[發明專利]一種微網變流儲能裝置及其能量管理方法

在審

• 申請號: 201611031249.4
• 申請日: 2016-11-22
• 公開（公告）號: CN106786729A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 王靜;董蘇;于立志;王詩兵;韓波;王戴木;王峰
• 申請（專利權）人: 阜陽師范學院
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/32;H02J7/34
• 代理公司: 合肥順超知識產權代理事務所(特殊普通合伙)34120
• 代理人: 周發軍

技術領域

本發明涉及新能源發電及其能量管理領域，具體涉及一種微網變流儲能裝置及其能量管理方法。

背景技術

隨著近年來國家政策的大力支持，越來越多的家庭光伏發電、小區光伏發電、企業辦公大樓光伏發電等分布式發電并入公用電網。這些新能源的使用雖然有利于低碳減排、增加經濟效益，但是受環境條件限制，具有明顯的間歇性和不穩定性，大規模的分布式光伏發電系統的接入，給電網穩定運行帶來沖擊和干擾。微電網技術是解決上述矛盾的一種比較理想的手段，微電網是一種能夠實現自我控制和管理的小型發配電系統，通常包含分布式電源、儲能裝置、變流裝置、相關負荷和能量管理裝置。其中起能量變換作用的變流器結構以及能量管理方法微電網研究的重要方向。針對目前小功率光伏系統大多采用非隔離型逆變結構，例如單相全橋型逆變器，這類非隔離型逆變器存在輸出共模電壓特性差、對地泄露電流高等缺點，輸出電平數低，向電網側注入諧波，濾波裝置體積大。另外，大規模分布式光伏發電系統的接入，也給電網能量管理帶來了挑戰，間歇式的分布式電源對局部微電網的電壓穩定性造成影響，為實現能量的優化調度，達到分布式電源削峰填谷的作用，需要在微電網中布置儲能裝置。現有中小功率并網系統的儲能裝置大多設置在直流母線側，容量小、存在多級能量轉換，效率低，同時分散式布置不利于能量統一管理。本發明提供一種微網變流儲能裝置及其能量管理方法，該裝置的儲能部分采用直連微網交流側形式，降低了能量轉換損耗，同時不受限于微電源的地理位置，可在微電網適當位置進行布置，便于統一能量管理。儲能部分采用兩個雙向電流型BOOST變換器組成的DC/AC變換器，相比傳統變流器，具有開關器件少，電壓輸出范圍寬，SPWM調制簡單等優點。裝置的并網逆變部分采用六開關七電平單相逆變器，是由六個功率開關器件兩兩反并聯分三組串聯，在每兩組之間并聯一個電容，通過PWM調制控制，可以實現單相七電平交流輸出。采用直流母線電壓分段下垂控制，確定直流母線電壓和儲能裝置充放電關系，由系統功率差值及儲能裝置自身的SOC狀況確定的模糊控制策略決定蓄電池和超級電容的充放電動作。在分布式電源和微電網應用領域具有廣闊的應用前景。

發明內容

(一)解決的技術問題

針對現有技術的不足，本發明提供了一種微網變流儲能裝置及其能量管理方法，它通過六開關七電平單相逆變器將光伏陣列及其最大功率跟蹤電路輸出的電壓逆變到交流電網。另外，根據微電網能量運行管理情況，通過與交流側直連的儲能結構，實現微電網交流側和儲能裝置直流間的能量轉換，采用的直流母線電壓分段下垂控制和儲能裝置充放電模糊控制策略，達到平衡系統功率波動、削峰填谷等能量優化調度使用。裝置結構簡單功能豐富，相比現有技術，六開關七電平單相逆變器具有更優的輸出電能質量，所需功率開關器件少，開關損耗低，控制簡單。儲能部分采用兩個雙向電流型BOOST變換器組成的DC/AC變換器，相比傳統變流器，具有開關器件少，電壓輸出范圍寬，調制簡單等優點。

(二)技術方案

為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現：

一種微網變流儲能裝置及其能量管理方法，包括：六開關七電平單相逆變器單元、蓄電池用雙向DC/AC變換器單元、超級電容用雙向DC/AC變換器單元、微網變流器和儲能裝置控制及能量管理單元、光伏MPPT單元、蓄電池充放電管理單元、超級電容充放電管理單元、負荷管理單元，其特征在于：微電網中微電源由光伏陣列提供，經過BOOST型光伏MPPT單元后輸入到六開關七電平單相逆變器單元。

優選的，逆變器將直流電能逆變為工頻交流電輸入到交流微電網中，儲能裝置包括蓄電池用雙向DC/AC變換器單元和超級電容用雙向DC/AC變換器單元。

優選的，蓄電池和超級電容均通過雙向DC/AC變換器和交流側直連，用于平衡系統功率波動。

優選的，蓄電池充放電管理單元和超級電容充放電管理單元采用系統功率差值及自身的SOC狀況確定的模糊控制策略。

優選的，微網變流器和儲能裝置控制及能量管理單元采用直流母線電壓分段下垂控制，確定直流母線電壓和儲能裝置充放電關系，控制儲能裝置動作和平衡系統功率波動，負荷管理單元將微電網負荷分級投切，保證重要負荷的可靠供電。

優選的，采用的六開關七電平單相逆變器單元，由六個功率開關器件兩兩反并聯分三組串聯，在每兩組之間并聯一個電容，通過PWM調制控制，可以實現單相七電平交流輸出。

(三)有益效果