储能设备为负载提供电能。通常储能设备通过DC/DC变流器连接至直流母线，然而，不同电压等级的储能设备需要对应的DC/DC变流器连接，从而导致了现有的直流微电网结构连接多个DC/DC变流器，使得直流微电网的结构比较复杂。
针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种直流微电网结构，以至少解决现有技术直流微电网结构比较复杂的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种直流微电网结构，包括：直流母线；储能设备，通过多端口双向储能DC/DC变流器接入所述直流母线，其中，所述多端口双向储能DC/DC变流器用于将多个不同电压等级的储能设备接入所述直流母线；直流分布式电源，通过单向DC/DC变流器接入所述直流母线；交流分布式电源，通过单向AC/DC变流器接入所述直流母线；不同电压等级的负载，通过负载侧DC/DC变流器组接入所述直流母线，其中，所述负载侧DC/DC变流器组包括多个负载侧DC/DC变流器，多个所述负载侧DC/DC变流器分别接入不同电压等级的负载。
可选地，所述负载侧DC/DC变流器包括：中压DC/DC变流器，用于将中电压等级的负载接入所述直流母线中的中压动力母线；低压DC/DC变流器，用于将低电压等级的负载接入所述直流母线中的低压安全母线。
可选地，所述负载侧DC/DC变流器组包括第一DC/DC变流器和第二DC/DC变流器，其中,所述第一DC/DC变流器和所述第二DC/DC变流器并联，所述第一DC/DC变流器的输入端连接所述直流母线、输出端连接低电压等级的负载，所述第二DC/DC变流器的输入端连接所述直流母线、输出端连接中电压等级的负载或者低电压等级的负载。
可选地，所述负载侧DC/DC变流器组包括第一DC/DC变流器和第二DC/DC变流器，其中,所述第一DC/DC变流器和所述第二DC/DC变流器串联，所述第一DC/DC变流器的输入端连接所述直流母线、输出端连接所述第二DC/DC变流器，所述第二DC/DC变流器的输入端连接所述第一DC/DC变流器的输出端，所述第二DC/DC变流器的输出端连接低电压等级的负载。
可选地，所述多端口双向储能DC/DC变流器包括：能量母线接入端和/或动力母线接入端，其中，所述能量母线接入端用于将所述多端口双向储能DC/DC变流器连接的储能设备接入到能量母线，所述动力母线接入端用于将所述多端口双向储能DC/DC变流器连接的储能设备接入到中压动力母线。
可选地，所述多端口双向储能DC/DC变流器包括：至少一个储能设备接入端，用于连接至少一个储能设备，其中，在连接多个储能设备的情况下，所述多个储能设备的电压等级相同或者不同。
可选地，所述直流母线还通过双向AC/DC变流器连接交流电网，在电源和所述储能设备提供负载的电量不足时，所述交流电网通过所述双向AC/DC变流器向所述负载供电；在所述电源的发电量有盈余时，通过所述双向AC/DC变流器将盈余电量提供给所述交流电网。
可选地，所述直流母线还直接连接直流配电网，或者通过DC/DC变流器连接所述直流配电网，其中，在所述直流母线的电压与所述直流配电网的电压一致时，将所述直流母线直接连接到所述直流配电网。
可选地，当所述直流分布式电源和/或所述交流分布式电源实时发电量大于负载用电量，盈余电能通过所述多端口双向储能DC/DC变流器向所述储能设备充电；当所述直流分布式电源和/或所述交流分布式电源实时发电量不足负载用电量时，所述储能设备通过所述多端口双向储能DC/DC变流器向用电负载放电。
在本发明实施例中，多端口双向储能DC/DC变流器可以实现储能设备和直流母线之间的电流交换，可以将不同电压等级的储能设备接入，负载侧DC/DC变流器组可以连接多种不同电压等级的负载，实现了接入多个不同等级的负载，从而解决了现有技术直流微电网的结构比较复杂的技术问题，达到了简化直流微电网的结构的技术效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的直流微电网结构的示意图；
图2是根据本发明实施例的又一种直流微电网结构的示意图；
图3是根据本发明实施例的并联的负载侧DC/DC变流器的示意图；
图4是根据本发明实施例的串联的负载侧DC/DC变流器的示意图；
图5是根据本发明实施例的多端口双向储能DC/DC变流器的示意图.
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
图1是根据本发明实施例的直流微电网结构的示意图。如图1所示，该直流微电网结构包括：
直流母线。直流母线可以是提供600V的电压。
储能设备，通过多端口双向储能DC/DC变流器接入直流母线，其中，多端口双向储能DC/DC变流器用于将多个不同电压等级的储能设备接入直流母线。储能设备包括车载蓄电池组，也可以包括户用蓄电池组。多端口双向储能DC/DC变流器可以将电流输入到储能设备，或者从储能设备向直流母线输出电流以供给负载。
直流分布式电源，通过单向DC/DC变流器接入直流母线。直流分布式电源可以是图1所示的光伏电池组，通过单向DC/DC变流器将发出的直流电传输至直流母线。
交流分布式电源，通过单向AC/DC变流器接入直流母线。交流分布式电源可以是图1所示的小型风电机组，通过单向AC/DC变流器将发出的交流电传输至直流母线。图1中的虚线表示交流电的电流。
当直流分布式电源和/或交流分布式电源实时发电量大于负载用电量，盈余电能通过多端口双向储能DC/DC变流器向储能设备充电；当直流分布式电源和/或交流分布式电源实时发电量不足负载用电量时，储能设备通过多端口双向储能DC/DC变流器向用电负载放电。
不同电压等级的负载，通过负载侧DC/DC变流器组接入直流母线，其中，负载侧DC/DC变流器组包括多个负载侧DC/DC变流器，多个负载侧DC/DC变流器分别接入不同电压等级的负载。
在本实施例的直流微电网结构中，包括多端口双向储能DC/DC变流器和负载侧DC/DC变流器组，多端口双向储能DC/DC变流器可以实现储能设备和直流母线之间的电流交换，可以将不同电压等级的储能设备接入，负载侧DC/DC变流器组可以连接多种不同电压等级的负载，实现了接入多个不同等级的负载，从而解决了现有技术直流微电网的结构比较复杂的技术问题，达到了简化直流微电网的结构的技术效果。
本实施例的上述各部件均通过电力电子变换装置接入DC600V能量母线。电力电子变换装置包括多端口双向储能DC/DC变流器、负载侧DC/DC变流器组、单向DC/DC变流器和单向AC/DC变流器。直流母线包括能量母线、动力母线和安全母线,分别对应高压、中压和低压的直流电压等级,该实施例中直流电压等级分别对应DC600V、DC200V和DC24V。
本实施例的直流母线可以直接连接直流配电网或者通过双向AC/DC变流器连接交流电网。图1示出了直流母线连接交流电网，图2示出了直流母线连接直流配电网。
可选地，直流母线还通过双向AC/DC变流器连接交流电网，在电源和储能设备提供负载的电量不足时，交流电网通过双向AC/DC变流器向负载供电；在电源的发电量有盈余时，通过双向AC/DC变流器将盈余电量提供给交流电网。在直流母线连接交流电网时，需要通过双向AC/DC变流器连接。双向AC/DC变流器连接可以实现与交流电网的电量交换。当电源和储能设备的电量不足以提供给负载时，可以并网将交流电网的电量提供给负载；当电源产生的电量有盈余时，可以并网供给交流电网。
可选地，直流母线还直接连接直流配电网，或者通过DC/DC变流器连接直流配电网，其中，在直流母线的电压与直流配电网的电压一致时，将直流母线直接连接到直流配电网。在直流母线与直流配电网连接时，如果直流母线与直流配电网的电压一致，可以不通过DC/DC变流器而直接相连。同样地，在增加了DC/DC变流器的情况下，当电源和储能设备的电量不足以提供给负载时，可以并网将直流电网的电量提供给负载；当电源产生的电量有盈余时，可以并网供给直流电网。
可选地，负载侧DC/DC变流器包括：中压DC/DC变流器，用于将中电压等级的负载接入直流母线中的中压动力母线；低压DC/DC变流器，用于将低电压等级的负载接入直流母线中的低压安全母线。
不同电压等级的直流负载，根据接入直流电压的不同，接入各自对应的直流母线。例如：高压空调机组接入能量母线、中压负载如厨房电器等接入中压动力母线、小功率负载如风扇、加湿器、净水机等低压电器接入低压安全母线。中压DC/DC变流器和低压DC/DC变流器可以采用并联或者串联两种形式。
第一种：并联
如图3所示，负载侧DC/DC变流器组包括第一DC/DC变流器和第二DC/DC变流器，其中,第一DC/DC变流器和第二DC/DC变流器并联，第一DC/DC变流器的输入端连接直流母线、输出端连接低电压等级的负载，第二DC/DC变流器的输入端连接直流母线、输出端连接中电压等级的负载或者低电压等级的负载。
第一DC/DC变流器可以为中压DC/DC变流器，第二DC/DC变流器可以为低压DC/DC变流器。中压DC/DC变流器和低压DC/DC变流器并联，中压DC/DC变流器接入中压负载；低压DC/DC变流器接入低压负载。
本实施例除了中压DC/DC变流器和低压DC/DC变流器并联的情况，还可以包括低压DC/DC变流器和低压DC/DC变流器并联，每个低压DC/DC变流器都连接低压负载。
第二种：串联
如图4所示，负载侧DC/DC变流器组包括第一DC/DC变流器和第二DC/DC变流器，其中,第一DC/DC变流器和第二DC/DC变流器串联，第一DC/DC变流器的输入端连接直流母线、输出端连接第二DC/DC变流器，第二DC/DC变流器的输入端连接第一DC/DC变流器的输出端，第二DC/DC变流器的输出端连接低电压等级的负载。
第一DC/DC变流器可以为中压DC/DC变流器，第二DC/DC变流器可以为低压DC/DC变流器。中压DC/DC变流器连接直流母线，低压DC/DC变流器连接中压DC/DC变流器，并且连接低压负载。中压DC/DC变流器一端连接能量母线，另外一端输出200V电压，连接低压DC/DC变流器，低压DC/DC变流器的另外一端输出24V电压，连接低压负载，如风扇、加湿器、净水机等。
中压负载与低压负载通过各自DC/DC变流器并联的方式，避免前级发生故障时后级无法继续供电的问题。
本实施例采用图5所示的多端口双向储能DC/DC变流器，可以在不增加储能DC的前提下，有效增大储能电池容量。可选地，多端口双向储能DC/DC变流器包括：能量母线接入端和/或动力母线接入端，其中，能量母线接入端用于将多端口双向储能DC/DC变流器连接的储能设备接入到能量母线，动力母线接入端用于将多端口双向储能DC/DC变流器连接的储能设备接入到中压动力母线。能量母线接入端可以接入600V电压，动力母线接入端可以接入200V电压。
多端口双向储能DC/DC变流器可以包括多个输入端和多个输出端，多个输入端可以接入不同电压等级的直流母线，输出端也可以连接不同电压等级的储能设备。可选地，多端口双向储能DC/DC变流器包括：至少一个储能设备接入端，用于连接至少一个储能设备，其中，在连接多个储能设备的情况下，多个储能设备的电压等级相同或者不同。如图5所示，输出端可以输出200V电压或者48V电压，输出200V电压的一端可以连接中电压等级的储能设备，输出48V电压的一端可以连接低电压等级的储能设备。
本实施例采用多端口双向储能DC/DC变流器实现单个储能DC/DC变流器实现多储能电池的接入，同时负载侧DC/DC变流器可实现多电压等级负载的接入，这两种接入方式可以使本实施例的直流微电网在不增加储能DC/DC变流器的前提下，有效增大储能电池容量，并且中、低压负载变流器均从高压母线取电，低压侧负载供电可靠性更高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种直流微电网结构，其特征在于，包括：
直流母线；
储能设备，通过多端口双向储能DC/DC变流器接入所述直流母线，其中，所述多端口双向储能DC/DC变流器用于将多个不同电压等级的储能设备接入所述直流母线；
直流分布式电源，通过单向DC/DC变流器接入所述直流母线；
交流分布式电源，通过单向AC/DC变流器接入所述直流母线；
不同电压等级的负载，通过负载侧DC/DC变流器组接入所述直流母线，其中，所述负载侧DC/DC变流器组包括多个负载侧DC/DC变流器，多个所述负载侧DC/DC变流器分别接入不同电压等级的负载。
2.根据权利要求1所述的直流微电网结构，其特征在于，所述负载侧DC/DC变流器包括：
中压DC/DC变流器，用于将中电压等级的负载接入所述直流母线中的中压动力母线；
低压DC/DC变流器，用于将低电压等级的负载接入所述直流母线中的低压安全母线。
3.根据权利要求1所述的直流微电网结构，其特征在于，所述负载侧DC/DC变流器组包括第一DC/DC变流器和第二DC/DC变流器，其中,
所述第一DC/DC变流器和所述第二DC/DC变流器并联，所述第一DC/DC变流器的输入端连接所述直流母线、输出端连接低电压等级的负载，所述第二DC/DC变流器的输入端连接所述直流母线、输出端连接中电压等级的负载或者低电压等级的负载。
4.根据权利要求1所述的直流微电网结构，其特征在于，所述负载侧DC/DC变流器组包括第一DC/DC变流器和第二DC/DC变流器，其中,
所述第一DC/DC变流器和所述第二DC/DC变流器串联，所述第一DC/DC变流器的输入端连接所述直流母线、输出端连接所述第二DC/DC变流器，所述第二DC/DC变流器的输入端连接所述第一DC/DC变流器的输出端，所述第二DC/DC变流器的输出端连接低电压等级的负载。
5.根据权利要求1所述的直流微电网结构，其特征在于，所述多端口双向储能DC/DC变流器包括：
能量母线接入端和/或动力母线接入端，其中，所述能量母线接入端用于将所述多端口双向储能DC/DC变流器连接的储能设备接入到能量母线，所述动力母线接入端用于将所述多端口双向储能DC/DC变流器连接的储能设备接入到中压动力母线。
6.根据权利要求5所述的直流微电网结构，其特征在于，所述多端口双向储能DC/DC变流器包括：
至少一个储能设备接入端，用于连接至少一个储能设备，其中，在连接多个储能设备的情况下，所述多个储能设备的电压等级相同或者不同。
7.根据权利要求1所述的直流微电网结构，其特征在于，所述直流母线还通过双向AC/DC变流器连接交流电网，在电源和所述储能设备提供负载的电量不足时，所述交流电网通过所述双向AC/DC变流器向所述负载供电；在所述电源的发电量有盈余时，通过所述双向AC/DC变流器将盈余电量提供给所述交流电网。
8.根据权利要求1所述的直流微电网结构，其特征在于，所述直流母线还直接连接直流配电网，或者通过DC/DC变流器连接所述直流配电网，其中，在所述直流母线的电压与所述直流配电网的电压一致时，将所述直流母线直接连接到所述直流配电网。
9.根据权利要求1所述的直流微电网结构，其特征在于，当所述直流分布式电源和/或所述交流分布式电源实时发电量大于负载用电量，盈余电能通过所述多端口双向储能DC/DC变流器向所述储能设备充电；当所述直流分布式电源和/或所述交流分布式电源实时发电量不足负载用电量时，所述储能设备通过所述多端口双向储能DC/DC变流器向用电负载放电。
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