[發明專利]一種基于三電平DC-DC變換器的風儲雙極性直流微電網及控制方法

有效

• 申請號: 201710430095.4
• 申請日: 2017-06-09
• 公開（公告）號: CN107147145B
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發明（設計）人: 韓肖清;王磊;陳宇豪;楊宇;張佰富;王祺
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/32;H02J7/34
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

本發明公開了一種基于三電平DC?DC變換器的風儲雙極性直流微電網及其控制方法。直流微電網包括風電單元、儲能單元、負荷單元以及雙極性直流母線。基于三電平DC?DC變換器的風儲雙極性直流微電網母線電壓分區間運行方法，通過風電單元的風電特性控制與基于下垂特性的限功率控制、儲能單元的充放電分離控制配合負荷單元的減載控制，可以實現各區間的平滑切換，調節母線電壓和平衡系統功率，確保風儲雙極性直流微電網穩定運行。本發明采用的雙極性直流微電網結構，可以減小母線對地電壓，提高系統運行效率，且可滿足不同變換器和負荷對各電壓等級的要求。

技術領域

本發明涉及直流微電網風電儲能領域，具體為一種基于三電平DC-DC變換器的風儲雙極性直流微電網及其控制方法，適用于雙極性直流微電網的控制。

背景技術

近些年，國家大力實施全球能源互聯網的發展戰略，推動清潔能源和綠色方式滿足電力需求，直流微電網作為新的能源結網形式成為研究熱點。以直流微網集成風力、光伏等新能源發電單元，儲能單元及本地負荷，可以減少對環境的破壞，實現可再生能源的高效利用，受到國內外的廣泛關注。

目前關于直流微電網的研究大多集中于單極性的直流微電網結構，即分布式電源和儲能裝置通過兩電平的直流變換器接入到單極性直流母線，降低了系統的運行效率。傳統的兩電平直流變換器結構簡單，開關器件少，技術已經成熟。隨著微電網系統容量的逐漸增大，要求變換器的電壓等級有相應的提升，兩電平結構受到限制。單極性直流微網只有正和零兩條母線，只能接入單一電壓等級的電源和負荷，系統供電的可靠性和靈活性較差?；诖耍枰l明一種新型結構的直流微電網，以解決現有直流微電網的上述問題和改善其缺點。

發明內容

本發明為了解決現有單極性直流電網系統運行效率低的問題，減小直流微電網母線對地電壓，同時滿足各種變換器和負荷對不同電壓等級的要求，使系統更加安全可靠，提供了一種基于三電平DC-DC變換器的風儲雙極性直流微電網及其控制方法。

本發明是通過如下技術方案實現的。

一種基于三電平DC-DC變換器的風儲雙極性直流微電網，包括風電單元、儲能單元、負荷單元以及雙極性直流母線。風電單元包括風電機組和風機變換器；風電機組由風力渦輪機和永磁同步發電機組成；風機變換器包括二極管整流器和三電平Boost變換器；風電機組通過風機變換器與雙極性直流母線連接。儲能單元包括超級電容器和三電平雙向DC-DC變換器；超級電容器通過三電平雙向DC-DC變換器與雙極性直流母線連接。負荷單元包括并接于雙極性直流母線上的三相DC-AC逆變器、單相DC-AC逆變器和DC-DC變換器，所述三相DC-AC逆變器連接三相負荷，所述單相DC-AC逆變器連接單相負荷，所述DC-DC變換器連接直流負荷；雙極性直流母線由正、零、負三根直流母線組成。

上述基于三電平DC-DC變換器的風儲雙極性直流微電網，根據各單元運行特性，設定V_{DC_n}為直流母線電壓的額定值，設定V_DC為直流母線電壓實際值，設定α₁、α₂、β₁、β₂為運行區間的切換系數，并使得β₂<β₁<α₁<α₂。