CN110138075A - 高兼容性交直流混合配电系统 - Google Patents

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李秋实
汤向华
李忠
严建海
陈文波
侯丽钢
王思怡
石金波
王�华
沈凌男
张旭
姜清哲
单逸
方焮柠
王爽
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Abstract

本发明公开了一种高兼容性交直流混合配电系统，其特征是：整流变换器、光伏变换器、以及储能单元双向变换器通过并联连接在600V直流母线上，600V直流母线通过降压变换器与220V直流母线连接，并给系统内诸如直流中央空调供电，220V直流母线通过隔离变换器为直流负荷供电，常规交流负荷则根据实际情况连接在380VAC或220VAC交流供电母线上，对于类似于变频器或者数据中心电脑的敏感性负荷，则通过相应的三相或单项不间断电源UPS进行供电。本发明工作效果好。

Description

高兼容性交直流混合配电系统
技术领域
本发明涉及一种兼容性交直流混合配电系统。
背景技术
分布式发电可实现可再生能源的有效利用，与环境兼容性好，然而分布式发电又具有随机性强、可控性差的特点，微网则提供了一种解决这一矛盾的有效途径。传统意义上的微网分为交流微网、直流微网以及交直流混合微网，交流微网和直流微网在实际的应用过程中会存在大量使用电力电子变换器的弊端，而交直流混合微网由于具有交流和直流两类母线，若再配合适宜的电压等级和结构设计，则可大大减少对于电力电子变换器的需求，并实现对于目前几乎所有常规负荷的兼容供电。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工作效果好的高兼容性交直流混合配电系统。
本发明的技术解决方案是：
一种高兼容性交直流混合配电系统，其特征是：整流变换器、光伏变换器、以及储能单元双向变换器通过并联连接在600V直流母线上，600V直流母线通过降压变换器与220V直流母线连接，并给系统内诸如直流中央空调供电， 220V直流母线通过隔离变换器为直流负荷供电，常规交流负荷则根据实际情况连接在380VAC或220VAC交流供电母线上，对于类似于变频器或者数据中心电脑的敏感性负荷，则通过相应的三相或单项不间断电源UPS进行供电。
直流侧和交流侧通过AC/DC整流变换器连接，实现交流侧向直流侧的整流供电，整流采用维也纳整流变换器。
光伏变换器采用最大功率点跟踪控制方法配合BOOST升压电路，完成光伏组件的发电升压。
储能双向变换器分别接于蓄电池组和直流母线之间，实现对蓄电池组的充放电管理控制，推挽移相全桥双向 DC/DC变换器内部有高频隔离变压器、隔直电容、谐振电感、滤波电感、滤波电容、MOS管以及其寄生二极管和寄生电容，高频变压器实现原副边的电气隔离，同时实现直流母线和蓄电池组的电气隔离，即直流母线的接地故障不能传递到蓄电池一侧，蓄电池组一侧的接地故障也不能传递到直流母线一侧。
600V直流母线通过降压变换器与220V直流母线相连接，降压变换器采用BUCK降压拓扑，通过控制开关器件的占空比调节输出电压；220V直流母线上主要挂接楼宇内常用的办公负荷及一些小型家用电器。
对于中大功率交流敏感负荷，采用三相全桥型不间断电源，三相不间断电源的直流侧接600V DC母线，交流侧通过静态开关和断路器接三相交流电，正常情况下三相交流电通过隔离变压器流向负荷，系统实时监测三相交流电的频率、相位及幅值，一旦市电发生断电或暂降，则电源的直流侧通过逆变电路逆变成交流给负荷供电，整个过程的切换时间<5ms，从而保证负荷的不间断供电。
对于小功率交流敏感负荷，则采用单相全桥型不间断电源，单相全桥不间断电源的交流侧接单相交流电，直流侧接直流220VDC母线；正常情况下交流电经过整流-逆变，并通过隔离变压器输出给负载使用，当市电发生断电或暂降，则电源的直流侧通过逆变电路逆变成交流给负荷供电，切换过程0ms，保证负荷的不间断供电。
本发明采用600VDC和220VDC两级直流电压等级以及380VAC、220VAC两级交流电压等级，满足系统内几乎所有办公和生活必备负荷的供电需求，并有效利用分布式光伏，节约电能；
三路电源实现了系统的冗余供电，任一电源丢失都不会造成系统的停运，极大提高了系统的供电可靠性；
对于对供电可靠性要求较高的敏感负荷，采用不间断电源UPS供电，与传统采用储能作为后备的方式不同，系统内的UPS直流侧直接连接对应电压等级直流母线，提高了UPS电源的可控性；
光伏变换器集成最大功率点跟踪（MPPT）和DC/DC变换功能，简化了传统的两级实现（一级实现MPPT跟踪，一级实现电力电子变换）方案，使得光伏变换模块更加经济、紧凑，其拓扑如图2所示；
系统内所有变换器具备热插拔功能，通过标准柜体可实现系统容量的实时组合，系统结构紧凑的同时，灵活度高；
所有电力电子变换器均采用智能化设计，具有完备的保护和通信功能，其中通信采用485接口或以太网接口的标准Modbus协议。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是高兼容性交直流混合配电系统拓扑图。
图2是整流变换器拓扑图。
图3是光伏升压变换器拓扑图。
图4是储能双向DC/DC变换器拓扑图。
图5是降压变换器拓扑图。
图6是三相UPS拓扑图。
图7是单相UPS拓扑图。
具体实施方式
一种高兼容性交直流混合配电系统，整流变换器、光伏变换器、以及储能单元双向变换器通过并联连接在600V直流母线上，600V直流母线通过降压变换器与220V直流母线连接，并给系统内诸如直流中央空调供电， 220V直流母线通过隔离变换器为直流负荷供电，常规交流负荷则根据实际情况连接在380VAC或220VAC交流供电母线上，对于类似于变频器或者数据中心电脑的敏感性负荷，则通过相应的三相或单项不间断电源UPS进行供电。
直流侧和交流侧通过AC/DC整流变换器连接，实现交流侧向直流侧的整流供电，整流采用维也纳整流变换器。
光伏变换器采用最大功率点跟踪控制方法配合BOOST升压电路，完成光伏组件的发电升压。
储能双向变换器分别接于蓄电池组和直流母线之间，实现对蓄电池组的充放电管理控制，推挽移相全桥双向 DC/DC变换器内部有高频隔离变压器、隔直电容、谐振电感、滤波电感、滤波电容、MOS管以及其寄生二极管和寄生电容，高频变压器实现原副边的电气隔离，同时实现直流母线和蓄电池组的电气隔离，即直流母线的接地故障不能传递到蓄电池一侧，蓄电池组一侧的接地故障也不能传递到直流母线一侧。
600V直流母线通过降压变换器与220V直流母线相连接，降压变换器采用BUCK降压拓扑，通过控制开关器件的占空比调节输出电压；220V直流母线上主要挂接楼宇内常用的办公负荷及一些小型家用电器。
对于中大功率交流敏感负荷，采用三相全桥型不间断电源，三相不间断电源的直流侧接600V DC母线，交流侧通过静态开关和断路器接三相交流电，正常情况下三相交流电通过隔离变压器流向负荷，系统实时监测三相交流电的频率、相位及幅值，一旦市电发生断电或暂降，则电源的直流侧通过逆变电路逆变成交流给负荷供电，整个过程的切换时间<5ms，从而保证负荷的不间断供电。
对于小功率交流敏感负荷，则采用单相全桥型不间断电源，单相全桥不间断电源的交流侧接单相交流电，直流侧接直流220VDC母线；正常情况下交流电经过整流-逆变，并通过隔离变压器输出给负载使用，当市电发生断电或暂降，则电源的直流侧通过逆变电路逆变成交流给负荷供电，切换过程0ms，保证负荷的不间断供电。

Claims (7)

1.一种高兼容性交直流混合配电系统，其特征是：整流变换器、光伏变换器、以及储能单元双向变换器通过并联连接在600V直流母线上，600V直流母线通过降压变换器与220V直流母线连接，并给系统内诸如直流中央空调供电， 220V直流母线通过隔离变换器为直流负荷供电，常规交流负荷则根据实际情况连接在380VAC或220VAC交流供电母线上，对于类似于变频器或者数据中心电脑的敏感性负荷，则通过相应的三相或单项不间断电源UPS进行供电。
2.根据权利要求1所述的高兼容性交直流混合配电系统，其特征是：直流侧和交流侧通过AC/DC整流变换器连接，实现交流侧向直流侧的整流供电，整流采用维也纳整流变换器。
3.根据权利要求1所述的高兼容性交直流混合配电系统，其特征是：光伏变换器采用最大功率点跟踪控制方法配合BOOST升压电路，完成光伏组件的发电升压。
4. 根据权利要求1所述的高兼容性交直流混合配电系统，其特征是：储能双向变换器分别接于蓄电池组和直流母线之间，实现对蓄电池组的充放电管理控制，推挽移相全桥双向 DC/DC变换器内部有高频隔离变压器、隔直电容、谐振电感、滤波电感、滤波电容、MOS管以及其寄生二极管和寄生电容，高频变压器实现原副边的电气隔离，同时实现直流母线和蓄电池组的电气隔离，即直流母线的接地故障不能传递到蓄电池一侧，蓄电池组一侧的接地故障也不能传递到直流母线一侧。
5.根据权利要求1所述的高兼容性交直流混合配电系统，其特征是：600V直流母线通过降压变换器与220V直流母线相连接，降压变换器采用BUCK降压拓扑，通过控制开关器件的占空比调节输出电压；220V直流母线上主要挂接楼宇内常用的办公负荷及一些小型家用电器。
6. 根据权利要求1所述的高兼容性交直流混合配电系统，其特征是：对于中大功率交流敏感负荷，采用三相全桥型不间断电源，三相不间断电源的直流侧接600V DC母线，交流侧通过静态开关和断路器接三相交流电，正常情况下三相交流电通过隔离变压器流向负荷，系统实时监测三相交流电的频率、相位及幅值，一旦市电发生断电或暂降，则电源的直流侧通过逆变电路逆变成交流给负荷供电，整个过程的切换时间<5ms，从而保证负荷的不间断供电。
7.根据权利要求1所述的高兼容性交直流混合配电系统，其特征是：对于小功率交流敏感负荷，则采用单相全桥型不间断电源，单相全桥不间断电源的交流侧接单相交流电，直流侧接直流220VDC母线；正常情况下交流电经过整流-逆变，并通过隔离变压器输出给负载使用，当市电发生断电或暂降，则电源的直流侧通过逆变电路逆变成交流给负荷供电，切换过程0ms，保证负荷的不间断供电。
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