CN205791566U - 变流器系统及微电网系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种变流器系统及微电网系统，其中，所述变流器系统包括连接在电源与直流母线之间的一个或多个第一变流器、连接在负载与所述直流母线之间的一个或多个第二变流器、集中式控制器，所述集中式控制器分别与所述第一变流器和所述第二变流器相连，所述集中式控制器根据所述电源的能量输出能力控制所述第一变流器工作以及根据所述负载的能量需求控制所述第二变流器工作。采用本实用新型提供的变流器系统，采用集中式控制器对多个连接在电源和直流母线之间的第一变流器和多个连接在负载和直流母线之间的第二变流器进行集中控制，可以有效实现能量平衡管理，相比较现有技术，系统简单，便于安装。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力技术领域，尤其涉及一种变流器系统及微电网系统。
背景技术
本世纪初，美国、日本和欧洲相继开始了微电网的建设和发展，目前，我国也相应的出现了一批与微电网技术相关的研究报告和示范项目，微电网已经完成或将要完成“稚幼”期的发展，开始向商业化迈进。。微电网能够提高重要负荷的供电可靠性、满足用户的个性化电力需求、降低成本、实现智能化并减少污染。随着许多地区不断增长的可再生能源需求的推动，微电网市场将迎来快速发展。
在微电网应用中，交流微电网和直流微电网都是常用的组网方式，其中直流微电网是以直流传输为对象进行组网，直流微电网不需要像交流微电网一样考虑频率和电压相位等因素，同时减少了由无功功率引起的线路损耗，减少了供电过程中交直流转换的相关设备，系统复杂度和成本相对较低。
在上述微电网建设和应用的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：
不管是在交流微电网系统还是直流微电网系统中，除了可直接并入电网的柴油发电机等电源，各微电源和负载均分别采用传统的变流器系统。在传统的变流器系统中，各本地控制器接受中层控制器的调度，进而实现电能的电力电子转换和能量平衡控制功能，涉及多个装置、多种通讯接口及协议，系统复杂且安装繁琐。
实用新型内容
本实用新型的实施例提供一种变流器系统及微电网系统，以解决现有技术中变流器系统复杂且安装繁琐的问题。
为达到上述目的，本实用新型的一方面提供一种变流器系统，包括连接在电源与直流母线之间的一个或多个第一变流器、连接在负载与所述直流母线之间的一个或多个第二变流器、集中式控制器，所述集中式控制器分别与所述第一变流器和所述第二变流器相连，所述集中式控制器根据所述电源的能量输出能力控制所述第一变流器工作以及根据所述负载的能量需求控制所述第二变流器工作。
进一步地，集中式控制器包括中央控制器和控制电路板，中央控制器的输出端分别与继电器的控制端和所述控制电路板的输入端连接，所述中央控制器接收所述电源的能量输出能力信息和所述负载的能量需求信息，所述中央控制器的输出端与所述控制电路板的输入端连接；所述控制电路板的输出端分别与所述第一变流器和所述第二变流器相连。
进一步地，变流器系统还包括制动装置，制动装置与直流母线连接，制动装置包括串联的开关电路和制动电阻，制动装置的控制端与集中式控制器连接。
进一步地，变流器系统还包括旁通支路，旁通支路连接电源和对应的负载；并且/或者，变流器系统还包括备用电源，备用电源与集中式控制器连接。
进一步地，变流器系统还包括防雷装置，连接在第一变流器与电源之间；滤波装置，连接在第一变流器与电源中的交流电源之间；并且/或者，保护装置，保护装置连接在第一变流器与电源之间以及连接在第二变流器与负载之间。
进一步地，第二变流器包括双向变流器，与双向变流器对应的负载为电能回馈式负载。
进一步地，所述集中式控制器还包括用于与上位机进行通信的通信接口。
进一步地，通信接口为以太网接口。
进一步地，集中式控制器的控制信号输出端分别通过Profibus-DP总线与多个第一变流器和多个第二变流器的控制端连接。
本实用新型实施例提供的变流器系统，采用集中式控制器对多个连接在电源和直流母线之间的第一变流器和多个连接在负载和直流母线之间的第二变流器进行集中控制，可以有效实现能量平衡管理，相比较现有技术，系统简单，便于安装。
本实用新型的另一方面提供一种微电网系统，包括一个或多个电源、一个或多个负载以及上述技术方案中的变流器系统，所述变流器系统连接在所述电源和与所述负载之间。
本实用新型实施例提供的微电网系统包括上述技术方案中的变流器系统，该变流器系统采用集中式控制器对多个连接在电源和直流母线之间的第一变流器和多个连接在负载和直流母线之间的第二变流器进行集中控制，可以有效实现能量平衡控制管理，相比较现有技术，系统简单，便于安装。
附图说明
图1为本实用新型实施例中的变流器系统的系统结构图一；
图2为本实用新型实施例中的变流器系统的系统结构图二；
图3为本实用新型实施例中的变流器系统与外部设备连接关系示意图。
附图标记说明：
10、变流器系统；11、直流母线；12、集中式控制器；13、第一变流器；14、第二变流器；15、制动装置；16、防雷装置；17、滤波装置；18、保护装置；19、储能变换器；20、电源；21、风力发电装置；22、燃料发电装置；23、光伏发电装置；30、负载；31、直流负载；32、交流负载；40、储能装置；50、公共配电网；60、通信总线。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型实施例的变流器系统及微电网系统进行详细描述。
如图1所示，本实用新型实施例提供的变流器系统10包括连接在电源与直流母线11之间的一个或多个第一变流器13、连接在负载30与直流母线11之间的一个或多个第二变流器14、用集中式控制器12，集中式控制器12分别与第一变流器13和第二变流器14连接，集中式控制器12根据电源的能量输出能力控制第一变流器13工作以及根据负载30的能量需求控制第二变流器14工作。
如图1和图2所示，集中式控制器12与变流器通过通信总线60通信连接。电源20包括但不限于风力发电装置21、燃料发电装置22、光伏发电装置23和/或公共配电网50，第一变流器13包括AC/DC转换器和DC/DC转换器，可将各电源输入的交流电和直流电转换为电压与直流母线11电压相同的直流电。负载30包括直流负载31和/或交流负载32，第二变流器14包括DC/DC转换器和/或DC/AC转换器，第二变流器14用于将直流母线11上的电压转换为负载30的输入电压。
具体地，直流负载31包括但不限于直流电机和/或电阻等；交流负载32包括但不限于交流电动机、水泵、电抗器负载和/或电容器负载等。
其中，变流器系统10与公共配电网50的连接后，变流器系统10可从公共配电网50中吸收部分有功功率，以提高电能质量。
本实用新型实施例提供的变流器系统10，采用集中式控制器12对多个连接在电源和直流母线11之间的第一变流器13和多个连接在负载30和直流母线11之间的第二变流器14进行集中控制，可以有效实现能量平衡控制管理，相比较现有技术，系统简单，便于安装。
具体地，集中式控制器12包括中央控制器(图中未示出)和控制电路板(图中未示出)，所述中央控制器接收所述电源的能量输出能力信息和所述负载的能量需求信息，中央控制器的输出端与控制电路板的输入端连接，控制电路板的输出端分别与所述第一变流器和所述第二变流器相连。该中央控制器一般采用PLC控制器。
集中式控制器12的硬件系统为集中式控制器的控制管理功能提供载体。
此外，集中式控制器12的控制信号输出端分别通过Profibus-DP总线与多个第一变流器13和多个第二变流器14的控制端连接。
Profibus-DP总线具有高速低成本的性能，一般用于设备级控制系统与分散式输入输出设备的通信，可高效率传输数据。
此外，如图2所示，变流器系统10还包括制动装置15，制动装置15与直流母线11连接，制动装置15包括串联的开关电路(图中未示出)和制动电阻(图中未示出)，制动装置的控制端与集中式控制器12连接。
一般开关电路采用IGBT模块作为开关器件，通过开关电路的开通和关断，可以将直流母线过压时的多余能量通过制动电阻泄放。另外根据应用环境的特点，制动电阻产生的能量可以用来加热水，充分利用制动时产生的能量。制动装置15可对微电源负荷的波动造成的直流母线电压波动进行处理，确保微电网系统稳定运行。
此外，变流器系统10还包括旁通支路(图中未示出)，旁通支路连接电源20和对应的负载30。
在本实用新型实施例中，燃料发电装置22使用柴油或燃气发电，该旁通支路可连接在燃料发电装置和交流负载32之间，以使得重要负载在变流器系统10出现故障时保持不间断供电。
该旁通支路也可连接在公共配电网50和交流负载32之间，同样可以起到保持不间断供电的作用。
此外，变流器系统10还包括备用电源(图中未示出)，备用电源与集中式控制器12连接。
备用电源可以在电网无电及微电网系统首次启动需要供电系统保持供电时为集中式控制器12提供电源，以启动变流器系统10。
变流器系统10还包括与集中式控制器12连接的预充电装置(图中未示出)，该预充电装置可在系统上电时为变流器系统进行预充电，以保护变流器系统。
此外，如图2所示，变流器系统10还包括防雷装置16，防雷装置16连接在第一变流器13与电源20之间。
如图2所示的防雷装置16连接在光伏发电装置与其对应的第一变流器13之间，但在实际应用中并不局限于此，防雷装置的多个端口可以分别连接在不同电源以及该电源对应的第一变流器13之间，也可以在变流器系统中使用多个防雷装置。防雷装置16可以保证变流器系统10在遭受雷电袭击时安全运行。
此外，如图2所示，变流器系统10还包括滤波装置17，滤波装置17连接在第一变流器13与电源20中的交流电源之间。
如图2所示的滤波装置17连接在风力发电装置与其对应的第一变流器13之间，但在实际应用中并不局限于此，滤波装置17的多个端口可以分别连接在不同交流电源以及该交流电源对应的第一变流器13之间，也可以在变流器系统中使用多个滤波装置17。滤波装置17可以保护变流器系统10的各个组件减少纹波干扰。
此外，如图2所示，变流器系统10还包括保护装置18，保护装置18连接在第一变流器13与电源20之间以及连接在第二变流器14与负载30之间。
如图2所示的保护装置18连接在燃料发电装置与其对应的第一变流器13之间，但在实际应用中并不局限于此，保护装置18的多个端口可以分别连接在不同电源以及该电源对应的第一变流器13之间，也可以分别连接在不同负载以及该负载对应的第二变流器14之间，也可以在变流器系统中使用多个保护装置18。保护装置18具有过压保护、过流保护功能，可以确保变流器系统10的安全运行。
此外，第二变流器14包括双向变流器，与双向变流器对应的负载30为电能回馈式负载。
该电能回馈式负载可以具备势能转化为电能或热能转换为电能的能力，具备双向能量流动能力的双向变流器可以将电能回馈至直流母线11，以向储能装置40、公共配电网50或其他负载供电，可达到节能的目的。
如图3所示，变流器系统10与电源20、负载30、储能装置40、公共配电网50等外部设备连接。其中，变流器系统10与储能装置40、公共配电网50之间的能量流动是双向的，能量既可以由变流器系统10流向储能装置40或公共配电网50，也可以由储能装置40或公共配电网50流向变流器系统10；电源20与变流器系统10之间的能量流动是单向的，能量由电源20流向变流器系统10；当负载30不具有将其他形式的能量转换为电能的能力时，负载30与变流器系统10之间的能量流动是单向的，能量由变流器系统10流向负载30，当负载30具有将其他形式的能量转换为电能的电能回馈功能时，负载30与变流器系统10之间的能量流动是双向的。
进一步地，集中式控制器12还包括用于与上位机进行通信的通信接口。
通过该通信接口，集中式控制器12与上位机连接，并在上位机的调度下进行能量平衡管理；通过该通信接口，还可以接受外界输入的风力、光能预测数据，以根据该数据更好地实现变流器系统10的能量平衡管理。
具体地，变流器系统10与上位机进行通信的通信接口为以太网接口。以太网接口广泛应用于故障诊断和文件读取等大数据通信，可有效保证数据传输安全高速。
本实用新型实施例还提供一种微电网系统，包括一个或多个电源20、一个或多个负载30以及上述技术方案中的变流器系统10，变流器系统10连接在电源20和负载30之间。
该微电网系统包括储能装置40，储能装置40可以是锂电池、铅酸电池、钒液流电池、超级电容等类型，储能装置与储能变换器19连接，通过储能变换器19可以将储能装置的能量放电到直流母线11上，也可以从直流母线11上输送电能向储能装置充电；实现了能量的双向流动。其中储能装置根据体积的大小可以选择安装在变流器系统10内部或变流器系统10外部。
该微电网系统还包括环控装置，该环控装置可以根据环境温湿度启动加热器、风扇和除湿机工作，保证系统的稳定运行。
变流器系统10连接微电源、负载及公共配电网50，成为一套可接受上级调度的微电网系统，可以实现并网、孤网、并网转孤网、孤网转并网及黑启动能力，具有转换效率高、可靠性高、安装方便快捷等优势。
本实用新型实施例提供的微电网系统包括上述技术方案中的变流器系统，该变流器系统采用集中式控制器对多个连接在电源和直流母线之间的第一变流器和多个连接在负载和直流母线之间的第二变流器进行集中控制，可以有效实现能量平衡控制管理，相比较现有技术，系统简单，便于安装。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种变流器系统，其特征在于，包括：连接在电源(20)与直流母线(11)之间的一个或多个第一变流器(13)、连接在负载(30)与所述直流母线(11)之间的一个或多个第二变流器(14)、集中式控制器(12)，所述集中式控制器(12)分别与所述第一变流器(13)和所述第二变流器(14)相连，所述集中式控制器(12)根据所述电源(20)的能量输出能力控制所述第一变流器(13)工作以及根据所述负载(30)的能量需求控制所述第二变流器(14)工作。
2.根据权利要求1所述的变流器系统，其特征在于，所述集中式控制器(12)包括中央控制器和控制电路板，所述中央控制器接收所述电源(20)的能量输出能力信息和所述负载(30)的能量需求信息，所述中央控制器的输出端与所述控制电路板的输入端连接；所述控制电路板的输出端分别与所述第一变流器(13)和所述第二变流器(14)相连。
3.根据权利要求1所述的变流器系统，其特征在于，所述变流器系统(10)还包括制动装置(15)，所述制动装置(15)与所述直流母线(11)连接，所述制动装置(15)的控制端与所述集中式控制器(12)连接。
4.根据权利要求1所述的变流器系统，其特征在于，所述变流器系统(10)还包括旁通支路，所述旁通支路连接所述电源(20)和对应的负载(30)；并且/或者，
所述变流器系统(10)还包括备用电源，所述备用电源与所述集中式控制器(12)连接。
5.根据权利要求1所述的变流器系统，其特征在于，所述变流器系统(10)还包括：
防雷装置(16)，连接在所述第一变流器(13)与所述电源(20)之间；
滤波装置(17)，连接在所述第一变流器(13)与所述电源(20)中的交流电源之间；并且/或者，
保护装置(18)，连接在所述第一变流器(13)与所述电源(20)之间以及连接在所述第二变流器(14)与所述负载(30)之间。
6.根据权利要求1所述的变流器系统，其特征在于，所述第二变流器(14)包括双向变流器，与所述双向变流器对应的负载(30)为电能回馈式负载。
7.根据权利要求2所述的变流器系统，其特征在于，所述集中式控制器(12)还包括用于与上位机进行通信的通信接口。
8.根据权利要求7所述的变流器系统，其特征在于，所述通信接口为以太网接口。
9.根据权利要求1至8任一项所述的变流器系统，其特征在于，所述集中式控制器(12)的控制信号输出端分别通过Profibus-DP总线与所述第一变流器(13)和所述第二变流器(14)的控制端连接。
10.一种微电网系统，其特征在于，包括一个或多个电源(20)、一个或多个负载(30)、以及如权利要求1至9任一项所述的变流器系统(10)，所述变流器系统(10)连接在所述电源(20)和与所述负载(30)之间。
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