发明专利｜直流微电网配电系统

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

如图 1 所示，根据本发明的一个实施例的一种直流微电网配电系统 1 包括 : 直流微电网母线 103，直流微电网所供电的各工厂、企业等 ( 图中未示 ) 从该直流微电网母线103 获取电能 ;分布式电源 101，用于给直流微电网母线 103 配电，图 1 中示出包括燃料电池、生物质电池、超级电容电池、光伏阵列电池等直流电源、以及风力发电机等交流电源 ;变换器 102，连接在直流微电网母线 103 和分布式电源 101 之间，用于将分布式电源 101 提供的第一电压转换成适于在直流微电网母线 103 上传输的第一直流电压。

在分布式电源 101 提供的第一电压是直流电压的情况下 ( 如图 1 中分布式电源101 是燃料电池、生物质电池、超级电容电池或光伏阵列电池的情况 )，变换器 102 将该第一电压进行电压适配以获得适于在直流微电网母线 103 上传输的第一直流电压，其一种具体结构如下结合图 2 详述。

在分布式电源 101 提供的第一电压是交流电压的情况下 ( 如图 1 中分布式电源101 是风力发电机的情况 )，变换器 102 将该第一电压转换成第二直流电压并将第二直流电压进行电压适配以获得适于在直流微电网母线 103 上传输的第一直流电压，其一种具体结

构如下结合图 3 详述。

图 2 为分布式电源是直流电源的情况下图 1 中变换器的一种具体电路图。如图 2所示，变换器 102 包括 ：第一变换单元 1021，用于将该第一电压进行电压适配以获得第三直流电压 ;第二变换单元 1022，用于将第三直流电压进行电压适配以获得第一直流电压，其中第三直流电压的幅值在第一电压的幅值和第一直流电压的幅值之间。

第一变换单元 1021 包括第一开关晶体管 G1、第二开关晶体管 G2、第一变压器 LG1、第一整流元件 DG1、第二整流元件 DG2、第一储能元件 BG1、第一滤波电容 CG1。第一变压器LG1 包括串联的第一分变压器 LG11 和第二分变压器 LG12。第一开关晶体管 G1、第二开关晶体管 G2 的发射极共同连到分布式电源 101 的负极。分布式电源 101 的正极连到第一分变压器 LG11 和第二分变压器 LG12 的原边的相互连接端。第一开关晶体管 G1、第二开关晶体管 G2 的集电极分别连到第一分变压器 LG11 和第二分变压器 LG12 的原边的除了第一分变压器 LG11 和第二分变压器 LG12 的原边的相互连接端之外的另一端。第一分变压器 LG11和第二分变压器 LG12 的副边的相互连接端与并联的第一储能元件 BG1、第一滤波电容 CG1的一端相连，第一分变压器 LG11 和第二分变压器 LG12 的副边的除了第一分变压器 LG11 和第二分变压器 LG12 的副边的相互连接端之外的另一端分别经第一整流元件 DG1、第二整流元件 DG2 与并联的第一储能元件 BG1、第一滤波电容 CG1 的另一端相连，并联的第一储能元件 BG1、第一滤波电容 CG1 的两端输出第三直流电压。

第一开关晶体管 G1、第二开关晶体管 G2 例如是实现斩波功能的 IGBT。通过这两个开关晶体管的开通和关断进行斩波，输入的第一电压经过这样的交替斩波变为交流电压。副边的第一整流元件 DG1 和第二整流元件 DG2( 例如，两个功率开关管 ) 与第一开关晶体管G1、第二开关晶体管 G2 的开通和关断相对应地交替导通，使得第一变压器 LG1 的铁芯进行交替地磁化和去磁，以完成能量从第一变压器 LG1 的原边到副边的传输。例如，当第一开关晶体管 G1、第二开关晶体管 G2 的开关频率为 100kHz 时，在第一变压器 LG1 的原边形成高频交流电，并通过第一变压器 LG1 将高频交流电能传递到它的副边。该高频交流电能通过第一整流元件 DG1 和第二整流元件 DG2 以及第一滤波电容 CG1 后变成直流电，即第三直流电压。同时该直流母线电压给第一储能元件 BG1 充电。

第二变换单元 1022 包括第二变压器 LG2、第三开关晶体管 G3、第三整流元件 DG3以及第二滤波电容 CG2。第三开关晶体管 G3 的集电极连接第二变压器 LG2 的原边的一端，所述第三直流电压加在第二变压器 LG2 的原边的另一端与第三开关晶体管 G3 的发射极之间。第二变压器 LG2 的副边的一端连接到第三整流元件 DG3 的一端，第三整流元件 DG3 的另一端和第二变压器 LG2 的副边的另一端之间连接有第二滤波电容 CG2 并输出第一直流电压。

第三直流电压经由第三开关晶体管 G3 斩波，在第二变压器 LG2 输出侧形成高频交流电。该高频交流电通过第三整流元件 DG3 以及第二滤波电容 CG2 输出直流电，即第一直流电压并入直流微网。

实际上，变换器 101 也可以只包括第一变换单元 1021，不包括第二变换单元 1022。包括第二变换单元的好处是 ：第二变换单元 1022 为隔离单元，用于电气绝缘和回路隔离。这样，增加了电网的安全性。通过调节第一开关管 G1 和第二开关管 G2 的关断状态改变占空比进行电压调整，使得变换器能够处理更宽的输入电压范围。这比仅能调节第一开关管G1 的关断状态，对整个电路来说，要安全得多，同时输入电压范围也大。

另外，第三开关晶体管 G3 的占空比可调，通过调节其占空比进一步降低电压为了增加电网的安全性，实现更宽范围的电压输入范围。

采用上述第一储能元件 BG1 的好处是，它能够在分布式电源提供的电能较多时，存储一部分能量。等到分布式电源提供的电能变少时，从存储的能量中放出一部分帮助能量的供给，因此，本发明实施例的配电系统不仅能给直流母线配电 ( 完成分布式电源提供的电能与直流母线上适于传输的电能的转换 )，还能实现储能以便在能量满足不了需要时放能的效果。

如图 2 所示，变换器 102 还包括 ：第一控制器 1024，用于感测第一电压，并根据第一电压并根据第一电压与第一直流电压的比控制第一变换单元 1021 和第二变换单元 1022的电压适配。

具体地说，如图 4 所示，第一控制器 1024 包括 ：电压传感器 401、采样单元 402、处理器 403、驱动器 404。电压传感器 401 感测分布式电源输出的第一电压。采样单元 402 对第一电压进行采样，从而处理器 403 才能进行处理。处理器 403( 如 DSP2812 处理器 ) 根据采样后的第一电压，根据第一电压与已知的第一直流电压的比来控制第一开关晶体管 G1、第二开关晶体管 G2、第三开关晶体管 G3 的开通 / 关断。驱动器 404 执行这些开通 / 关断。

处理器 403 使第一开关晶体管 G1、第二开关晶体管 G2、第三开关晶体管 G3 的每个开关周期中正电平时间和负电平时间比例相当，且正电平的幅值与负电平的幅值相等。因此，每个开关周期内，变压器磁芯的磁密度都会回到零点。因此，图 2 的这种拓扑，相对于其它变换器的拓扑，使变压器的磁芯不容易出现直流磁化，这也是图 2 的拓扑的另一个好处。

图 3 为分布式电源是交流电源的情况下图 1 中变换器的具体电路图。变换器 102包括 ：第三变换单元 1023，用于将该第一电压转换成第二直流电压 ;第四变换单元 1021’，用于将该第二直流电压进行电压适配以获得第四直流电压 ;第五变换单元 1022’，用于将第四直流电压进行电压适配以获得第一直流电压，其中第四直流电压的幅值在第二直流电压的幅值和第一直流电压的幅值之间。

第三变换单元 1023 包括第四整流元件 D1、储能电容 Cn、第四变压器 T2、第七整流元件 D2、第八整流元件 Dc、第三变压器 T1、第五整流元件 D3、第四开关晶体管 S、第六整流元件 Dn、第三滤波电容 Cf、负载电阻 RL。

第四整流元件 D1、储能电容 Cn 串联在分布式电源 101 的两端，分布式电源 101 与第四整流元件 D1 连接的一端连接第三变压器 T1 的原边的一端，分布式电源 101 与储能电容 Cn 连接的一端通过串联的第四开关晶体管 S、第五整流元件 D3 连接第三变压器 T1 的原边的另一端，储能电容 Cn 与第四整流元件 D1 连接的一端还连接第四变压器 T2 的副边的一端，第四变压器 T2 的副边的另一端通过第七整流元件 D2 连接到第五整流元件 D3 与第四开关晶体管 S 连接的一端。