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CN201956701U - 一种单户型交直流混合微网 - Google Patents

一种单户型交直流混合微网 Download PDF

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杨晴
杨家全
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Description

一种单户型交直流混合微网
技术领域
本实用新型涉及一种单户型交直流混合微网，具体说是包括了光伏发电单元、风力发电单元、储能单元、电动汽车直流充电桩、直流负载和交流负荷的混合微网。
背景技术
目前的交直流混合微网，对于交流负荷的供电一般设计了专门的DC/AC交换模块接入到直流母线上。此种方案一是DC/AC交换模块有功率损耗，二是增加的建设成本；同时，现有交直流混合微网中也没考虑使用储能和分布式发电向电动汽车直流充电桩提供充电能量。
发明内容
本实用新型的目的正是为了克服现有交直流混合微网存在的上述不足，而提供一种交直流混合微网系统，可有效降低微网建设成本和运行成本，并采用光伏发电、风力发电、储能单元及大电网共同对电动汽车进行直流充电，从而减小电动汽车充电时对电网的冲击。
本实用新型的目的是通过如下技术方案实现的：
一种单户型交直流混合微网，由一个AC/DC双向变流器、三个单向DC/DC变换器、两个双向DC/DC变换器、采用直流母线的方式并联连接组成；单向DC/DC变换器与双向DC/DC变换器之间还串连接，排列方式为两个单向DC/DC变换器、两个双向DC/DC变换器、一个单向DC/DC变换器；排序第一的单向DC/DC变换器连接有光伏发电单元，排序第二的单向DC/DC变换器连接有DC/AC交换模块，该DC/AC交换模块连接有风力发电单元；排序排序第三的双向DC/DC变换器连接有储能单元，排序第四的双向DC/DC变换器连接有电动汽车直流充电桩，排序第五的单向DC/DC变换器连接有直流负载；AC/DC双向变流器还与微网切换开关串联后连接大电网，在微网切换开关靠近AC/DC双向变流器侧接入交流负载；连接有触摸显示屏的微网控制器与微网切换开关和AC/DC双向变流器并联。
本实用新型微网控制器采用32位MCU+DSP处理器的硬件平台，微网控制器分别设置有模拟量输入单元、频率单元、总线控制器、RS485口、开关量输入单元、开关量输出单元；其中开关量输出单元分别与微网并网开关和充电桩接触器连接。
本实用新型微网控制器通过RS485通信方式连接触摸显示屏、AC/DC双向变流器、所有的单向DC/DC变换器、所有的双向DC/DC变换器连接、单向DC/DC变换器。
本实用新型在微网并网运行时，用户交流负载由大电网供电，微网控制器控制光伏单元和风力发电单元向储能单元充电；孤网运行时，由微网控制器控制微网切换开关动作，断开与大电网的连接，并复用AC/DC双向变流器，逆变产生交流电源向负载供电。对电动汽车进行充电时，微网控制器协调控制光伏单元、风力发电单元、储能单元向电动汽车直流充电桩提供电能量。直流用电负载则由直流母线通过DC/DC调压，进行供电。
本实用新型的有益效果是，复用了AC/DC变换模块，降低交直流混合微网的建设成本和运行损耗；采用光伏发电、风力发电、储能单元及大电网共同对电动汽车进行直流充电，从而减小电动汽车充电时对电网的冲击，也降低用户与电网连接设备的容量。
下面结合附图及实施例进一步阐述本实用新型内容。
附图说明
图1为交直流混合微网的结构框图；
图2为单向DC/DC变换器电路结构框图；
图3为双向DC/DC变换器结构框图；
图4为AC/DC变换器电路结构框图；
图5为微网控制器电路结构框图。
具体实施方式
本实用新型由一个AC/DC双向变流器、三个单向DC/DC变换器、两个双向DC/DC变换器、采用直流母线的方式并联连接组成；单向DC/DC变换器与双向DC/DC变换器之间还串连接，排列方式为两个单向DC/DC变换器、两个双向DC/DC变换器、一个单向DC/DC变换器；排序第一的单向DC/DC变换器连接有光伏发电单元，排序第二的单向DC/DC变换器连接有DC/AC交换模块，该DC/AC交换模块连接有风力发电单元；排序排序第三的双向DC/DC变换器连接有储能单元，排序第四的双向DC/DC变换器连接有电动汽车直流充电桩，排序第五的单向DC/DC变换器连接有直流负载；AC/DC双向变流器还与微网切换开关串联后连接大电网，在微网切换开关靠近AC/DC双向变流器侧接入交流负载；连接有触摸显示屏的微网控制器与微网切换开关和AC/DC双向变流器并联。
本实用新型微网控制器采用32位MCU+DSP处理器的硬件平台，微网控制器分别设置有模拟量输入单元、频率单元、总线控制器、RS485口、开关量输入单元、开关量输出单元；其中开关量输出单元分别与微网并网开关和充电桩接触器连接。
本实用新型微网控制器通过RS485通信方式连接触摸显示屏、AC/DC双向变流器、所有的单向DC/DC变换器、所有的双向DC/DC变换器连接、单向DC/DC变换器。
如图1，图2，图3，图4，本实用新型由AC/DC双向变流器、三个单向DC/DC变换器、两个双向DC/DC变换器采用直流母线的方式并联连接组成；AC/DC双向变流器还与微网切换开关串联后连接大电网，在微网切换开关靠近AC/DC双向变流器侧接入交流负荷；其中一个单向DC/DC变换器还连接有光伏发单元，另一个单向DC/DC变换器连接有DC/AC交换模块，该DC/AC交换模块连接有风力发电单元；双向DC/DC变换器连接有储能单元，一个双向DC/DC变换器连接电动汽车直流充电桩；单向DC/DC变换器与直流负载连接。
本实用新型微网控制器采用高性能32位MCU+DSP处理器的硬件平台，微网控制器设置有交流模拟量输入单元、频率采集单元、开关量输入单元、开关量输出单元、通信接口单元、显示单元；微网控制器的开关量输出单元连接微网切换开关的控制回路。
本实用新型微网控制器通过RS485通信方式连接触摸显示屏、AC/DC双向变流器、所有的单向DC/DC变换器、所有的双向DC/DC变换器连接、单向DC/DC变换器。
本发明中微网切换开关为自动控制开关，由微网控制器通过开关量输出单元控制其分合闸操作，从而实现微网与大电网的并网或解列； AC/DC双向变流器的电路结构图如图4所示，实现双向功率流动；光伏发电单元和风力发电单元的单向DC/DC变换器采用Boost变换电路，具有最大功率点跟踪（MPPT）控制功能，如图2所示；储能单元采用双向DC/DC变换电路，如图3所示。
在微网并网运行时，微网控制器下发指令闭合微网切换开关，用户交流负载由大电网供电；光伏发电单元和风力发电单元所产生的电能在微网控制器协调下，经单向DC/DC变换器和双向DC/DC变换器向储能单元充电；当储能单元已充满或故障，充电停止。若微网内发电量大于负荷时，微网中多余电能由AC/DC变流器送向电网。微网并网运行时，AC/DC双向变流器的控制目标是使微网直流母线电压维持在目标值。
孤网运行时，由微网控制器控制微网切换开关动作，断开与大电网的连接，由光伏发电单元、风力发电单元及储能单元向微网内直流负载供电，交流负荷由AC/DC双向变流器逆变产生交流电源供电。此时，微网直流电压由储能单元的双向DC/DC变换器维持在目标值。
对电动汽车进行充电时，此时要求微网运行在并网状态。电动汽车所需的电能量在微网控制器协调控制下，通过通信方式使光伏发电单元、风力发电单元、储能单元均向电动汽车直流充电桩提供电能量，不足的电能量则由AC/DC双向变流器从电网侧获取。
直流用电负载则从直流母线经过单向DC/DC调压后，取得电能，本单向DC/DC变换器采用Buck降压电路。
图5中，微网控制器采用高性能32位MCU+DSP处理器的硬件平台，通过RS485通信方式采集AC/DC双向变流器、单向DC/DC变换器、双向DC/DC变换器的状态和信息；通过开关量输入单元采集储能设备的运行状态；通过模拟量输入通道采集储能单元电压、电流值；同时，模拟量通信还采集电网的电压和电流量，通过计算得到电网电压幅值、相位、电网等效阻抗，并与频率采集单元所得到电网频率值进行结合，判断电网是否有故障/停电；开关量输出单元控制微网并网开关的分合闸、电动汽车直流充电桩直流接触器的分合闸；MCU单元与RS485接口电路、LCD、LED和按键相连，可接受人机界面的输入信息，并驱动LED显示微网控制器的状态；DSP通过总线控制器与外部存储和以太网接口相连。
本实用新型的单向DC/DC变换器、双向DC/DC变换器和AC/DC变流器均采用通用技术，其产品可向相关厂家定制； 微网切换开关和电动汽车直流充电桩有成熟产品 。

Claims (2)

1.一种单户型交直流混合微网，其特征是，由一个AC/DC双向变流器、三个单向DC/DC变换器、两个双向DC/DC变换器、采用直流母线的方式并联连接组成；单向DC/DC变换器与双向DC/DC变换器之间还串连接，排列方式为两个单向DC/DC变换器、两个双向DC/DC变换器、一个单向DC/DC变换器；排序第一的单向DC/DC变换器连接有光伏发电单元，排序第二的单向DC/DC变换器连接有DC/AC交换模块，该DC/AC交换模块连接有风力发电单元；排序排序第三的双向DC/DC变换器连接有储能单元，排序第四的双向DC/DC变换器连接有电动汽车直流充电桩，排序第五的单向DC/DC变换器连接有直流负载；AC/DC双向变流器还与微网切换开关串联后连接大电网，在微网切换开关靠近AC/DC双向变流器侧接入交流负载；连接有触摸显示屏的微网控制器与微网切换开关和AC/DC双向变流器并联。
2. 根据权利要求1所述的一种单户型交直流混合微网，其特征是，微网控制器采用32位MCU+DSP处理器的硬件平台，微网控制器分别设置有模拟量输入单元、频率单元、总线控制器、RS485口、开关量输入单元、开关量输出单元；其中开关量输出单元分别与微网并网开关和充电桩接触器连接。
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