CN212543375U - 一种基于直接矩阵变换器进行组网的交流微电网系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种基于直接矩阵变换器进行组网的交流微电网系统，属于电力电子与交流微电网技术领域。系统包括交流源型分布式发电单元、直接矩阵变换器、飞轮储能单元、交流母线、双向并网变换器、直流储能单元、系统负载、并网变换器、光伏发电单元。所述的直接矩阵变换器为三相双向直接矩阵变换器，不存在直流环节，可以进行直接的交流到交流的变换。交流源型分布式发电单元和飞轮储能单元通过三相双向直接矩阵变换器与交流母线连接为负载供电。特别是在连接飞轮储能与交流母线时，直接矩阵变换器可实现能量的双向流动，而且具有效率高、体积小、可控性高等特点。

Description

一种基于直接矩阵变换器进行组网的交流微电网系统
技术领域
本实用新型涉及一种基于直接矩阵变换器进行组网的微电网系统，属于电力电子与交流微电网技术领域。
背景技术
微电网的发展离不开电力电子技术，电力电子变换器在发电、输配电、控制等环节发挥重要的作用，是推动智能电网发展的支撑技术。为适应能源开发战略和提高新能源利用率，利用大功率电力电子装置进行组网，建设新一代电力系统将成为未来发展趋势。在微电网中，大多数的分布式能源发电都需要通过电力电子装置组网以给负载供电或与外部电网并网，随着分布式发电技术的推广以及电力电子技术的广泛应用，电力系统将呈现电力电子化。目前普遍应用于微电网和分布式发电的电力电子变换器是电压源型逆变器。很多现有的微电网结构都是基于逆变器的系统，但是这种结构也存在一些问题。
对直流源型能源的发电系统(如光伏发电、燃料电池等)来说，通常需要通过DC-DC变换器先进行电压变换，然后再用逆变器将直流电转换成工频交流电来给负载供电或进行并网；对于交流源型能源的发电系统(如风力发电、燃气轮机等)来说，需要将整流器(AC-DC)与逆变器(DC-AC)相结合来实现从交流到交流的变换(AC-DC-AC)，目的是将不稳定的交流电转换成稳定的工频交流电。
上述的AC-DC-AC变换器为间接AC-AC变换结构，中间直流环节含有电解电容，这个直流环节电解电容带来了许多问题：(1)电解电容的体积通常很大，增大了整个变换器系统的体积；(2)电解电容较易老化，难维护，寿命较短；(3) 直流环节带来能量损耗，降低系统效率等。
而直接矩阵变换器，不需要直流环节和电解电容，可以进行直接的AC-AC 变换。这种变换器具有“绿色”变频器的如下特点：(1)输入输出电流波形正弦；(2)输入功率因数可控并且可控制到单位功率因数；(3)能量可双向流动； (4)输出电压和频率可自由调节；(5)电路简单且体积小。所以直接矩阵变换器吸引了广泛关注，被认为是传统的AC-DC-AC变换器的有效替代方案。
本实用新型要解决的技术问题：提供一种基于直接矩阵变换器进行组网的交流微电网系统，交流源型分布式发电单元和飞轮储能单元通过三相双向直接矩阵变换器与交流母线相连，其中交流到交流的变换是直接的，不存在直流环节，从而有效避免了直流环节和直流环节电容所带来的问题。
一种基于直接矩阵变换器进行组网的交流微电网系统，包括交流源型分布式发电单元、直接矩阵变换器、飞轮储能单元、交流母线、双向并网变换器、直流储能单元、系统负载、并网变换器、光伏发电单元。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是克服现有交流源型分布式发电并网变换器存在的问题，提供一种基于直接矩阵变换器的进行组网的交流微电网系统，系统中不存在直流环节及直流环节电容，结构紧凑、简单，效率高，非常适合用于交流源型电源的组网。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于直接矩阵变换器进行组网的交流微电网系统，包括交流源型分布式发电单元、直接矩阵变换器、飞轮储能单元、交流母线、双向并网变换器、直流储能单元、系统负载、并网变换器、光伏发电单元。所述的交流源型分布式发电单元以三相交流电为输出的分布式电源，可以是风力发电单元、微型燃气轮机发电单元等；所述的直接矩阵变换器为三相双向直接矩阵变换器，由9个双向开关器件组成，不存在直流环节及直流环节电容，可实现三相交流到三相交流的直接变换；所述的飞轮储能单元中的驱动电机为三相交流电机，可以是异步电机或者同步电机。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型系统利用直接矩阵变换器进行组网，不存在直流环节及直流环节电容，因此能够有效避免现有技术中直流环节及直流环节电容带来的不利影响，而且具有结构紧凑、效率高、可控性高、能量可双向流动等特点。
附图说明
图1为本实用新型实施式例的结构示意图；
图1中：1-交流源型分布式发电单元，2-第一直接矩阵变换器，3-飞轮储能单元，4-第二直接矩阵变换器，5-交流母线，6-双向并网变换器，7-直流储能单元，8-系统负载，9-并网变换器，10-光伏发电单元。
图2为图1中的直接矩阵变换器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步说详细明。
如图1所示，一种基于直接矩阵变换器进行组网的交流微电网系统，包括交流源型分布式发电单元1，第一直接矩阵变换器2，飞轮储能单元3，第二直接矩阵变换器4，交流母线5，双向并网变换器6，直流储能单元7，系统负载 8，并网变换器9，光伏发电单元10。交流源型分布式发电单元1与光伏发电单元10是交流微电网中的分布式微源，分别通过第一直接矩阵变换器2与并网变换器9与交流母线5相连，负责为交流母线5提供电能；直流储能单元7通过双向并网变换器6与交流母线5进行电能交换，从交流母线吸收电能进行存储或者释放存储的电能为交流母线5提供电能，实现交流微电网系统中的功率平衡；飞轮储能单元3通过第二直接矩阵变换器4与交流母线5相连，可实现能量的存储与释放，可以平滑微电网系统中的出现的瞬时大功率波动和实现微电网系统中的功率平衡；系统负载8与交流母线5相连，实现对负载的供电。
图1中的直接矩阵变换器的结构如图2所示。图2中的直接矩阵变换器为三相双向直接矩阵变换器，由9个双向开关器件组成，可实现三相交流到三相交流的直接变换。图2中的双向开关器件以共发射极的绝缘栅双极型晶体管 (IGBT)为例进行说明，每一个双向开关器件由2个绝缘栅双极型晶体管和2 个二极管构成，可实现能量的双向流动。特别是在连接飞轮储能单元3和交流母线5时，电能既可以通过第二直接矩阵变换器4从飞轮储能单元3流向交流母线5，也可以从交流母线5流向飞轮储能单元3。
图1中的交流源型分布式发电单元是以三相交流电为输出的分布式电源，可以是风力发电单元、微型燃气轮机发电单元等。
本实用新型的交流微电网系统中，如果存在电压等级不匹配的情况，可以方便地利用变压器进行电压等级的匹配。
本实施示例中的飞轮储能单元中的电机为三相交流电机，可以是异步电机或者同步电机。
本实施示例中的交流微电网的交流母线5为线电压有效值为380V、频率为 50Hz的三相交流电母线。

Claims (4)

1.一种基于直接矩阵变换器进行组网的交流微电网系统，包括交流源型分布式发电单元，直接矩阵变换器，飞轮储能单元，交流母线，双向并网变换器，直流储能单元，系统负载，并网变换器，光伏发电单元，其特征在于交流源型分布式电源与飞轮储能单元都是通过直接矩阵变换器与交流母线相连来给交流母线提供电能和给负载供电。
2.根据权利要求1所述的一种基于直接矩阵变换器进行组网的交流微电网系统，其特征在于：直接矩阵变换器是三相双向的直接矩阵变器，由9个双向开关器件组成，每个双向开关器件包含2个可控半导体开关器件及2个二极管，直接矩阵变换器不存在直流环节，可以进行直接的三相交流到三相交流的变换，能量可以双向流动。
3.根据权利要求1所述的一种基于直接矩阵变换器进行组网的交流微电网系统，其特征在于：交流源型分布式发电单元是输出为三相交流电的分布式电源，是风力发电单元、微型燃气轮机发电单元。
4.根据权利要求1所述的一种基于直接矩阵变换器进行组网的交流微电网系统，其特征在于：飞轮储能单元是能量储存和释放是通过三相交流电机来进行的，三相交流电机的控制是通过直接矩阵变换器的控制来实现的。
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