CN219875099U - 一种交直流混合微网 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种交直流混合微网，包括：直流母线模块、低压交流母线模块和电能路由器；所述直流母线模块与所述电能路由器连接；所述低压交流母线模块与所述电能路由器连接；所述电能路由器与交直流混合微网外部的高压交流电网连接；所述低压交流母线模块，用于在并网模式或孤岛模式时，通过所述电能路由器和所述高压交流电网维持低压交流母线模块的电压和频率平衡；所述直流母线模块，用于在并网模式或孤岛模式时，进行电压自控制，当从并网模式切换到孤岛模式，进行缺额功率的平抑，本实用新型通过交直流混合微网实现了交直流的混合供电，满足不同类型的分布式电源的接入和负荷需求，具备非常广阔的应用场景。
Description
技术领域
本实用新型属于综合能源及智能电网运行技术领域，具体涉及一种交直流混合微网。
背景技术
能源是现代社会运行的基本动力，目前能源行业面临巨大的挑战和机遇，风能、光伏等可再生能源得到快速发展，其分布广泛、发展潜力大，但是存在能量密度低、稳定性差等问题。氢能作为二次能源，拥有来源多样、便于储运、应用广泛等优势，因此氢能、风光等可再生能源以及区域内其他电、热、气等多种能源的组成的微网结合利用将成为未来能源发展的趋势。同时，现有微电网方式主要采用交流母线结构，但是随着直流型电源和负载的增多，在直流母线上直接连接上各种分布式新能源、储能装置以及负荷，能够简化结构、提高效率。但是目前电网中还是以交流电网为主，因此含风光储氢等综合能源系统的交直流混合微网系统能够实现较好地利用清洁能源，同时具备一定的兼容性和灵活性。
目前，基于含风光储氢等综合能源系统的交直流混合微网的研究尚处于起步阶段，研究方向多以规划或者调度为主。
实用新型内容
为克服上述现有技术的不足，本实用新型提出一种交直流混合微网，包括：直流母线模块、低压交流母线模块和电能路由器；
所述直流母线模块与所述电能路由器连接；
所述低压交流母线模块与所述电能路由器连接；
所述电能路由器与交直流混合微网外部的高压交流电网连接；
所述低压交流母线模块，用于在并网模式或孤岛模式时，通过所述电能路由器和所述高压交流电网维持低压交流母线模块的电压和频率平衡；
所述直流母线模块，用于在并网模式或孤岛模式时，进行电压功率自控制，当从并网模式切换到孤岛模式，进行缺额功率的平抑。
优选的，所述直流母线模块，包括：风电机组单元、光伏列阵单元、储能单元、电制氢单元、燃料电池单元和直流负荷单元和直流母线；
所述风电机组单元、光伏列阵单元、储能电池单元、电制氢单元、燃料电池单元和直流负荷单元分别与所述直流母线连接；
所述直流母线与所述电能路由器连接；
当所述交直流混合微网处于并网运行时，通过所述储能电池单元对所述直流母线模块的电压功率进行控制；
当所述直流混合微网处于孤岛运行时，通过所述储能电池单元对缺额功率进行平抑控制。
优选的，所述风电机组单元至少包括：风电机组、交直变换器和第一直流变换器，所述风电机组与所述交直变换器连接，所述交直变换器与所述第一直流变换器连接，所述第一直流变换器与所述直流母线连接；
所述光伏列阵单元至少包括光伏阵列和第二直流变换器，所述光伏阵列与所述第二直流变换器连接，所述第二直流变换器与所述直流母线连接；
所述储能电池单元至少包括储能电池和双向直流变换器，所述储能电池与所述双向直流变换器连接，所述双向直流变换器与所述直流母线连接；
所述电制氢单元至少包括电制氢装置和第三直流变换器，所述电制氢装置与所述第三直流变换器连接，所述第三直流变换器与所述直流母线连接；
所述燃料电池单元至少包括燃料电池和第四直流变换器，所述燃料电池与所述第四直流变换器连接，所述第四直流变换器与所述直流母线连接。
优选的，所述低压交流母线模块，包括：交流负荷单元、燃气轮机单元、甲烷合成单元和溴化锂机组单元和低压交流母线；
所述交流负荷单元、燃气轮机单元、甲烷合成单元和溴化锂机组单元分别连接于所述低压交流母线上；
所述低压交流母线与所述电能路由器连接。
与最接近的现有技术相比，本实用新型具有的有益效果如下：
本实用新型提供了一种交直流混合微网，包括：直流母线模块、低压交流母线模块和电能路由器；所述直流母线模块与所述电能路由器连接；所述低压交流母线模块与所述电能路由器连接；所述电能路由器与交直流混合微网外部的高压交流电网连接；所述低压交流母线模块，用于在并网模式或孤岛模式时，通过所述电能路由器和所述高压交流电网维持低压交流母线模块的电压和频率平衡；所述直流母线模块，用于在并网模式或孤岛模式时，进行电压自控制，当从并网模式切换到孤岛模式，进行缺额功率的平抑，本实用新型通过交直流混合微网实现了交直流的混合供电，直流母线模块和低压交流母线模块实现了不同类型的新能源的接入和负荷需求，具备非常广阔的应用场景，如海岛功能、高速服务区供电、新能源制氢、新型储能构网、新能源汽车充电，既能够缓解高压交流电网的压力，也能更好的利用清洁能源。
附图说明
图1为本实用新型提供的一种交直流混合微网示意图；
图2为本实用新型提供的电能路由器结构图；
图3为本实用新型提供的一种交直流混合微网架构示意图；
图4为本实用新型提供的风电机组单元示意图；
图5为本实用新型提供的储能电池单元示意图；
图6为本实用新型提供的电制氢单元示意图；
图7为本实用新型提供的一种交直流混合微网控制方法示意图；
图8为本实用新型提供的储能电池单元中双向直流变换器工作模式切换原理示意图；
图9为本实用新型提供的风电机组及光伏阵列最大功率跟踪算法示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步的详细说明。
实施例1：
本实用新型提供的一种交直流混合微网如图1所示，包括：直流母线模块、低压交流母线模块和电能路由器；
所述直流母线模块与所述电能路由器连接；
所述低压交流母线模块与所述电能路由器连接；
所述电能路由器与交直流混合微网外部的高压交流电网连接；
所述低压交流母线模块，用于在并网模式或孤岛模式时，通过所述电能路由器和所述高压交流电网维持低压交流母线模块的电压和频率平衡；
如图2所示，为电能路由器结构，包括三相全控整流桥以及变压器；
所述直流母线模块，用于在并网模式或孤岛模式时，进行电压自控制，当从并网模式切换到孤岛模式，进行缺额功率的平抑。
如图3所示，所述直流母线模块，包括：风电机组单元、光伏列阵单元、储能单元、电制氢单元、燃料电池单元和直流负荷单元和直流母线；
所述风电机组单元、光伏列阵单元、储能电池单元、电制氢单元、燃料电池单元和直流负荷单元分别与所述直流母线连接；
所述直流母线与所述电能路由器连接；
当所述交直流混合微网处于并网运行时，通过所述储能电池单元对所述直流母线模块的电压进行控制；
当所述直流混合微网处于孤岛运行时，通过所述储能电池单元对缺额功率进行平抑控制。
如图4所示，所述风电机组单元至少包括：风电机组、交直变换器和第一直流变换器，所述风电机组与所述交直变换器连接，所述交直变换器与所述第一直流变换器连接，所述第一直流变换器与所述直流母线连接；
所述光伏列阵单元至少包括光伏阵列和第二直流变换器，所述光伏阵列与所述第二直流变换器连接，所述第二直流变换器与所述直流母线连接；
如图5所示，储能电池单元至少包括储能电池和双向直流变换器，所述储能电池与所述双向直流变换器连接，所述双向直流变换器与所述直流母线连接，通过控制双向直流变换器的工作模式，实现储能电池与直流母线之间的双向电能传输；
如图6所示，电制氢单元至少包括电制氢装置和第三直流变换器，所述电制氢装置与所述第三直流变换器连接，所述第三直流变换器与所述直流母线连接，通过控制第三直流变换器的工作模式控制电制氢装置的接口电压或者功率或者产氢速率；
所述燃料电池单元至少包括燃料电池和第四直流变换器，所述燃料电池与所述第四直流变换器连接，所述第四直流变换器与所述直流母线连接，可以通过第四直流变换器的工作模式控制其传输到直流母线上的电能。
进一步地，所述低压交流母线模块，包括：交流负荷单元、燃气轮机单元、甲烷合成单元和溴化锂机组单元和低压交流母线；
所述交流负荷单元、燃气轮机单元、甲烷合成单元和溴化锂机组单元分别连接于所述低压交流母线上；
所述低压交流母线与所述电能路由器连接；
燃气轮机单元、甲烷合成单元和溴化锂机组单元等气-电转换装置单元连接在交流母线上，完成交直流混合微网同气网路的能量耦合，溴化锂机组等、热-电转换装置直接连接在交流母线上，即完成了交直流混合微网同热网络的能量耦合；本实用新型通过交直流混合微网实现了交直流的混合供电，满足不同类型的分布式电源的接入和负荷需求，具备非常广阔的应用场景。
实施例2：
基于同一种实用新型构思，本实用新型还提供了一种交直流混合微网控制方法，如图7所示，包括：
步骤1：当交直流混合微网处于并网模式或孤岛模式时，通过电能路由器和高压交流电网维持所述交直流混合微网中低压交流母线模块的电压和频率平衡，通过所述交直流混合微网中的直流母线模块进行电压自控制；
步骤2：当所述交直流混合微网从所述并网模式切换到所述孤岛模式时，通过所述直流母线模块进行缺额功率的平抑；
其中，所述交直流混合微网为实施例1中所述的一种交直流混合微网。
具体地，步骤1包括：
交直流混合微网的运行模式包括并网模式和孤岛模式，在并网模式和孤岛模式下，通过电能路由器的控制方式的改变维持交直流混合微网与高压交流电网的功率平衡，当交直流混合微网处于并网模式时，通过电能路由器的三相全控整流桥的恒功率控制实现高压交流电网和交直流混合微网之间的功率交互，交直流混合微网的低压交流母线模块的电压和频率由电能路由器控制高压交流电网进行支撑，交直流混合微网的直流母线模块通过储能电池单元的充放电控制所述直流母线模块的电压平衡，储能电池单元中的双向直流变换器的两个开关管采用独立式PWM控制，即其中一个工作在PWM模式，另外一个开关管始终处于关断状态，当变换器工作在Buck模式下，储能电池充电；当变换器工作在Boost模式下，储能电池放电；当两个开关管都处于关断状态，储能电池处于备用状态，既不充电，也不放电，为避免直流母线电压的小范围波动导致储能单元的频繁充放电切换，降低其使用寿命，根据直流母线电压，分为备用、放电、充电等3种工作模式，工作模式切换原理如图8所示，自适应电压外环通过电压大小进行自适应模式切换，进而调节电流设定值。当直流母线处于稳定范围内，储能单元处于备用模式，既不充电也不放电；若低于下限值，则储能放电，防止母线电压跌落；若高于上限值，则储能充电；
当交直流混合微网处于孤岛模式时，通过电能路由器的三相全控整流桥的恒压/恒频控制，使低压交流母线模块的电压和频率稳定，直流母线模块同样是通过储能电池单元的充放电控制所述直流母线模块的电压平衡；本实用新型在交直流混合微网处于并网模式或孤岛模式时，通过电能路由器可以实时控制交直流混合微网与高压交流电网的功率平衡，且本实用新型的交直流混合微网连接结构简单，提高了工作效率。
具体地，步骤2包括：
当交直流混合微网从并网模式切换到孤岛模式时，电能路由器的三相全控整流桥从恒功率控制切换到恒压/恒频控制，进行电压和频率的平衡控制，同时，将切换瞬间的电网相位作为恒压/恒频控制的相位参考，在模式切换瞬间产生的缺额功率由所述直流母线模块的储能电池单元进行缺额功率的平抑；
交直流混合微网中的风电机组单元、光伏列阵单元、储能单元、电制氢单元、燃料电池单元和直流负荷单元和交流负荷单元等发电、用电设备可以通过自控制实现各设备与高压交流电网的功率平衡；
如图9所示，风电机组单元采用基于扰动观测法的最大功率跟踪控制，通过周期性地对Boost电路原边电压参考值施加一个小的扰动，观测输出功率的变化方向，决定下一时刻的原边电压参考值。若输出功率增加，则继续朝着相同的方向改变原边电压参考值，否则朝着相反的方向改变。将计算电压作为Boost电路原边电压的参考值，与实测值的差值经过PI控制器后作为调制波与载波进行比较后，输出信号驱动开关管，跟踪最大功率之后，为了提高效率，保持风电机组在最大功率下，维持风电机组和高压交流电网实现功率的平衡；
光伏列阵单元采用基于扰动观测法的MPPT控制，通过周期性地对Boost电路原边电压参考值施加一个小的扰动，观测输出功率的变化方向，决定下一时刻的原边电压参考值。若输出功率增加，则继续朝着相同的方向改变原边电压参考值，否则朝着相反的方向改变。将计算电压作为Boost电路原边电压的参考值，与实测值的差值经过PI控制器后作为调制波与载波进行比较后，输出信号驱动开关管，以实现最大功率跟踪，保持光伏列阵在最大功率下，维持光伏列阵和高压交流电网实现功率的平衡；
电制氢单元通过第三直流变换器的开关管的占空比调节采用定输出功率控制，将目标功率作为参考值，与实测值的差值经过PI控制器后作为调制波与载波进行比较后，输出信号驱动开关管，以实现目标功率跟踪，保持电解制氢装置在最大功率下，维持电解制氢装置和高压交流电网实现功率的平衡；本实用新型不仅通过电能路由器实时控制交直流混合微网与高压交流电网的功率平衡，在直流母线模块和低压交流母线模块内部的各设备单元也可以通过子控制进行各设备单元与高压交流电网的功率平衡。
最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本实用新型的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本实用新型后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、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 (4)
1.一种交直流混合微网，其特征在于，包括：直流母线模块、低压交流母线模块和电能路由器；
所述直流母线模块与所述电能路由器连接；
所述低压交流母线模块与所述电能路由器连接；
所述电能路由器与交直流混合微网外部的高压交流电网连接；
所述低压交流母线模块，用于在并网模式或孤岛模式时，通过所述电能路由器和所述高压交流电网维持低压交流母线模块的电压和频率平衡；
所述直流母线模块，用于在并网模式或孤岛模式时，进行电压自控制，当从并网模式切换到孤岛模式，进行缺额功率的平抑。
2.如权利要求1所述的交直流混合微网，其特征在于，所述直流母线模块，包括：风电机组单元、光伏列阵单元、储能单元、电制氢单元、燃料电池单元和直流负荷单元和直流母线；
所述风电机组单元、光伏列阵单元、储能电池单元、电制氢单元、燃料电池单元和直流负荷单元分别与所述直流母线连接；
所述直流母线与所述电能路由器连接；
当所述交直流混合微网处于并网运行时，通过所述储能电池单元对所述直流母线模块的电压进行控制；
当所述直流混合微网处于孤岛运行时，通过所述储能电池单元对缺额功率进行平抑控制。
3.如权利要求2所述的交直流混合微网，其特征在于，所述风电机组单元至少包括：风电机组、交直变换器和第一直流变换器，所述风电机组与所述交直变换器连接，所述交直变换器与所述第一直流变换器连接，所述第一直流变换器与所述直流母线连接；
所述光伏列阵单元至少包括光伏阵列和第二直流变换器，所述光伏阵列与所述第二直流变换器连接，所述第二直流变换器与所述直流母线连接；
所述储能电池单元至少包括储能电池和双向直流变换器，所述储能电池与所述双向直流变换器连接，所述双向直流变换器与所述直流母线连接；
所述电制氢单元至少包括电制氢装置和第三直流变换器，所述电制氢装置与所述第三直流变换器连接，所述第三直流变换器与所述直流母线连接；
所述燃料电池单元至少包括燃料电池和第四直流变换器，所述燃料电池与所述第四直流变换器连接，所述第四直流变换器与所述直流母线连接。
4.如权利要求1所述的交直流混合微网，其特征在于，所述低压交流母线模块，包括：
交流负荷单元、燃气轮机单元、甲烷合成单元和溴化锂机组单元和低压交流母线；
所述交流负荷单元、燃气轮机单元、甲烷合成单元和溴化锂机组单元分别连接于所述低压交流母线上；
所述低压交流母线与所述电能路由器连接。
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