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1.3交直流混合微电网网络结构设计
通过以上分析,设计交直流混合微电网拓扑结构见图1。其中,交流母线设计为400V单母线,将华安电力办公大楼已有的光伏电源接入,并与电网相连接,直接向办公大楼交流负荷供电;对于分层母线结构的直流微电网部分,母线电压设为高压400V及低压48V,该示范工程的高压220/110V直流负荷通过DC/DC变流器与高压直流母线相连接,同时接入10kWp光伏电源,通过变流器接入400V直流母线,为直流侧负荷提供能量。为了便于整个网络的正常运行与调控,在直流微电网部分接入一定容量的储能电池,储能电池由48节12V100Ah的铅酸电池串联组成,可以实现电能的自由调控以及直流微电网的孤岛运行,由一台20kW的DC/DC变流器接入DC400V母线。对于低压直流负荷,包括48V通信负荷及小于48V的其他直流负荷,直接或通过变流器接入低压直流母线,实现对展厅内的各类负荷供电。在交直流混合微电网中,交流系统和直流系统按各自的原则组成微电网,由四象限运行AC/DC变流器联接,变流器额定功率30kVA,支持PQ、VF、下垂3种运行模式。
图1交直流混合微电网拓扑结构图
2.交直流混合微电网运行方式与模式切换
2.1交直流混合微电网运行方式
宁波交直流混合微电网工程依靠2个PCC处开关的分合状态和2台变流器工作模式组合,支持4种运行方式,见图2。
图2交直流混合微电网运行方式
1)交、直流微电网并网运行。PCC-1和PCC-2处的开关均闭合;DC/DC变流器维持DC400V母线电压恒定;光伏工作在MPPT模式,以最大限度利用可再生能源;AC/DC工作在PQ模式,通过调整其功率来调理储能电池的SOC,保证有足够的备用以支撑独立运行。连接DC400V母线与DC48V母线之间的DC/DC模块维持48V母线电压恒定。其他连接负荷的DC/DC模块的控制目标均为维持负荷侧直流电压恒定。
2)交流微电网并网运行,直流微电网离网运行。PCC-1处开关闭合,PCC-2处开关断开;AC/DC变流器停机,DC/DC变流器维持DC400V直流母线电压恒定;其他DC/DC模块的运行方式与交、直流微电网并网运行方式下相同;光伏输出功率根据储能电池的SOC进行调整。
3)交、直流微电网并列离网运行。PCC-1处开关断开,PCC-2处开关闭合;DC/DC变流器控制DC400V母线电压恒定,AC/DC控制AC400V母线电压和频率稳定;其他DC/DC模块的运行方式与交、直流微电网并网运行方式下相同。当交直流混合微电网内的总负荷超过储能和光伏的整体调节能力时,需要切除部分负荷,以保证系统稳定。
4)交流微电网停运,直流微电网离网运行。PCC-1和PCC-2处的开关均断开;交流微电网停止运行,直流微电网部分运行,与第2)种运行方式相同。
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