CN114744607A - 一种串联式直流微网群柔性互联架构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种串联式直流微网群柔性互联架构，它由n(n>1)个直流微网和n+1个双向DC/DC变流器组成。其中，每个直流微网1～n的负极相连共地；双向DC/DC变流器1～n的一个端口串联连接于相应直流微网1～n的正极与公共母线之间，另一个端口并联连接于双向DC/DC变流器n+1的一个端口；双向DC/DC变流器n+1的另一个端口连接于公共母线和地之间。当设置公共母线与直流微网1～n之间的电压差较小时，双向DC/DC变流器1～n处理的差分功率较小；另一方面，双向DC/DC变流器n+1仅需变换直流微网1～n电流不平衡造成的功率，它在直流微网1～n的电压相近时也较小。因此，本发明可有效改善直流微网群柔性互联系统的功率密度与系统成本。

Description

一种串联式直流微网群柔性互联架构
技术领域
本发明涉及电力电子领域，发明了一种串联式直流微网群柔性互联架构，以有效地改善直流微网群柔性互联系统的功率密度与系统成本。
背景技术
在单个直流微网中，由于分布式新能源的输出功率具有随机性、负荷具有波动性，因此系统容易受到源-荷变化带来的干扰，导致系统无法稳定运行。为提高系统的稳定性，可简单地增加直流微网中的储能容量或提升系统发电量，但设备成本也会随之增加。
在未来分布式可再生能源大规模应用的背景下，直流微网的数量将越来越多。为了破解单个直流微网存在的抗扰动能力弱的缺点，研究人员提出将地理位置上毗邻的直流微网互联成集群以通过合适的控制策略实现群内各子网之间的能量调度和互济([1]X.Li,L.Guo,Y.Li,C.Hong,Y.Zhang,Z.Guo,D.Huang,and C.Wang.Flexible Interlinking andCoordinated Power Control of Multiple DC Microgrids Clusters[J].IEEETransactions on Sustainable Energy,2018,9(2):904-915.)。对于直流微网集群，如何进行高效可靠的互联十分重要。通过断路器将多个直流微网直接连接于公共直流母线上是一种最简单的互联方案，具有低成本、低损耗的优点，但是由于每个直流微网的电压固定，能量调度能力受到限制，系统的协调控制性能较差。
为了进一步提高多个直流微网之间互联的可靠性和灵活性，有学者提出了通过双向DC/DC变流器将每个直流微网与公共直流母线连接的柔性互联方案(刘海涛,熊雄,季宇,吴鸣,李蕊,孙丽敬.直流配电下多微网系统集群控制研究[J].中国电机工程学报,2019,39(24):7159-7167.)。通过柔性互联，不同直流微网具有了电压调节能力，从而可将能量调度的部分自由度下放到每个微网。同时，基于分布协调控制，还可有效地提高直流微网群之间相互支撑控制的稳动态性能。然而，由于双向DC/DC变流器的两个端口分别并联连接于微网和直流母线，需变换直流微网的全部功率。因此，相比于直连方式，并联式直流微网群柔性互联系统具有较高的成本、较大的体积和重量，亟需探索优化的替代方案。
发明内容
本发明提供一种串联式直流微网群柔性互联架构，目的在于解决现有技术中存在的上述问题。
本发明采用如下技术方案：
一种串联式直流微网群柔性互联架构，包含n(n>1)个直流微网1～n、n+1个双向DC/DC变流器1～n+1；每个直流微网1～n的负极相连共地；双向DC/DC变流器1～n的一个端口串联连接于相应直流微网1～n的正极与公共母线之间，另一个端口并联连接于双向DC/DC变流器n+1的一个端口；双向DC/DC变流器n+1的另一个端口连接于公共母线和地之间。
进一步，所述双向DC/DC变流器#1～#n+1可使用多种不同的拓扑结构，包括非隔离型和隔离型。
进一步，所述双向DC/DC变流器1～n+1的并联端口(a,b)可悬空或某一端与公共母线相连。
进一步，所述公共母线的电位Vbus可大于或小于直流微网1～n的电位V1～Vn。
进一步，所述直流微网可以为一个具备直流电压端口的直流微网或多个直流微网组成的集群。
作为一种具体实施例：所述双向DC/DC变流器1～n可采用buck/boost双向变流器拓扑，所述双向DC/DC变流器n+1可采用buck-boost/buck-boost双向变流器拓扑。
作为另一种具体实施例：所述双向DC/DC变流器1～n+1均可采用双有源桥式双向DC/DC变流器。
由上述对本发明结构的描述可知，本发明具有如下优点：
当设置公共母线与直流微网1～n之间的电压差较小时，双向DC/DC变流器1～n处理的差分功率较小；另一方面，双向DC/DC变流器n+1仅需变换直流微网1～n电流不平衡造成的功率，它在直流微网1～n的电压相近时也较小。因此，在所提出的串联式直流微网群柔性互联架构中，所有双向DC/DC变流器需要处理的功率都很小，仅为系统传输功率的一小部分。相比现有并联式直流微网群柔性互联架构，本发明可有效改善直流微网群柔性互联系统的功率密度与系统成本。
附图说明
图1为本发明的串联式直流微网群柔性互联架构示意图。
图2为本发明的一种具体实施例示意图。
图3为本发明的另一种具体实施例示意图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，一种串联式直流微网群柔性互联架构，包含n(n>1)个直流微网1～n、n+1个双向DC/DC变流器1～n+1；每个直流微网1～n的负极相连共地；双向DC/DC变流器1～n的一个端口串联连接于相应直流微网1～n的正极与公共母线之间，另一个端口并联连接于双向DC/DC变流器n+1的一个端口；双向DC/DC变流器n+1的另一个端口连接于公共母线和地之间。
如图1所示，双向DC/DC变流器k的端口电压为Vdk(k＝1,2,…,n)和Vc，比直流微网k电压Vk和公共母线电压Vbus小得多。不仅如此，变流器只需处理直流微网k与公共直流母线之间的电压差分功率Pk＝(Vk-Vbus)Ik。设置Vbus接近于Vk，则Pk仅为传统系统中变流器功率VkIk的一小部分。另一方面，双向DC/DC变流器n+1的变换功率等于公共母线电压Vbus与所有子微网电流总和
Figure BDA0003618462460000041
的乘积。由于互联微网间的电压相差不大，根据功率守恒定理可知它们的电流之和
Figure BDA0003618462460000042
较小，因此功率平衡变流器需变换的功率也较小。
可见，在所提出的串联式柔性互联架构中，所有双向DC/DC变流器需要处理的功率都很小，相比现有并联式直流微网群柔性互联系统中变流器需要处理全部功率而言，可极大改善柔性互联系统的功率密度与系统成本，且具有变换器组件电压应力小、拓扑选择自由度高、工作效率高等优点。
如图1所示，双向DC/DC变流器1～n+1不具体指代一个特定的拓扑结构，而是根据其在直流微网群柔性互联架构中的用途选用合适的非隔离型或隔离型双向DC/DC变流器拓扑，由开关管、二极管、电感、电容及变压器/耦合电感等基本电力电子元件组合而成，对此不做限制。而且，各双向DC/DC变流器可以选用相同或不同结构的变流器拓扑。
实施例一：
如图2所示，该实施例一给出了一个非隔离型的简单示例。其中，DC/DC变流器1～n选用buck/boost双向变流器拓扑，DC/DC变流器n+1选用buck-boost/buck-boost双向变流器拓扑。双向DC/DC变流器1～n+1的并联端口中的a端与公共母线相连。
实施例二：
如图3所示，该实施例二给出了一个隔离型的简单示例。其中，DC/DC变流器1～n+1均选用双有源桥双向变流器拓扑。双向DC/DC变流器1～n+1的并联端口(a,b)悬空。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (5)

1.一种串联式直流微网群柔性互联架构，其特征在于：包含n(n>1)个直流微网1～n、n+1个双向DC/DC变流器1～n+1；每个直流微网1～n的负极相连共地；双向DC/DC变流器1～n的一个端口串联连接于相应直流微网1～n的正极与公共母线之间，另一个端口并联连接于双向DC/DC变流器n+1的一个端口；双向DC/DC变流器n+1的另一个端口连接于公共母线和地之间。
2.根据权利要求1所述的一种串联式直流微网群柔性互联架构，其特征在于：所述双向DC/DC变流器#1～#n+1可使用多种不同的拓扑结构，包括非隔离型和隔离型。
3.根据权利要求1所述的一种串联式直流微网群柔性互联架构，其特征在于：所述双向DC/DC变流器1～n+1的并联端口(a,b)可悬空或某一端与公共母线相连。
4.根据权利要求1所述的一种串联式直流微网群柔性互联架构，其特征在于：所述公共母线的电位Vbus可大于或小于直流微网1～n的电位V1～Vn。
5.根据权利要求1所述的一种串联式直流微网群柔性互联架构，其特征在于：所述直流微网可以为一个具备直流电压端口的直流微网或多个直流微网组成的集群。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115498619A (zh) * 2022-09-29 2022-12-20 厦门大学 基于差分电流补偿的直流微网群柔性互联系统

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017084120A1 (zh) * 2015-11-19 2017-05-26 华中科技大学 单向直流-直流自耦变压器及其高低压侧故障隔离方法
CN106786732A (zh) * 2016-11-30 2017-05-31 中国电力科学研究院 一种交直流微网群运行控制测试系统
CN107465192A (zh) * 2017-08-15 2017-12-12 上海电力学院 混合微网的变功率控制与直流电压控制方法
CN108418244A (zh) * 2018-03-07 2018-08-17 上海交通大学 一种基于多微网柔性互联系统及其储能容量优化方法
CN110138207A (zh) * 2018-12-19 2019-08-16 天津大学青岛海洋技术研究院 可用于储能装置的高电压增益的双向dc/dc变换器
WO2019192040A1 (zh) * 2018-04-26 2019-10-10 江苏金润龙科技股份有限公司 风光柴储智能交流微电网系统
CN111193393A (zh) * 2018-11-14 2020-05-22 天津大学青岛海洋技术研究院 一种用于储能装置的宽电压增益的dc/dc变换器
CN111864723A (zh) * 2020-07-21 2020-10-30 浙江大学 一种新型直流微网群拓扑及其分散式功率协同控制方法
WO2021017170A1 (zh) * 2019-07-26 2021-02-04 上海交通大学 多端口直流潮流控制的模块化多电平变流器及控制方法
WO2021147514A1 (zh) * 2020-01-21 2021-07-29 全球能源互联网研究院有限公司 模块化多电平交流-直流变换系统

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017084120A1 (zh) * 2015-11-19 2017-05-26 华中科技大学 单向直流-直流自耦变压器及其高低压侧故障隔离方法
CN106786732A (zh) * 2016-11-30 2017-05-31 中国电力科学研究院 一种交直流微网群运行控制测试系统
CN107465192A (zh) * 2017-08-15 2017-12-12 上海电力学院 混合微网的变功率控制与直流电压控制方法
CN108418244A (zh) * 2018-03-07 2018-08-17 上海交通大学 一种基于多微网柔性互联系统及其储能容量优化方法
WO2019192040A1 (zh) * 2018-04-26 2019-10-10 江苏金润龙科技股份有限公司 风光柴储智能交流微电网系统
CN111193393A (zh) * 2018-11-14 2020-05-22 天津大学青岛海洋技术研究院 一种用于储能装置的宽电压增益的dc/dc变换器
CN110138207A (zh) * 2018-12-19 2019-08-16 天津大学青岛海洋技术研究院 可用于储能装置的高电压增益的双向dc/dc变换器
WO2021017170A1 (zh) * 2019-07-26 2021-02-04 上海交通大学 多端口直流潮流控制的模块化多电平变流器及控制方法
WO2021147514A1 (zh) * 2020-01-21 2021-07-29 全球能源互联网研究院有限公司 模块化多电平交流-直流变换系统
CN111864723A (zh) * 2020-07-21 2020-10-30 浙江大学 一种新型直流微网群拓扑及其分散式功率协同控制方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张金星;于艾清;黄敏丽;: "基于自适应下垂控制的直流微电网群分层协调控制", 现代电力, no. 04, 29 December 2017 (2017-12-29) *
陈桂鹏;邓焰;董洁;崔文峰;何湘宁;: "基于移相全桥的串联升压式部分功率DC-DC变换器", 电工技术学报, no. 19, 5 October 2015 (2015-10-05) *
陶勇;邓焰;陈桂鹏;何湘宁;: "下垂控制逆变器中并网功率控制策略", 电工技术学报, no. 22, 25 November 2016 (2016-11-25) *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115498619A (zh) * 2022-09-29 2022-12-20 厦门大学 基于差分电流补偿的直流微网群柔性互联系统

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