CN215419600U - 一种微网并入配电网的自适应多功能端口变换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种微网并入配电网的自适应多功能端口变换器，包括主电路单元与计算单元；主电路单元包括阻抗测量模块、阻抗辅助匹配模块、辅助电源模块、人机交互模块，阻抗测量模块、阻抗辅助匹配模块、人机交互模块分别与计算单元连接，阻抗测量模块、阻抗辅助匹配模块分别与辅助电源模块连接。本实用新型通过监测配电网侧与微网侧的运行状态实现多个功能，对微网与配电网协调控制，从而优化配电网的运行状态，提高配电网的电能质量。

Description

一种微网并入配电网的自适应多功能端口变换器

技术领域

本实用新型涉及新能源并网技术领域，特别涉及一种微网并入配电网的自适应多功能端口变换器。

背景技术

微型电网（微电网）有时简称微网，是相对传统大电网的一个概念，是指多个分布式电源及其相关负载按照一定的拓扑结构组成的网络，并通过静态开关关联至常规电网。微网是近年来的研究热点，在国内外已经建成了多个微网的示范与应用工程。微网一般接入在低压配电网中，接入的端口一般为高压开关。微网与配电网之间的电能交互，即电能从配电网侧流入至微网侧、或电能从微网侧流入至配电网侧，与微网内部的分布式发电装置的发电量及负荷的用电量有关，即配电网对微网的运行提供支撑作用。然而，随着微网的逐步增多，微网容量的逐步增大，微网对配电网的运行也可以实现支撑作用，比如潮流支撑、电压支撑、阻抗匹配等，另外，还可以对配电网的电能质量问题起到抑制作用。以上功能的实现，需要在微网与配电网的接口处，设置一台多功能的端口变换器，然而现有技术中还没有这样的端口变换器。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种微网并入配电网的自适应多功能端口变换器，其通过监测配电网侧与微网侧的运行状态实现多个功能，对微网与配电网协调控制，从而优化配电网的运行状态，提高配电网的电能质量。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种微网并入配电网的自适应多功能端口变换器，包括主电路单元与计算单元；其中，主电路单元包括阻抗测量模块、阻抗辅助匹配模块、辅助电源模块、人机交互模块，阻抗测量模块、阻抗辅助匹配模块、人机交互模块分别与计算单元连接，阻抗测量模块、阻抗辅助匹配模块分别与辅助电源模块连接；其中，所述阻抗测量模块用于测量配电网节点的阻抗，所述阻抗辅助匹配模块用于根据计算单元的输出结果调节微网与配电网接口的阻抗参数以实现阻抗匹配，所述辅助电源模块用于为与其连接的各个模块提供电能。

进一步优化地，还包括电能转换模块，分别与计算单元、辅助电源模块连接，电能变换模块用于对微网的电能与配电网的电能进行转换，以改变微网侧与配电网侧功率流动的量与流动的方向。

本方案中，通过电能转换模块可以实现功率流动方向的改变，可以实现对对配电网潮流调节功能、配电网电压支撑功能、配电网电能质量问题抑制功能。

进一步优化地，还包括储能模块，分别与计算单元、辅助电源模块连接，储能模块用于吸收或者放出电能，使得功率潮流从配电网侧流向微网侧，或者从微网侧流向配电网侧。本方案中，通过储能模块的设置，可以实现对配电网潮流调节功能、配电网电压支撑功能。

所述阻抗测量模块包括电流注入装置、电压采集装置，电流注入装置用于对微网并入配电网的节点端口注入一定频段的电流，电压采集装置用于检测注入电流后对应产生的电压，注入电流信号与对应的电压信号传输至计算单元。

所述阻抗辅助匹配模块包括若干电容、若干电阻、若干电感及切换开关，每个电容、电阻和电感都对应与一个切换开关连接。

相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型提供的一种微网并入配电网的自适应多功能端口变换器，该变换器中设置了阻抗测量模块、阻抗辅助匹配模块、电能变换模块、储能模块、电源模块、人机交互模块，通过对接收的信号进行计算，然后根据计算结果自适应的调节主电路单元中的各个模块的工作模式，实现阻抗测量与阻抗匹配功能、潮流调节功能、配电网电压支撑功能、配电网电能质量问题抑制功能。

本实用新型采用上述设计的一种微网并入配电网的自适应多功能端口变换器，其通过监测配电网侧与微网侧的运行状态实现多个功能，对微网与配电网协调控制，从而优化配电网的运行状态，提高配电网的电能质量。具有一定的创新性与较强实用性。

附图说明

图1为实施中提供的一种微网并入配电网的自适应多功能端口变换器的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

微网并入配电网的相应节点后，容易产生与配网节点的阻抗不匹配，这种阻抗的不匹配是由两方面的因素导致的，一方面，微网含有多种分布式电源的电力电子变流器，因此微网并网端口的惯性低、阻抗低，另一方面，配电网的不同节点，接入的不同装置，也表现出不同的阻抗特性；在这种情况下，阻抗不匹配将导致微网接入配电网后，出现低频振荡，引起微网与配电网的不稳定，因此有必要对接口处的阻抗进行调整以实现阻抗匹配。因此本实用新型提出了本实施例中的微网并入配电网的自适应多功能端口变换器。

请参阅图1所示，本实用新型提供的一种微网并入配电网的自适应多功能端口变换器，包括主电路单元与计算单元；其中，主电路单元包括阻抗测量模块、阻抗辅助匹配模块、电能变换模块、储能模块、辅助电源模块、人机交互模块，阻抗测量模块、阻抗辅助匹配模块、电能变换模块、储能模块、人机交互模块分别与计算单元连接，阻抗测量模块、阻抗辅助匹配模块、电能变换模块、储能模块分别与辅助电源模块连接。辅助电源模块为与其连接的各个模块提供电能，人机交互模块是调试的交互端口。

所述阻抗测量模块包括电流注入装置、电压采集装置、电流采集装置，其通过对微网并入配电网的节点端口注入一定频段的电流，并检测对应产生的电压，将注入的电流信号与对应的电压信号传输给计算单元，则计算单元计算配电网节点的阻抗，这个阻抗参数进而用来计算微网与配电网接入点的阻抗是否匹配，以及阻抗不匹配时的调节量。

所述阻抗辅助匹配模块包含了若干电容、若干电阻、若干电感及切换开关，每个电容、每个电阻、每个电感都对应连接一个切换开关，通过对切换开关的控制，可以控制上述的元件切入至端口的数量与形式，从而改变端口的阻抗。即阻抗辅助匹配模块切入对应阻抗元件，从而调节微网与配电网接口的阻抗参数，实现阻抗匹配。

微网通过本实用新型提出的自适应多功能端口变换器并入配电网中。当微网准备并入配电网时，启动阻抗测量模块，其对并入端口注入一定频段电流扰动信号，并同时测量该电流扰动信号在微网侧与配电网侧对应产生的电压扰动信号，由于该电压扰动信号是上述注入的电流扰动信号在微网侧与配电网侧的端口阻抗上产生的，因此，根据电压扰动信号与电流扰动信号，可以对微网侧与配电网侧的阻抗进行计算，得到对应的阻抗参数，从而计算得到阻抗是否匹配。如果阻抗匹配，则微网可以直接并入配电网；如果阻抗不匹配，则计算出实现阻抗匹配还需调整的阻抗参数调整量，并根据该阻抗参数调整量对微网侧的阻抗参数进行调整。

调整时，在维持端口变流器稳定运行的前提下，调整影响阻抗的控制参数，以对并网端口的阻抗进行初步调整，初步调整后如果可以实现阻抗匹配，则完成调整；如果经过初步调整仍不能实现阻抗匹配，则通过计算单元计算预期实现阻抗匹配需要的阻抗的参数，然后通过阻抗辅助匹配模块中切换开关切入对应的元件，对端口阻抗进行再次调整，实现微网并网端口的阻抗匹配。

计算单元由数字处理芯片及其外围运行电路组成，其接收主电路单元中各个模块、微网、配电网输出的信号，并进行计算。

所述储能模块由一次连接的蓄电池组、充放电装置、切换开关组成，储能模块吸收或者放出相应的电能，为系统提供能量支撑。微网通过本实用新型提出的自适应多功能端口变换器并入配电网中，其接收配电网调度中心发来的功率潮流调度信号，当需要微网吸收一定的功率时，微网调节其内部的储能系统进行充电、控制可调节负荷如储热设备进行加热、调节分布式电源限制发电，同时向自适应多功能端口变换器发出功率吸收信号，控制功率潮流从配电网侧流向微网侧。当需要微网向配电网侧放出功率时，微网则调节微网内部的储能系统进行放电、控制可调节负荷暂时停止用电、调节分布式电源按照最大功率发电，同时向自适应多功能端口变换器发出功率释放信号，控制功率潮流从微网侧流向配电网侧。通过上述调节过程可以对微网与配电网之间的功率潮流进行有效的控制，从而一定程度上对配电网的功率潮流起到调节作用。

所述电能变换模块由大功率半导体开关管组成，电能变换模块对微网的电能与配电网的电能进行转换，从而控制微网侧与配电网侧能量的流动的多少、能量流动的方向、以及对该模块输出电压与电流进行精准的控制，实现对配网的潮流调节功能、配电网电压支撑功能、配电网电能质量问题抑制功能。

传统的微网并网端口一般控制为电流型，即只对并网电流的波形与相位进行控制，端口电压由配电网提供。对比的，本实用新型提出的自适应多功能端口变换器的并网端口，即电能变换模块的并网端口可以将端口控制为虚拟同步机端口，即该并网端口为电压型端口，并由微网内部的分布式电源、储能系统、本变流器中的储能模块，为该虚拟同步机端口提供必要的能量支撑，产生稳定的电压，从而为配电网提供电压支撑作用。

本实施例中，主电路单元包括多个模块，作为其他实施方式，也可以选择其中的部分模块。

微网通过本实用新型提出的自适应多功能端口变换器并入配电网后，由设置在微网与配电网连接节点的电流传感器实时监测并入的此配电网节点的负荷的电流情况，当负荷中需要提供三相不平衡电流、谐波电流时，本实用新型提出的自适应多功能端口变换器中的电能变换模块则产生三相不平衡电流信号、谐波电流信号，从而对并网节点负荷中的三相不平衡与谐波电流进行补偿，防止配电网电压产生三相不平衡与畸变；即本实用新型提出的自适应多功能端口变换器可以起到对配电网电能质量问题的抑制作用。

综上所述，采用本实用新型提供的一种微网并入配电网的自适应多功能端口变换器，其包括主电路单元与计算单元，计算单元通过计算对主电路各个组成部分发出控制信号，从而自适应的调节主电路单元中各个模块的工作模式，实现阻抗测量与阻抗匹配功能、潮流调节功能、配电网电压支撑功能、配电网电能质量问题抑制功能。其通过监测配电网侧与微网侧的运行状态实现多个功能，对微网与配电网协调控制，从而优化配电网的运行状态，提高配电网的电能质量。

Claims (8)

1.一种微网并入配电网的自适应多功能端口变换器，其特征在于，包括主电路单元与计算单元；其中，主电路单元包括阻抗测量模块、阻抗辅助匹配模块、辅助电源模块、人机交互模块，阻抗测量模块、阻抗辅助匹配模块、人机交互模块分别与计算单元连接，阻抗测量模块、阻抗辅助匹配模块分别与辅助电源模块连接；其中，所述阻抗测量模块用于采集配电网节点的阻抗数据，所述计算单元用于根据阻抗测量模块的阻抗数据计算阻抗匹配度，所述阻抗辅助匹配模块用于根据计算单元的输出结果调节微网与配电网接口的阻抗参数以实现阻抗匹配，所述辅助电源模块用于为与其连接的各个模块提供电能。

2.根据权利要求1所述的微网并入配电网的自适应多功能端口变换器，其特征在于，还包括电能转换模块，分别与计算单元、辅助电源模块连接，电能变换模块用于对微网的电能与配电网的电能进行转换，以改变微网侧与配电网侧功率流动的量与流动的方向。

3.根据权利要求1所述的微网并入配电网的自适应多功能端口变换器，其特征在于，还包括储能模块，分别与计算单元、辅助电源模块连接，储能模块用于吸收或者放出电能，使得功率潮流从配电网侧流向微网侧，或者从微网侧流向配电网侧。

4.根据权利要求1所述的微网并入配电网的自适应多功能端口变换器，其特征在于，所述阻抗测量模块包括电流注入装置、电压采集装置，电流注入装置用于对微网并入配电网的节点端口注入一定频段的电流，电压采集装置用于检测注入电流后对应产生的电压，注入电流信号与对应的电压信号传输至计算单元。

5.根据权利要求1所述的微网并入配电网的自适应多功能端口变换器，其特征在于，所述阻抗辅助匹配模块包括若干电容、若干电阻、若干电感及切换开关，每个电容、电阻和电感都对应与一个切换开关连接。

6.根据权利要求2所述的微网并入配电网的自适应多功能端口变换器，其特征在于，所述电能变换模块由半导体开关管组成。

7.根据权利要求3所述的微网并入配电网的自适应多功能端口变换器，其特征在于，所述储能模块包括蓄电池组、充放电装置、切换开关，蓄电池组、切换开关分别与充放电装置连接。

8.根据权利要求1所述的微网并入配电网的自适应多功能端口变换器，其特征在于，所述计算单元由数字处理芯片及其外围运行电路组成。

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