專利名稱：基于dc-dc分段器的直流微電網(wǎng)拓?fù)湓O(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于DC-DC分段器的直流微電網(wǎng)拓?fù)湓O(shè)計(jì)方法，在環(huán)狀拓?fù)渲信渲枚鄠€(gè)高頻隔離DC-DC變換裝置代替固態(tài)斷路器。
背景技術(shù)：
直流微電網(wǎng)作為連接分布式電源與主網(wǎng)的一種微電網(wǎng)形式，能高效地發(fā)揮分布式電源的價(jià)值與效益，有效隔離微電網(wǎng)內(nèi)部的間歇性功率擾動(dòng)、電能質(zhì)量問(wèn)題和主網(wǎng)內(nèi)的各種故障影響。因此，國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)相繼展開直流微電網(wǎng)相關(guān)理論的研究和工程實(shí)踐。然而，直流系統(tǒng)需要大容量的電容來(lái)消除電壓紋波，短路故障時(shí)，電容瞬時(shí)放電引起瞬態(tài)電流可能導(dǎo)致設(shè)備損壞或開關(guān)誤動(dòng)，造成選擇性保護(hù)功能失效、大量負(fù)荷的斷電和保護(hù)設(shè)備間協(xié)調(diào)能力惡化等問(wèn)題。同時(shí)，直流大功率固態(tài)斷路器成本昂貴、控制復(fù)雜以及可靠性受質(zhì)疑，所以難以在直流微電網(wǎng)中廣泛應(yīng)用。本發(fā)明提供了一種直流微電網(wǎng)拓?fù)湓O(shè)計(jì)方法，在環(huán)狀直流微電網(wǎng)拓?fù)渲信渲没诟哳l隔離DC/DC變換的直流微電網(wǎng)分段器(簡(jiǎn)稱DC-DC分段器)，取代固態(tài)斷路器。這種方法在故障可靠分?jǐn)?、電氣隔離、功率流控制和聯(lián)絡(luò)不同電壓等級(jí)母線方面具有顯著的優(yōu)越性。另一方面，若能在復(fù)雜直流微電網(wǎng)的直流母線上安裝這樣的分段器，形成多分割、多聯(lián)絡(luò)的供電格局，可以達(dá)到在直流母線或設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)能夠盡可能減少停電影響范圍，保證健康區(qū)段內(nèi)微源和負(fù)荷的正常供電和用電。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種直流微電網(wǎng)拓?fù)湓O(shè)計(jì)方法，優(yōu)化傳統(tǒng)直流微電網(wǎng)在故障可靠分?jǐn)唷㈦姎飧綦x、功率流控制和聯(lián)絡(luò)不同電壓等級(jí)母線等方面的性能。在直流微電網(wǎng)的環(huán)狀拓?fù)渲信渲肈C-DC分段器，在直流母線發(fā)生故障時(shí)，進(jìn)行快速檢測(cè)和隔離故障，在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，根據(jù)微電源輸入功率和負(fù)荷汲取功率的隨機(jī)波動(dòng)，控制母線電壓調(diào)整率和功率流。本發(fā)明提出的直流微電網(wǎng)拓?fù)湓O(shè)計(jì)方法的原理電路圖如附圖1所示，直流微電網(wǎng)網(wǎng)架采用環(huán)狀結(jié)構(gòu)，環(huán)狀母線分為多段，多個(gè)電壓等級(jí)。光伏發(fā)電(8)和直流負(fù)載(4)、(7)、
(9)通過(guò)DC/DC變換器和斷路器(14)連接到母線，風(fēng)能發(fā)電(3)、微型燃機(jī)(6)和交流負(fù)載
(I)、(3)、(5)通過(guò)AC/DC換流器和斷路器(14)連接到母線。直流微電網(wǎng)整體通過(guò)具備功率雙向流動(dòng)功能的VSC (10)、(11)與交流大電網(wǎng)(12)及儲(chǔ)能裝置(13)連接。每段母線之間由斷路器(14)或DC/DC分段器(15)連接，形成多分割、多聯(lián)絡(luò)的供電格局。如附圖2所示，直流母線(16)與母線(17)的連接是通過(guò)DC/DC分段器，每個(gè)DC/DC分段器均采用雙全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由高頻變壓器(18)進(jìn)行交流耦合。直流微電網(wǎng)中的DC-DC分段器連接不同母線，這些母線或是具有不同電壓等級(jí)、或是帶有微電源的有源母線、或是只帶無(wú)源負(fù)載的無(wú)源母線、或是母線上電源負(fù)載均有。DC-DC分段器原邊 和副邊各有四個(gè)IGBT，分別布置在高頻隔離變壓器的原邊和副邊，有兩個(gè)功率變換級(jí)。通過(guò)控制模塊實(shí)現(xiàn)保護(hù)與控制功能，保證了在雙向功率流的換流過(guò)程中，得出最大傳輸功率點(diǎn)和換流過(guò)程中的軟開關(guān)特性。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，DC/DC分段器采用全控移相控制策略，其導(dǎo)通和關(guān)斷由主控PWM信號(hào)來(lái)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同電壓等級(jí)母線間交換功率的控制、有源和無(wú)源母線的電壓調(diào)節(jié)。DC/DC分段器兩邊的功率變換級(jí)均為主動(dòng)控制，在直流母線發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)閉鎖換流器的控制脈沖信號(hào)實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能，快速檢測(cè)和隔離故障母線。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:在電氣隔離、功率流控制和聯(lián)絡(luò)不同電壓等級(jí)母線等方面體現(xiàn)了顯著的優(yōu)越性，具有響應(yīng)速度快、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)；直流母線或設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，DC-DC分段器不受電容瞬時(shí)放電影響，隔離故障母線，能夠盡可能減少停電范圍，提高了系統(tǒng)可靠性。


圖1為本發(fā)明的基于DC-DC分段器的直流微電網(wǎng)拓?fù)鋱D。圖2為直流微電網(wǎng)DC-DC分段器拓?fù)鋱D。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出的直流微電網(wǎng)拓?fù)湓O(shè)計(jì)方法的原理電路圖如附圖1所示，直流微電網(wǎng)網(wǎng)架采用環(huán)狀結(jié)構(gòu)，環(huán)狀母線分為多段，多個(gè)電壓等級(jí)。光伏發(fā)電(8)和直流負(fù)載(4)、(7)、
(9)通過(guò)DC/DC變換器和斷路器(14)連接到母線，風(fēng)能發(fā)電(3)、微型燃機(jī)(6)和交流負(fù)載
(I)、(3)、(5)通過(guò)AC/DC換流器和斷路器(14)連接到母線。直流微電網(wǎng)整體通過(guò)具備功率雙向流動(dòng)功能的VSC (10)、(11)與交流大電網(wǎng)(12)及儲(chǔ)能裝置(13)連接。每段母線之間由斷路器(14)或DC/DC分段器(15)連接，形成多分割、多聯(lián)絡(luò)的供電格局。如附圖2所示，直流母線(16)與直流母線(17)的連接是通過(guò)DC-DC分段器，每個(gè)DC/DC分段器均采用雙全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由高頻變壓器(18)進(jìn)行交流耦合。
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直流微電網(wǎng)中的DC-DC分段器連接不同母線，這些母線或是具有不同電壓等級(jí)、或是帶有微電源的有源母線、或是只帶無(wú)源負(fù)載的無(wú)源母線、或是母線上電源負(fù)載均有。DC-DC分段器原邊和副邊各有四個(gè)IGBT，分別布置在高頻隔離變壓器的原邊和副邊，有兩個(gè)功率變換級(jí)。通過(guò)控制模塊實(shí)現(xiàn)保護(hù)與控制功能，保證了在雙向功率流的換流過(guò)程中，得出最大傳輸功率點(diǎn)和換流過(guò)程中的軟開關(guān)特性。
權(quán)利要求
1.一種基于DC-DC分段器的直流微電網(wǎng)拓?fù)湓O(shè)計(jì)方法，其特征在于:直流微電網(wǎng)網(wǎng)架采用環(huán)狀結(jié)構(gòu)，直流微源(光伏發(fā)電)和負(fù)載通過(guò)DC/DC變換器和斷路器連接到環(huán)狀母線，交流微源(微型燃機(jī)、風(fēng)能發(fā)電)和負(fù)載通過(guò)AC/DC換流器和斷路器連接到環(huán)狀母線；直流微電網(wǎng)整體通過(guò)具備功率雙向流動(dòng)功能的VSC與交流大電網(wǎng)及儲(chǔ)能裝置連接。
2.按照權(quán)利要求1所述 的基于DC-DC分段器的直流微電網(wǎng)拓?fù)湓O(shè)計(jì)方法，其特征在于:直流微電網(wǎng)網(wǎng)架采用環(huán)狀結(jié)構(gòu)，環(huán)狀母線分為多段，多個(gè)電壓等級(jí)；直流微電網(wǎng)中的DC-DC分段器連接不同母線，形成多分割、多聯(lián)絡(luò)的供電格局；每個(gè)DC-DC分段器均采用雙全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由高頻變壓器進(jìn)行交流耦合。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于DC-DC分段器的直流微電網(wǎng)拓?fù)湓O(shè)計(jì)方法，屬于微電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域。在環(huán)狀直流微電網(wǎng)拓?fù)渲信渲枚鄠€(gè)基于高頻隔離DC/DC變換的直流微電網(wǎng)分段器(簡(jiǎn)稱DC-DC分段器)，取代固態(tài)斷路器。直流微電網(wǎng)網(wǎng)架采用環(huán)狀結(jié)構(gòu)，環(huán)狀母線分為多段，多電壓等級(jí)。每段母線之間由DC-DC分段器或斷路器連接，形成多分割、多聯(lián)絡(luò)的供電格局。DC-DC分段器采用雙全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由高頻變壓器進(jìn)行交流耦合。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于在電氣隔離、功率流控制和聯(lián)絡(luò)不同電壓等級(jí)母線等方面體現(xiàn)了顯著的優(yōu)越性，具有響應(yīng)速度快、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)；直流母線或設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，DC-DC分段器不受電容瞬時(shí)放電影響，隔離故障母線，能夠盡可能減少停電范圍，提高了系統(tǒng)可靠性。
文檔編號(hào)H02J3/36GK103248066SQ20131018924
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月21日
發(fā)明者尹忠東, 姜喆, 王淼, 劉人瑋, 王書瑤, 王帥, 田雨 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)