CN210348974U - 一种基于交直流混合微电网系统的光储充教学实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种基于交直流混合微电网系统的光储充教学实验装置。该装置包括直流母线、交流母线、储能变流器、第一DC/DC转换器、第二DC/DC转换器、第一光伏阵列、储能电池、交流负载和教学实验平台；交流母线依次通过储能变流器和第一DC/DC转换器连接直流母线，第一光伏阵列通过第二DC/DC转换器电连接直流母线，储能电池与直流母线电连接；交流负载与交流母线电连接；教学实验平台与交流负载、第一DC/DC转换器、第二DC/DC转换器、储能电池连接，教学实验平台用于控制电连接的器件。本实用新型实施例能够使学生通过自己实验，方便、安全、快捷地了解微电网及光储充。

Description

一种基于交直流混合微电网系统的光储充教学实验装置

技术领域

本实用新型涉及微电网技术领域，尤其涉及一种基于交直流混合微电网系统的光储充教学实验装置。

背景技术

随着我国电力系统规模的不断增大、全国电网系统互联性的不断增加，以及电力消费多元化等因素影响，我国电力系统面临越来越高的安全和可靠性压力。

在现有技术中，微电网是缓解电网压力的有效措施，主要是由于微电网具有对大电网削峰填谷的作用，能提升大电网的安全稳定性。

目前，微电网不仅在市场上遍及，而且也进入了教学领域，各大高校开展微电网相关课程，使学生对微电网有更深的认识。如何使学生通过自己实验，方便、安全、快捷地了解微电网及光储充成了需要解决的技术难题。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种基于交直流混合微电网系统的光储充教学实验装置，以实现学生能够通过自己实验，方便、安全、快捷地了解微电网及光储充。

本实用新型实施例提供一种基于交直流混合微电网系统的光储充教学实验装置，包括交流母线、直流母线、储能变流器、第一DC/DC转换器、第二DC/DC转换器、第一光伏阵列、储能电池、交流负载和教学实验平台；

所述交流母线依次通过所述储能变流器和所述第一DC/DC转换器连接所述直流母线，所述第一光伏阵列通过所述第二DC/DC转换器电连接所述直流母线，所述储能电池与所述直流母线电连接；

所述交流负载与所述交流母线电连接；

所述教学实验平台与所述交流负载、所述第一DC/DC转换器、所述第二DC/DC转换器、所述储能电池连接，所述教学实验平台用于控制电连接的器件。

可选的，本实用新型实施例提供的一种基于交直流混合微电网系统的光储充教学实验装置，还包括直流负载；

所述直流负载与所述直流母线电连接。

可选的，所述第一DC/DC转换器为双向DC/DC转换器，所述储能变流器为双向储能变流器。

可选的，所述一种基于交直流混合微电网系统的光储充教学实验装置，还包括第二光伏阵列和并网逆变器；

所述第二光伏阵列通过所述并网逆变器电连接所述交流母线，用于将太阳能转换为电能。

可选的，所述一种基于交直流混合微电网系统的光储充教学实验装置，还包括公共连接点PCC控制器；

所述PCC控制器与所述交流母线电连接，用于控制所述交流母线的电压是否能够与市电电压进行并网。

可选的，所述教学实验平台包括：DC/DC控制器、储能控制器、负载控制器，用于调节各个电连接器件的参数。

可选的，所述DC/DC控制器包括第一DC/DC控制器和第二DC/DC控制器；所述第一DC/DC控制器与所述第一DC/DC转换器电连接，用于控制所述第一DC/DC转换器的参数；

所述第二DC/DC控制器与所述第二DC/DC转换器电连接，用于控制所述第二DC/DC转换器的参数。

可选的，所述储能控制器与所述储能电池电连接，用于控制所述储能电池的储电量。

本实用新型实施例提供的一种基于交直流混合微电网系统的光储充教学实验装置，通过教学实验平台对各个电连接的器件进行参数配置，完成直流母线侧与交流母线侧的相互平衡，达到能量守恒。本实用新型的技术方案安全可靠、快捷方便，学生通过自己设定参数能够更直观的了解微网系统以及光储充。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种基于交直流混合微电网系统的光储充教学实验装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的另一种基于交直流混合微电网系统的光储充教学实验装置的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的另一种基于交直流混合微电网系统的光储充教学实验装置的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种教学实验平台的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的另一种教学实验平台的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图1是本实用新型实施例提供的一种基于交直流混合微电网系统的光储充教学实验装置的结构示意图。参考图1，该装置包括交流母线10、直流母线11、储能变流器12、第一DC/DC转换器13、第二DC/DC转换器14、第一光伏阵列15、储能电池16、交流负载17和教学实验平台18；

交流母线10依次通过储能变流器12和第一DC/DC转换器13连接直流母线11，第一光伏阵列15通过第二DC/DC转换器14电连接直流母线11，储能电池16与直流母线11电连接；

交流负载17与交流母线10电连接；

教学实验平台18与交流负载17、第一DC/DC转换器13、第二DC/DC转换器14、储能电池16连接，教学实验平台18用于控制电连接的器件。

具体的，第一光伏阵列15吸收太阳能，通过光伏电路将太阳能转换为电能，并通过第二DC/DC转换器14为直流母线11提供电能，第二DC/DC转换器14可以将第一光伏阵列15输出的电压转换为直流母线11所对应的直流电压。第一DC/DC转换器13与直流母线11电连接，用于将直流母线11上的电压转换为储能变流器12所需电压，例如，储能变流器12可以是DC/AC转换器，用于将第一DC/DC转换器13的输出直流电压转换成交流电压，进行并网。交流负载17与交流母线10电连接，用于消耗交流母线的电能，例如交流负载17可以是白炽灯、电阻炉等。当光照充足，第一光伏阵列15发电过剩时，直流母线11将剩余的电能储存在与直流母线11电连接的储能电池16中。储能电池16可以是蓄电池。

教学实验平台18与交流负载17、第一DC/DC转换器13、第二DC/DC转换器14、储能电池16连接，用于控制上述各器件的参数，通过对各器件参数的设置使直流侧和交流侧能量平衡，使光储充系统正常运行。

本实施例提供的技术方案，通过教学实验平台对各个电连接的器件进行参数配置，完成直流母线侧与交流母线侧的相互平衡，达到能量守恒。本实用新型的技术方案安全可靠、快捷方便，学生通过自己设定参数能够更直观的了解微网系统以及光储充。

可选的，第一DC/DC转换器13为双向DC/DC转换器，储能变流器12为双向储能变流器。

具体的，双向DC/DC变换器和双向储能变流器均能实现能量的双向流动，例如，当光照充足时，第一光伏阵列15发出的电能通过第二DC/DC转换器14传输至直流母线11上，直流母线11上的电压通过第一DC/DC转换器13和储能变流器12转换成交流母线10所对应的交流电压，为交流负载提供电源；当光照不足时，第一光伏阵列15发出的电能不能满足直流母线11所消耗的电能，此时，第一DC/DC转换器13和储能变流器12将交流母线10上的电压转换成直流母线11所对应的直流电压，为直流母线11供电，并将多余的电能储存在储能电池16中。实现了微网系统中能量的充分利用，使得学生在进行微网系统的光储充实验时，能够直观的了解微网的运行状态。

可选的，图2是本实用新型实施例提供的另一种基于交直流混合微电网系统的光储充教学实验装置的结构示意图。参考图2，在上述技术方案的基础上，该教学实验装置还包括直流负载19、第二光伏阵列20和并网逆变器21；

直流负载19与直流母线11电连接；

第二光伏阵列20通过并网逆变器21电连接交流母线10，用于将太阳能转换为电能。

具体的，直流负载用于消耗直流母线11上的电能。第二光伏阵列20可以由太阳能电池板组成，用于将阳能转换为电能，输出至并网逆变器21，并网逆变器21将第二光伏阵列20输出的对应直流电压转换为交流母线10所对应的交流电压，用于将第二光伏阵列20发出的电能进行并网。

本实施例提供的技术方案，通过多组光伏阵列进行发电，将光伏阵列输出的直流电压接入直流母线或经并网逆变器接入交流母线，实现能量的相互平衡及有效利用，满足微网的需求，能够更加具体的完成光储充等功能，便于学生的理解和掌握。

可选的，图3是本实用新型实施例提供的另一种基于交直流混合微电网系统的光储充教学实验装置的结构示意图。参考图3，在上述技术方案的基础上，该教学实验装置还包括公共连接点(Point of Common Coupling，PCC)控制器22；PCC控制器22与交流母线10电连接，用于控制交流母线10的电压是否能够与市电23电压进行并网。

具体的，微网可以并网运行，也可以独立运行，这两种运行模式之间的切换可以通过PCC控制器来实现。PCC控制器可以由电力电子器件组成，在PCC控制器检测到微网电压满足并网标准时，将微网并入市电配电网中，进行并网；若PCC控制器检测到微网电压不满足并网标准时，PCC控制不动作，将微网与市电配电网分离，不进行并网。其中，并网标准包括电能质量要求和继电保护要求等。

本实施例提供的技术方案，通过PCC控制器来控制微网是否能够与市电配电网进行并网，实现微网的并网运行或独立运行，更加方便的使学生了解微网并网过程。

可选的，图4是本实用新型实施例提供的一种教学实验平台的结构示意图，参考图3和图4，该教学实验平台18包括DC/DC控制器181、储能控制器182、负载控制器183，用于调节各个电连接器件的参数。

具体的，DC/DC控制器181可以是由电力电子元件构成的控制器，用于控制DC/DC变换器的参数，从而改变DC/DC变换器的输出电压和输出电流。例如，DC/DC控制器181设置于教学实验平台18内，通过按键操作来设置DC/DC控制器181的参数，从而实现改变DC/DC变换器的参数。

储能控制器182与储能电池16电连接，用于控制储能电池16的储电量。例如，当直流母线11上的电能充足时，储能控制器182控制储能电池16进行充电；当直流母线11上的电能不足时，储能控制器182控制储能电池16进行放电。此外，储能控制器182还可以控制储能电池16的储电量，通过微网中能量的多少，控制储能电池16的储电量。

负载控制器183，与交流负载17电连接，用于控制交流负载17的参数，以匹配交流母线10的输出功率。

可选的，图5是本实用新型实施例提供的另一种教学实验平台的结构示意图，参考图3和图5，DC/DC控制器181包括第一DC/DC控制器1811和第二DC/DC控制器1812，第一DC/DC控制器1811与第一DC/DC转换器13电连接，用于控制第一DC/DC转换器13的参数；

第二DC/DC控制器1812与第二DC/DC转换器14电连接，用于控制第二DC/DC转换器14的参数。

具体的，由于不同的DC/DC转换器所对应的输入输出参数不同，因此，每一DC/DC转换器需对应一DC/DC控制器181。其中，第一DC/DC控制器1811与第一DC/DC转换器13电连接，用于控制第一DC/DC转换器13的参数；第二DC/DC控制器1812与第二DC/DC转换器14电连接，用于控制第二DC/DC转换器14的参数。当第一光伏阵列15吸收太阳能，并将太阳能转换为电能输出至第二DC/DC转换器14时，可以通过教学实验平台上的按键操作对第二DC/DC转换器14进行参数设置，以匹配直流母线11的电压。然后通过教学实验平台上的按键操作对第一DC/DC转换器13进行参数设置，第一DC/DC转换器13根据设置的参数对直流母线11上的电压进行转换至储能变流器12相匹配的电压。

本实施例提供的技术方案，通过教学实验平台完成与其相连接器件的参数设置，是直流侧和交流侧的能量达到平衡，保证各器件之间相互配合，正常运行。本技术方案实现了学生只需通过对教学实验平台的设置便可对系统中其他器件的参数进行设置与调配，使学生通过自己实验，方便、安全、快捷地了解微电网及光储充。

可选的，继续参考图3，本实用新型实施例提供的一种基于交直流混合微电网系统的光储充教学实验装置，其具体工作原理如下：

第一光伏阵列15吸收太阳能，将太阳能转换为直流电能，并将直流电能传输至第二DC/CD转换器14；通过教学实验平台，人为地对第二DC/CD转换器14进行参数设置，第二DC/CD转换器14将第一光伏阵列15所发出的直流电转换成与第二DC/CD转换器14所设置参数相匹配的直流电，并传输至直流母线11。通过教学实验平台设置储能电池16的储电量以及电能情况，直流母线11根据储能电池16的电能情况将多余直流电储存在储能电池16中，并且直流负载19也会消耗直流母线11上的部分电能。通过教学实验平台18设置第一DC/CD转换器13的参数，第一DC/CD转换器13根据设置的参数将直流母线11上的直流电压转换成储能变流器12所对应的电压，并将该对应电压传输至储能变流器12，储能变流器12将第一DC/CD转换器13的输出电压转换为交流电压传输至交流母线10。PCC控制器22根据储能变流器12输出的交流电压来确定是否可以与市电23电压进行并网。

第二光伏阵列20将太阳能转换为直流电能，根据第二光伏阵列20输出电压，通过教学实验平台18设置并网逆变器21的参数，将第二光伏阵列20的输出电压转换为交流母线10对应的交流电压，并传输至交流母线10，交流母线10为交流负载17供电。

此外，在并网运行时，储能变流器12可以将交流母线10上的交流电压转换为第一DC/DC转换器13对应的直流电压，再经第一DC/DC转换器13转换为直流母线11对应的电压，为储能电池充电。因此可以通过储能变流器12来控制储能电池的充放电状态。

本实施例提供的技术方案，通过教学实验平台对交直流混合微电网系统的光储充教学实验装置中相应的器件进行参数设置，可完成直流母线侧与交流母线侧的功率相互平衡，达到能量守恒的目的，且该教学实验装置设有储能装置，可以储存多余的电能，若多余的电能无法储存，则可以通过市电配电网进行释放。本实施例提供的技术方案安全可靠，学生通过自己设定参数，自我思考的方式更为直观地了解微电网系统，也使学生对光储充的概念有更深的理解。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种基于交直流混合微电网系统的光储充教学实验装置，其特征在于，包括交流母线、直流母线、储能变流器、第一DC/DC转换器、第二DC/DC转换器、第一光伏阵列、储能电池、交流负载和教学实验平台；

所述交流母线依次通过所述储能变流器和所述第一DC/DC转换器连接所述直流母线，所述第一光伏阵列通过所述第二DC/DC转换器电连接所述直流母线，所述储能电池与所述直流母线电连接；

所述交流负载与所述交流母线电连接；

所述教学实验平台与所述交流负载、所述第一DC/DC转换器、所述第二DC/DC转换器、所述储能电池连接，所述教学实验平台用于控制电连接的器件。

2.根据权利要求1所述的基于交直流混合微电网系统的光储充教学实验装置，其特征在于，还包括直流负载；

所述直流负载与所述直流母线电连接。

3.根据权利要求1所述的基于交直流混合微电网系统的光储充教学实验装置，其特征在于，所述第一DC/DC转换器为双向DC/DC转换器，所述储能变流器为双向储能变流器。

4.根据权利要求1所述的基于交直流混合微电网系统的光储充教学实验装置，其特征在于，还包括第二光伏阵列和并网逆变器；

所述第二光伏阵列通过所述并网逆变器电连接所述交流母线，用于将太阳能转换为电能。

5.根据权利要求1所述的基于交直流混合微电网系统的光储充教学实验装置，其特征在于，还包括公共连接点PCC控制器；

所述PCC控制器与所述交流母线电连接，用于控制所述交流母线的电压是否能够与市电电压进行并网。

6.根据权利要求1所述的基于交直流混合微电网系统的光储充教学实验装置，其特征在于，所述教学实验平台包括：DC/DC控制器、储能控制器、负载控制器，用于调节各个电连接器件的参数。

7.根据权利要求6所述的基于交直流混合微电网系统的光储充教学实验装置，其特征在于，所述DC/DC控制器包括第一DC/DC控制器和第二DC/DC控制器；所述第一DC/DC控制器与所述第一DC/DC转换器电连接，用于控制所述第一DC/DC转换器的参数；

所述第二DC/DC控制器与所述第二DC/DC转换器电连接，用于控制所述第二DC/DC转换器的参数。

8.根据权利要求6所述的基于交直流混合微电网系统的光储充教学实验装置，其特征在于，所述储能控制器与所述储能电池电连接，用于控制所述储能电池的储电量。

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