发明专利｜一种微源半桥变流器串联的星型三相微电网系统

摘要：一种微源半桥变流器串联的星型三相微电网，包括有风力微源、光伏微源、储能装置、AC‑DC整流电路、DC‑DC直流变换电路、微源半桥变流器、滤波器、负荷、变压器。该三相微电网系统由三个子系统通过星型方式组合而成，每个子系统均由n个发电模块串联而成，2≤n≤35。发电模块中光伏或风力微源经过相应的变换装置后并联至微源半桥变流器的直流侧，并且将储能装置并联在微源直流链上。系统输出电压正弦度较好、谐波含量低。得益于其模块化设计，冗余性较好。

申请人：兰州理工大学

发明人：王兴贵; 王海亮; 杨维满; 李晓英; 郭群; 薛晟; 高敬更

技术领域

本发明涉及微电网系统，特别是，涉及一种微源半桥变流器串联的星型三相微电网系统。

背景技术

近年来，在矿石能源枯竭和气候变化的现实威胁下，风能和太阳能等新能源已被广泛利用。分布式电源具有安全无污染、分布广、有利于小规模分散利用等优点。但分布式发电技术的多样性增加了并网运行的难度，当大量分布式电源接入电网时，将有可能造成电网对其不可控制和难以管理的局面，并引发诸如安全稳定性和电能质量等相关问题。为了充分发挥分布式电源的优势，进一步提升电力系统的运行性能，微电网应运而生。微电网是一个能够实现自我控制、保护和管理的独立自治系统。它既可以与大电网并网运行，也可以孤岛运行。目前，微电网系统按母线形式可以分成三类：纯交流母线系统、纯直流母线系统、交-直流母线系统。并且，这三类母线形式的微电网系统均有各自的特点。

适用于各种可再生能源变换的变流器相继被提出，其中多电平变换技术为大功率可再生能源提供了优异的解决方案。在众多的多电平拓扑结构中，功率单元的模块化逐渐成为主要选择之一。微源逆变器串联结构微电网(Series micro power grids,SMPGs)系统中微源逆变器的输出端通过串联方式连接，这种拓扑结构具有输出电压正弦度较好、谐波含量低等优点。在此背景下，本发明涉及一种微源半桥变流器串联的星型三相微电网系统。

在系统输出端可以得到多电平三相输出电压，其电压等级较高，输出波形的正弦度较好、谐波含量低、易于实现模块化。这种半桥变流器串联的星型三相微电网结构与SMPGs相比：若保证这两种拓扑结构中功率开关管数量一致的前提下，由于系统中半桥变流器与全桥逆变器两者结构的差异，本发明所涉及的三相微电网拓扑结构中接入的微源数量比SMPGs中接入的微源数多一倍，由此可以得出微源半桥变流器串联的星型三相微电网系统的容量较高。此系统冗余性较好，在系统正常工作时，所有串联的微源半桥变流器(包括冗余的微源半桥变流器)均参与工作，若某一微源发生故障时，无需停机将故障微源切除，可通过控制微源半桥变流器使故障微源停止工作，此时剩余的微源半桥变流器都可以正常工作，系统还处于正常运行状态。

发明内容

本发明的目的是提供一种微源半桥变流器串联的星型三相微电网系统。

本发明是一种微源半桥变流器串联的星型三相微电网系统，包括光伏微源、风力微源、储能装置、AC-DC整流电路、DC-DC直流变换电路、微源半桥变流器、滤波器、负荷、变压器，包括第一子系统1、第二子系统2、第三子系统3，每个子系统均由n个发电模块，2≤n≤35，串联而成，各子系统通过星型方式组合搭建成三相微电网系统;具有并网与孤岛两种运行模式;系统输出端经过滤波器4并通过静态开关6连接外电网7，本地负载5连接在系统输出交流母线上。

本发明所涉及的微源半桥变流器串联的星型三相微电网拓扑是一种新的组网方式。其中每个子系统中各半桥变流器的输出端串联连接,三个子系统通过星型连接组合成三相系统，具体有以下特点：在输出端可得到多电平输出电压，并且其电压等级较高、输出电压波形的正弦度较好、谐波含量低;

本发明所涉及的微源半桥变流器串联的星型三相微电网系统与微源逆变器串联结构微电网(SMPGs)相比：在保证这两种拓扑结构中功率开关管数量一致的前提下，由于系统中半桥变流器与全桥逆变器两者结构的差异，本发明所涉及的微源半桥变流器串联的星型三相微电网系统中接入的微源数量比SMPGs中接入的微源数多一倍，由此可以得出微源半桥变流器级联的组合式微电网系统的容量较高;系统冗余性较好。若系统在正常运行状态时某一微源发生故障，无需通过停机进行微源的替换，可通过微源半桥变流器将故障微源切除。并且此系统中发电子模块控制灵活、易于扩展;将蓄电池或超级电容等储能装置并联至微源直流链上，可以抑制由于天气等条件变化引起的直流链电压波动，还可以增加系统的可靠性。

发明专利要点简析

1 .一种微源半桥变流器串联的星型三相微电网系统，包括光伏微源、风力微源、储能装置、AC-DC整流电路、DC-DC直流变换电路、微源半桥变流器、滤波器、负荷、变压器，其特征在于，包括第一子系统(1)、第二子系统(2)、第三子系统(3)，每个子系统均由n个发电模块，2≤n≤35，串联而成，各子系统通过星型方式组合搭建成三相微电网系统;具有并网与孤岛两种运行模式;系统输出端经过滤波器(4)并通过静态开关(6)连接外电网(7)，本地负载(5)连接在系统输出交流母线上。

2.根据权利要求1所述的微源半桥变流器串联的星型三相微电网系统，其特征在于，第一子系统(1)、第二子系统(2)、第三子系统(3)均由第1发电模块(8)、第2发电模块(9)、第3发电模块(10)、第n-1发电模块(11)、第n发电模块(12)串联而成;各发电模块中第一微源(13)、第二微源(14)、第三微源(15)、第n-1微源(16)、第n微源(17)经过AC-DC整流电路或

DC-DC直流变换电路后分别并联至第一微源半桥变流器(23)、第二微源半桥变流器(24)、第三微源半桥变流器(25)、第n-1微源半桥变流器(26)、第n微源半桥变流器(27)的直流侧;并且各微源直流链两端分别并联连接第一储能装置(18)、第二储能装置(19)、第三储能装置(20)、第n-1储能装置(21)、第n储能装置(22)。

3.根据权利要求1所述的微源半桥变流器串联的星型三相微电网系统，其特征在于，第一储能装置(18)、第二储能装置(19)、第三储能装置(20)、第n-1储能装置(21)、第n储能装置(22)内部的第一充放电控制器(CR1)、第二充放电控制器(CR2)、第三充放电控制器(CR3)、第n-1充放电控制器(CRn-1)、第n充放电控制器(CRn)分别调节第一储能单元(EU1)、第二储能单元(EU2)、第三储能单元(EU3)、第n-1储能单元(EUn-1)、第n储能单元(EUn)的充放电电流的大小。

4.根据权利要求1所述的微源半桥变流器串联的星型三相微电网系统，其特征在于，第一子系统(1)由第1发电模块(8)、第2发电模块(9)、第3发电模块(10)、第4发电模块(11)、第5发电模块(12)串联而成;发电模块中第一风力微源(13)、第二风力微源(14)、第三光伏微源(15)、第四光伏微源(16)、第五光伏微源(17)经过AC-DC整流电路或DC-DC直流变换电路后并联至第一微源半桥变流器(23)、第二微源半桥变流器(24)、第三微源半桥变流器(25)、第四微源半桥变流器(26)、第五微源半桥变流器(27)的直流侧;微源直流链两端分别连接第一储能装置(18)、第二储能装置(19)、第三储能装置(20)、第四储能装置(21)、第五储能装置(22);各储能装置HESS内部的第一充放电控制器(CR1)、第二充放电控制器(CR2)、第三充放电控制器(CR3)、第四充放电控制器(CR4)、第五充放电控制器(CR5)分别调节第一储能单元(EU1)、第二储能单元(EU2)、第三储能单元(EU3)、第四储能单元(EU4)、第五储能单元(EU5)的充放电电流的大小。