一种枝叶型交直流混合微电网的拓扑结构

技术领域

本发明涉及一种微电网的拓扑结构，尤其是涉及一种枝叶型交直流混合微电网的拓扑结构。

背景技术

随着分布式能源技术的日趋成熟和广泛应用，微电网技术凭借其消纳分布式能源的便利性等特点受到业内关注，但就目前而言，微网投资运营成本以及安全可靠高效运行仍然是制约微网发展前景的主要关键。

传统的交直流混合微电网其结构主体为交流微网，直流部分仅作为分布式电源或储能以末端逆变形式接入交流微网，能量利用效率低；另一方面，现有微网一般需通过配置集控系统以实现网内能流的实时调度，确保微网安全可靠运行，但同时存在系统控制方法复杂、可控换能设备数量多、投资运维成本高、分布式能源利用效率低等亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种枝叶型交直流混合微电网的拓扑结构，用于解决当前分散式能源利用率低，微网系统投资和造价高的问题，使分散式直流微网与主干交流微网互动性更强，并能为用户端提供高品质的电能供应。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种枝叶型交直流混合微电网的拓扑结构，包括一个主干交流微网拓扑和至少一个分散直流微网拓扑，所述的主干交流微网拓扑与每个所述的分散直流微网拓扑连接，形成枝叶型拓扑结构，每个所述的分散直流微网采用自律式浮动电压控制运行策略，拓扑包括直流母线、电源部分、储能部分和负荷部分，所述的直流母线分别与电源部分、储能部分和负荷部分以直连形式连接；

当所述的分散直流微网拓扑中负荷部分的用电小于电源部分的供电时，所述的分散直流微网拓扑电压升高，所述的储能部分充电，当所述的分散直流微网拓扑中的负荷部分用电大于电源部分的供电时，所述的分散直流微网拓扑电压降低，所述的储能部分放电，若储能部分储电耗尽，所述的主干交流微网拓扑为分散直流微网拓扑中的负荷部分供电。

优选地，每个所述的分散直流微网拓扑还包括网架部分和直流需量关口，所述的直流母线通过网架部分与直流需量关口连接，所述的直流需量关口与主干交流微网拓扑双向连接。

优选地，所述的主干交流微网拓扑包括交流母线、交流供电网、分散式交流供能单元和交流需量关口，所述的交流母线分别与交流需量关口和分散式交流供能单元连接，所述的交流需量关口与交流供电网连接，并且，所述的交流母线与直流需量关口连接。

优选地，所述的分散直流微网网架部分包括外部托底能源入口和可控互济能源出口。

优选地，所述的外部托底能源入口包括不可控单向输出的AC/DC装置。

优选地，所述的可控互济能源出口包括可控单向输出的DC/AC装置。

优选地，所述的电源部分包括分散式直流供能单元和杂散式直流供能单元。

优选地，所述的负荷部分包括不可控直流用电器和可控直流负载。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明交直流混合微电网中的主干交流微网拓扑与至少一个分散直流微网拓扑形成枝叶型拓扑结构，控制简单，投资成本低，分布式能源利用率高；

(2)本发明中的主干交流微网拓扑为分散直流微网拓扑进行托底供能，提高系统的稳定性，降低系统投资和造价；

(3)本发明中分散直流微网拓扑根据直流母线的电压变化转换工作模式，不设置集中控制系统，降低控制难度；

(4)本发明中分散直流微网拓扑采取分散式和杂散式直流供能，减少外部供能需量，优化用能经济性，利用储能部分缓冲网内能量流，提高能源利用率。

附图说明

图1为本发明的一种枝叶型交直流混合微电网的拓扑结构示意图；

图2为本发明的一种枝叶型交直流混合微电网的拓扑结构中分散直流微网拓扑的结构图；

图3为本发明的一种枝叶型交直流混合微电网的拓扑结构中主干交流微网拓扑的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本发明并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本发明并不限定于以下的实施方式。

实施例

组建枝叶型交直流混合微电网包括如下步骤：

1)主干交流微网是本设计的一个必要组成部分，是整体微网拓扑结构中作为托底供能和能量互济的主干通道；

2)主干交流微网以托底供能、优化微网能源需量为主要功能；

3)分散直流微网是本设计的一个必要组成部分，采用自律式浮动电压控制运行策略，并配合分散能源和直流负载构建分散末端供能直流微电网；

4)一个完整的枝叶型交直流混合微电网拓扑包含一个主干交流微网拓扑和至少一个分散直流微网拓扑；

5)根据区域用能特点，符合主干交流微网技术要求的交流形式的分散能源可以接入主干交流微网；

6)不符合主干交流微网技术要求的分散能源均按照分散直流微网技术要求以直连方式接入分散直流微网；

7)储能在分散直流微网中以缓冲本分散直流微网能源供给与需求间的不平衡为主要功能，可辅以可控互济能源子系统优化储能经济性，并可兼容其他特殊功能的子系统；

8)分散直流微网中能源端和用电端均以直流方式连接。

上述一个完整的枝叶型交直流混合微电网拓扑包含一个主干交流微网拓扑和至少一个分散直流微网拓扑，两者具体结构如下：

a1)主干交流微网拓扑包括三条能源供需通道，一条通道是与分散直流微网通过分散直流微网需量关口双向连接，一条通道是与交流供电网通过交流供电网需量关口单向连接，另一条通道是与其他交流形式的分散式供能单向连接。

a2)分散直流微网拓扑包括电源、负荷、储能及网架部分。电源部分包括与分散直流微网通过直流形式接入的分散式能源，以及通过直流形式接入的杂散式能源，电源部分均以不控直连方式接入微网。负荷部分包括通过直连形式接入的外部不可控直流用电器，以及通过直流形式接入的外部可控负载。网架部分包括直流母线、通过直流形式接入的外部托底能源入口以及通过直流形式接入的可控互济能源出口；

所述外部可控负载以直流充电桩等能够外部调节或投切的非重要负荷为主；外部托底能源入口以不可控单向输出AC/DC装置为主；可控互济能源出口以可控单向输出DC/AC装置为主。

上述步骤7)所述的分散直流微网储能部分，主要目的为缓冲本分散直流微网能源供给与需求间的不平衡，因此，在微网中储能可作为电源端和用户端参与分散直流微网运行。当分散直流微网中，用户侧用电需求小于微网电源输出功率，此时分散式直流微网电压自然升高，储能利用额外电量自然充电，即通过储能消纳多余的微网电源能量；当用户侧用电需求大于微网电源，此时分散式直流微网电压自然降低，储能自然放电，与微网电源共同为用户供电；当储能消耗殆尽，此时分散式直流微网电压自然降低，主干交流微网自然参与供电，实现交流托底，主干交流微网与分散式能源联合为用户供电。

所述的外部可控负载，其运行工况受分散直流微网控制，以提升分散直流微网的用能灵活性和分布式能源的消纳效率；外部可控负载包括充电桩等非用电敏感性负载。分散直流微网中能源端和用电端均以直流方式连接。

本发明所提出的一种枝叶型交直流混合微电网，通过分散直流微网以高效率消纳分散式能源、高品质供给末端用户、高可靠缓冲网内能量流、减少外部供能需量、优化用能经济性，主干交流微网作为不可控托底能源用来补充能量缺口，使得整个系统运行更加稳定，同时降低系统投资和造价。

如图1所示，本实施例中采用六个分散直流微网拓扑，主干交流微网拓扑与六个分散直流微网拓扑连接，形成枝叶型拓扑结构。

如图3所示，主干交流微网拓扑包括交流母线、交流供电网、分散式交流供能单元和交流需量关口，交流母线与分散式交流供能单元和交流需量关口连接，交流需量关口与交流供电网连接，分散式交流供能单元和交流供电网为主干交流微网拓扑供能。

如图2所示，每个分散直流微网拓扑都包括直流母线、直流需量关口、外部托底能源入口、可控互济能源出口、电源部分、储能部分和负荷部分，直流母线分别与外部托底能源入口、可控互济能源出口、电源部分、储能部分和负荷部分连接，外部托底能源入口、可控互济能源出口分别与直流需量关口连接，直流需量关口与交流母线连接，分散直流微网中能源端和用电端均以直流方式连接。

电源部分包括分散式直流供能单元和杂散式直流功能单元，分散式直流供能单元和杂散式直流功能单元以直流形式接入分散直流微网拓扑，负荷部分包括不可控直流用电器和可控直流负载，可控直流负载以直流充电桩等能够外部调节或投切的非重要负荷为主，可控直流负载的运行工况受分散直流微网控制，以提升分散直流微网的用能灵活性和消纳效率，外部托底能源入口以AC/DC装置为主，可控互济能源出口以DC/AC装置为主。

当本实施例中一种枝叶型交直流混合微电网的拓扑结构投入使用后，根据母线的电压变化自行进入合适的工作模式，不设置集中控制系统，当分散直流微网拓扑中负荷部分的用电小于电源部分的供电时，分散直流微网拓扑电压升高，储能部分充电，当分散直流微网拓扑中的负荷部分用电大于电源部分的供电时，分散直流微网拓扑电压降低，储能部分放电，若储能部分储电耗尽，主干交流微网拓扑通过直流需量关口和外部托底能源入口为分散直流微网拓扑中的负荷部分托底供能，当主干交流微网拓扑电压降低，分散直流微网拓扑通过可控互济能源出口为主干交流微网拓扑互济供能。

上述实施方式仅为例举，不表示对本发明范围的限定。这些实施方式还能以其它各种方式来实施，且能在不脱离本发明技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。