CN204333981U - 一种适用于分布式电源的电力集能器 - Google Patents

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盛万兴
梁英
史常凯
孟晓丽
吕志鹏
马春艳
李玉凌
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Abstract

本实用新型提供了一种适用于分布式电源的电力集能器，该集能器的主电路拓扑包括并网级、隔离级、交流源荷级和直流源荷级；所述并网级通过直流链路与所述隔离级相连，所述交流源荷级和所述直流源荷级通过直流链路分别与所述隔离级相连。本实用新型提供的电力集能器可以实现分布式电源接入高效性和即插即用功能，提出了基于电力电子技术和信息技术的全柔性控制电力集能器，统一进行并网管理、能量管控和电能质量控制，统一构建直流和交流线路，便于实现小型、分散型负荷区微电网分布式电源统一通用接入、以及一体化控制和高效管理。

Description

一种适用于分布式电源的电力集能器
技术领域
本实用新型涉及一种电力集能器，具体涉及一种适用于分布式电源通用接入的电力集能器。
背景技术
由于风电、太阳能等绿色可再生能源发电具有间歇性、随机性特点，传统电力装备、电网结构和运行技术等在接纳越来越多的分布式可再生电源方面越来越力不从心。微电网方式接入配电网是目前解决分布式电源高渗透率接入配电网的有效方法
然而目前构建微电网的方式都基本采用各个分布式电源利用各自的电力电子并网逆变器的方式接入配电变压器低压侧交流线路的方法或利用电力电子整流器增加直流线路，直流型分布式电源再利用直流斩波器接入直流线路。这种方式虽然在一定范围内解决了分布式电源的接入，但是由于各个并网变换器，既要解决分布式电源机侧控制和能量传递问题还要兼顾电网跟踪和并网问题，这样难于集中化管理，不利于协调优化能量管理，并且效率低下，不利于微电网的建设，更难于实现即插即用功能。
因此，需要提供一种方便分布式电源接入的一体化柔性控制的电力集能器从而解决以上问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本实用新型提供一种适用于分布式电源的电力集能器，所述电力集能器的主电路拓扑包括并网级、隔离级、交流源荷级和直流源荷级；所述并网级通过直流链路与所述隔离级相连，所述交流源荷级和所述直流源荷级通过直流链路分别与所述隔离级相连。
优选地，所述并网级由三相AC/DC变换器构成。
优选地，所述隔离级包括依次连接的原边DC/AC变换器、高频变压器和副边AC/DC变换器。
优选地，所述交流源荷级由低压级DC/AC变换器构成。
优选地，直流源荷级由DC/DC变换器构成。
优选地，所述并网级与隔离级之间设置有DC-Link1，所述交流源荷级和直流源荷级都与隔离级之间设置有DC-Link2。
优选地，所述三相AC/DC变换器由三相进线平波电感和三桥臂电路变换器组成。
优选地，所述原边DC/AC变换器和所述副边AC/DC变换器均由H桥电路变换器组成。
优选地，所述低压级DC/AC变换器由四桥臂电路变换器和交流LC滤波电路连接构成。
优选地，所述DC/DC变换器由中压直流线路、半桥电路斩波器和直流滤波电路构成。
优选地，所述DC-Link1由直流电容器组udc1组成，所述DC-Link2由直流电容器组udc2组成。
优选地，所述DC-Link2由直流电容器组C1和C2组成。
和最接近的现有技术比，本实用新型的优异效果为：
本实用新型提供的一种适用于分布式电源的电力集能器，实现了分布式电源接入高效性和即插即用的功能，提出了基于电力电子技术和信息技术的全柔性控制电力集能器和基于电力集能器的微电网系统结构，统一进行并网管理、能量管控和电能质量控制，统一构建直流和交流线路，便于实现微电网分布式电源统一通用接入、以及一体化控制和高效管理。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
图1为本实用新型的电力集能器主电路拓扑结构图；
图2为本实用新型的电力集能器为三相四线制时的主电路拓扑结构图；
图3为本实用新型的电力集能器为基于电容中线的主电路拓扑图；
图4为本实用新型的电力集能器接入微电网系统的构架图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
为了彻底了解本实用新型实施例，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本实用新型实施例的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本实用新型的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本实用新型还可以具有其他实施方式。
通过对电力集能器的系统结构和控制策略进行适当的设计，在实现交、直流电压变换和电能质量控制功能的同时，还可实现分布式电源的互联及并入电网，图1为本实用新型的电力集能器主电路拓扑结构图。其主电路拓扑结构如附图1所示，主要由：并网级、隔离级、交流源荷级和直流源荷级四部分构成。其中并网级主要由三相AC/DC变换器1构成，在供电模式下主要完成交流到直流的变换，并保持直流电压恒定和单位功率因数运行，在并网模型下跟踪电网，并控制与电网的电能交换；并网级经DC-Link1与隔离级相连，隔离级主要包括：DC/AC变换器1、高频变压器和AC/DC变换器2，以供电模式为例，隔离级DC/AC变换器1将并网级输入的直流电变换为高频方波交流电，经高频变压器隔离变压后与AC/DC变换器2相连，AC/DC变换器2将高频方波交流电整流为直流电并保持直流电压恒定，隔离级同样支持双向电能传递，在向电网送电模式时，电流方向与供电模式相反，功能相同。交流源荷级和直流源荷级都与隔离级经DC-Link2相连，交流源荷级主要由DC/AC变换器2构成，负责提供高质量的三相四线交流供电和工频交流分布式电源的直接并网连接；直流源荷级包括中压直流线路和DC/DC变换器，可以提供多个电压等级的直流线路，中压直流线路与DC-Link2线路相连，可以提供电压恒定的中压直流线路方便分布式电源的直流接入也可给中压直流负荷供电，直流源荷级还包括了DC/DC变换器，同样其输入侧与DC-link2相连，实现直流斩波，直接供电给低压直流负荷。
图2为本实用新型的电力集能器为三相四线制时的主电路拓扑结构图；图3为本实用新型的电力集能器为基于电容中线的主电路拓扑图。图2和图3分别为两种电力集能器的详细主电路拓扑，其中并网级AC/DC变换器1均由三相进线平波电感和三桥臂电路变换器组成；DC-Link1由直流电容器组udc1组成；隔离级DC/AC变换器1和AC/DC变换器2均由H桥电路变换器组成，并经高频变压器(十千赫兹以上级别)互相连接。两种拓扑结构的区别就在于：图2的DC-Link2由直流电容器组udc2组成，其交流源荷级主要由四桥臂电路变换器和交流LC滤波电路构成，形成三相四线制输出；而图3的DC-Link2由直流电容器组C1和C2组成，其中点引出接输出滤波电感后作为交流源荷级的中心线，此时的交流源荷级主要由三桥臂电路变换器和交流LC滤波电路构成，最终也形成三相四线制输出；图2和图3的直流源荷级均主要由中压直流线路、半桥电路斩波器和直流滤波电路构成，提供中压直流线路和低压直流线路。
传统的交直流微电网系统架构中分布式电源通过各自的电力电子并网逆变器接入配电变压器低压侧交流线路或是利用电力电子整流器增加直流线路，直流型分布式电源再利用直流斩波器接入直流线路，这种方式虽然在一定范围内解决了分布式电源的接入，但是由于各个并网变换器，既要解决分布式电源机侧控制和能量传递问题还要兼顾电网跟踪和并网问题，使得集中化管理困难，不利于协调优化能量管理，并且效率低下，不利于微电网的建设，更难于实现即插即用功能。
本发明的基于电力集能器的分布式电源通用接入微电网系统结构如附图4所示，图4为本实用新型的电力集能器接入微电网系统的构架图。电力集能器经公共链接点PCC与配电变压器低压侧相连，电力集能器由并网级、隔离级、交流源荷级和直流源荷级四部分构成，且每个部分均由电力电子变换器等固态模块构成，因此它可以灵活变换电流形态，实现双向电能的传递，在提供双向交流线路的同时，还可以提供多种电压等级的双向直流线路，并且统一进行分布式电源并网和电能质量控制。中压直流线路可以方便分布式电源(风电、光伏、燃料电池等)、分布式储能(飞轮储能、电池等)和中压直流负荷的即插即用接入，这些分布式电源和储能装置通过机侧变流器接入中压直流线路，而不再需要传统的网侧变流器，机侧变流器只需控制机侧发电和功率运行，而与配电网的并网功能都由电力集能器的并网级统一管理，从而大大减化了分布式电源和储能装置变流器的结构和控制，便于集中化管理和即插即用接入。低压直流线路可以直接给相关低压直流负荷供电；而交流母线可以方便工频交流型电源直接接入，如：微型燃气轮机等，同样可以提供高质量的交流供电。
本发明提出的一种适用于分布式电源的电力集能器，基于电力电子技术的灵活、全可控的电力集能器以及基于该电力集能器的分布式电源通用接入微电网系统结构。该系统由电力集能器统一进行并网管理、能量管控和电能质量控制，统一提供交、直流线路。对于分布式电源的即插即用接入，便于统一协调管理和提高效率。适合交直流微电网即插即用构建。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (12)

1.一种适用于分布式电源的电力集能器，其特征在于，所述电力集能器的主电路拓扑包括并网级、隔离级、交流源荷级和直流源荷级；所述并网级通过直流链路与所述隔离级相连，所述交流源荷级和所述直流源荷级通过直流链路分别与所述隔离级相连。
2.根据权利要求1所述的适用于分布式电源的电力集能器，其特征在于，所述并网级由三相AC/DC变换器构成。
3.根据权利要求1所述的适用于分布式电源的电力集能器，其特征在于，所述隔离级包括依次连接的原边DC/AC变换器、高频变压器和副边AC/DC变换器。
4.根据权利要求1所述的适用于分布式电源的电力集能器，其特征在于，所述交流源荷级由低压级DC/AC变换器构成。
5.根据权利要求1所述的适用于分布式电源的电力集能器，其特征在于，直流源荷级由DC/DC变换器构成。
6.根据权利要求1所述的适用于分布式电源的电力集能器，其特征在于，所述并网级与隔离级之间设置有DC-Link1，所述交流源荷级和直流源荷级都与隔离级之间设置有DC-Link2。
7.根据权利要求2所述的适用于分布式电源的电力集能器，其特征在于，所述三相AC/DC变换器由三相进线平波电感和三桥臂电路变换器组成。
8.根据权利要求3所述的适用于分布式电源的电力集能器，其特征在于，所述原边DC/AC变换器和所述副边AC/DC变换器均由H桥电路变换器组成。
9.根据权利要求4所述的适用于分布式电源的电力集能器，其特征在于，所述低压级DC/AC变换器由四桥臂电路变换器和交流LC滤波电路连接构成。
10.根据权利要求5所述的适用于分布式电源的电力集能器，其特征在于，所述DC/DC变换器由中压直流线路、半桥电路斩波器和直流滤波电路构成。
11.根据权利要求6所述的适用于分布式电源的电力集能器，其特征在于，所述DC-Link1由直流电容器组udc1组成，所述DC-Link2由直流电容器组udc2组成。
12.根据权利要求11所述的适用于分布式电源的电力集能器，其特征在于，所述DC-Link2由直流电容器组C1和C2组成。
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