基於dc-dc分段器的直流微電網拓撲設計方法
2023-12-11 14:24:02
專利名稱：基於dc-dc分段器的直流微電網拓撲設計方法
技術領域：
本發明涉及微電網技術領域，具體為一種基於DC-DC分段器的直流微電網拓撲設計方法，在環狀拓撲中配置多個高頻隔離DC-DC變換裝置代替固態斷路器。
背景技術：
直流微電網作為連接分布式電源與主網的一種微電網形式，能高效地發揮分布式電源的價值與效益，有效隔離微電網內部的間歇性功率擾動、電能質量問題和主網內的各種故障影響。因此，國內外研究機構相繼展開直流微電網相關理論的研究和工程實踐。然而，直流系統需要大容量的電容來消除電壓紋波，短路故障時，電容瞬時放電引起瞬態電流可能導致設備損壞或開關誤動，造成選擇性保護功能失效、大量負荷的斷電和保護設備間協調能力惡化等問題。同時，直流大功率固態斷路器成本昂貴、控制複雜以及可靠性受質疑，所以難以在直流微電網中廣泛應用。本發明提供了一種直流微電網拓撲設計方法，在環狀直流微電網拓撲中配置基於高頻隔離DC/DC變換的直流微電網分段器(簡稱DC-DC分段器)，取代固態斷路器。這種方法在故障可靠分斷、電氣隔離、功率流控制和聯絡不同電壓等級母線方面具有顯著的優越性。另一方面，若能在複雜直流微電網的直流母線上安裝這樣的分段器，形成多分割、多聯絡的供電格局，可以達到在直流母線或設備出現故障時能夠儘可能減少停電影響範圍，保證健康區段內微源和負荷的正常供電和用電。
發明內容
本發明的目的在於提供一種直流微電網拓撲設計方法，優化傳統直流微電網在故障可靠分斷、電氣隔離、功率流控制和聯絡不同電壓等級母線等方面的性能。在直流微電網的環狀拓撲中配置DC-DC分段器，在直流母線發生故障時，進行快速檢測和隔離故障，在系統正常運行時，根據微電源輸入功率和負荷汲取功率的隨機波動，控制母線電壓調整率和功率流。本發明提出的直流微電網拓撲設計方法的原理電路圖如附圖1所示，直流微電網網架採用環狀結構，環狀母線分為多段，多個電壓等級。光伏發電(8)和直流負載(4)、(7)、
(9)通過DC/DC變換器和斷路器(14)連接到母線，風能發電(3)、微型燃機(6)和交流負載
(I)、(3)、(5)通過AC/DC換流器和斷路器(14)連接到母線。直流微電網整體通過具備功率雙向流動功能的VSC (10)、(11)與交流大電網(12)及儲能裝置(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、多聯絡的供電格局。如附圖2所示，直流母線(16)與母線(17)的連接是通過DC/DC分段器，每個DC/DC分段器均採用雙全橋拓撲結構，由高頻變壓器(18)進行交流耦合。直流微電網中的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、或是帶有微電源的有源母線、或是只帶無源負載的無源母線、或是母線上電源負載均有。DC-DC分段器原邊 和副邊各有四個IGBT，分別布置在高頻隔離變壓器的原邊和副邊，有兩個功率變換級。通過控制模塊實現保護與控制功能，保證了在雙向功率流的換流過程中，得出最大傳輸功率點和換流過程中的軟開關特性。系統正常運行時，DC/DC分段器採用全控移相控制策略，其導通和關斷由主控PWM信號來控制，實現對不同電壓等級母線間交換功率的控制、有源和無源母線的電壓調節。DC/DC分段器兩邊的功率變換級均為主動控制，在直流母線發生故障時，通過閉鎖換流器的控制脈衝信號實現開關功能，快速檢測和隔離故障母線。本發明的優點在於:在電氣隔離、功率流控制和聯絡不同電壓等級母線等方面體現了顯著的優越性，具有響應速度快、靈敏度高等優點；直流母線或設備出現故障時，DC-DC分段器不受電容瞬時放電影響，隔離故障母線，能夠儘可能減少停電範圍，提高了系統可靠性。
圖1為本發明的基於DC-DC分段器的直流微電網拓撲圖。圖2為直流微電網DC-DC分段器拓撲圖。
具體實施例方式本發明提出的直流微電網拓撲設計方法的原理電路圖如附圖1所示，直流微電網網架採用環狀結構，環狀母線分為多段，多個電壓等級。光伏發電(8)和直流負載(4)、(7)、
(9)通過DC/DC變換器和斷路器(14)連接到母線，風能發電(3)、微型燃機(6)和交流負載
(I)、(3)、(5)通過AC/DC換流器和斷路器(14)連接到母線。直流微電網整體通過具備功率雙向流動功能的VSC (10)、(11)與交流大電網(12)及儲能裝置(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、多聯絡的供電格局。如附圖2所示，直流母線(16)與直流母線(17)的連接是通過DC-DC分段器，每個DC/DC分段器均採用雙全橋拓撲結構，由高頻變壓器(18)進行交流耦合。
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直流微電網中的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、或是帶有微電源的有源母線、或是只帶無源負載的無源母線、或是母線上電源負載均有。DC-DC分段器原邊和副邊各有四個IGBT，分別布置在高頻隔離變壓器的原邊和副邊，有兩個功率變換級。通過控制模塊實現保護與控制功能，保證了在雙向功率流的換流過程中，得出最大傳輸功率點和換流過程中的軟開關特性。
權利要求
1.一種基於DC-DC分段器的直流微電網拓撲設計方法，其特徵在於:直流微電網網架採用環狀結構，直流微源(光伏發電)和負載通過DC/DC變換器和斷路器連接到環狀母線，交流微源(微型燃機、風能發電)和負載通過AC/DC換流器和斷路器連接到環狀母線；直流微電網整體通過具備功率雙向流動功能的VSC與交流大電網及儲能裝置連接。
2.按照權利要求1所述 的基於DC-DC分段器的直流微電網拓撲設計方法，其特徵在於:直流微電網網架採用環狀結構，環狀母線分為多段，多個電壓等級；直流微電網中的DC-DC分段器連接不同母線，形成多分割、多聯絡的供電格局；每個DC-DC分段器均採用雙全橋拓撲結構，由高頻變壓器進行交流耦合。
全文摘要
本發明提供了一種基於DC-DC分段器的直流微電網拓撲設計方法，屬於微電網技術領域。在環狀直流微電網拓撲中配置多個基於高頻隔離DC/DC變換的直流微電網分段器(簡稱DC-DC分段器)，取代固態斷路器。直流微電網網架採用環狀結構，環狀母線分為多段，多電壓等級。每段母線之間由DC-DC分段器或斷路器連接，形成多分割、多聯絡的供電格局。DC-DC分段器採用雙全橋拓撲結構，由高頻變壓器進行交流耦合。本發明的優點在於在電氣隔離、功率流控制和聯絡不同電壓等級母線等方面體現了顯著的優越性，具有響應速度快、靈敏度高等優點；直流母線或設備出現故障時，DC-DC分段器不受電容瞬時放電影響，隔離故障母線，能夠儘可能減少停電範圍，提高了系統可靠性。
文檔編號H02J3/36GK103248066SQ20131018924
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月21日 優先權日2013年5月21日
發明者尹忠東, 姜喆, 王淼, 劉人瑋, 王書瑤, 王帥, 田雨 申請人:華北電力大學