[发明专利]交直流微电网并网柔性串并联多功能能量控制器

说明书

本发明交直流微电网并网柔性串并联多功能能量控制器的静态拓扑由DC/AC变流器、AC/AC变流器和柔性串并联转换电路组成，其中，DC/AC变流器采用双向BUCK‑BOOST斩波电路和N组H式桥臂电压型逆变器构成，AC/AC变流器采用两组2×M开关整流器和一组N个H式桥臂电压型逆变器构成的双级矩阵变流器组成，柔性串并联转换电路由固态开关组成。本发明的柔性串并联多功能能量控制器可以根据外部信息和指令自动调节交直流微电网与主电网联接的联接方式和功率接口的运行拓扑，简化交直流微电网并网的功率接口电路，提高设备利用效率，降低运行功率损耗，增强功率接口性能，实现高效性、经济性、可靠性的良好结合。

技术领域

本发明属于电力系统领域，涉及一种用于交直流微电网并网功率接口的柔性串并联多功能能量控制器。

背景技术

分布式发电和负载一起组成微电网与主电网联合运行是提高分布式发电效能最有效的途径。随着分布式发电技术的发展，大量交流分布式电源如风力发电、生物质发电、微型汽轮机发电和直流分布式电源如光伏发电、超级电容、蓄电池、超导储能、燃料电池近年来得到广泛发展。交流微电网和直流微电网组合成交直流微电网与主电网联合运行能更好地发挥各种不同形式的分布式光伏发电的效能。功率接口是交直流微电网与主电网联合运行必不可少的核心元件，是连接交直流微电网和主电网的唯一功率通道。

由于并联方式在简便性、经济性、灵活性、独立性、可靠性方面具有显著优势，现有的微电网如交流微电网、直流微电网以及交直流微电网与主电网的联接方式主要为并联方式。但是，并联方式存在一些固有缺陷，突出的表现是：在正常运行状态下，微电网与主电网并网运行，微电网与主电网的公共连接点的电压由主电网支撑，通过调节公共连接线的电流来实现微电网与主电网之间的功率交换，在电压型谐波源接入的场合，难以取得满意的电压电能质量改善效果，在异常运行状态下，即当主电网或微电网内部出现故障时，微电网与主电网解列，微电网进入孤岛运行模式，微电网不能给主电网提供功率支撑和电能质量支撑。为了弥补并联方式的缺陷，需要对微电网与主电网联接的并联方式进行改进，目前采用的改进方法是采用微电网串并联方式或者额外接入串联型电力电子装置。

微电网串并联方式充分发挥了并联方式和串联方式的各自优势，较好地解决了并联方式存在的问题，为更大限度发挥微电网的效能提供坚实的物质基础。但是，采用串并联方式，在微电网正常并网运行时，串联功率接口处于闲置的待命状态，只有在主电网故障情况才启动串联功率接口用于动态电压恢复，而此时的并联功率接口又需要退出并网运行处于闲置状态。因此，微电网串并联方式在实际运行过程中只有部分功率接口投入运行，造成投资大、利用效率低等问题。对于交直流微电网，需要采用两组串联功率接口来执行交直流微电网的串并联方式，功率接口投资更大，功率接口在运行过程中闲置状况更严重。

采用额外接入串联型电力电子装置，不但增加了投资，而且不能解决异常运行状态下微电网与主电网解列运行的问题。

鉴于现有的交直流微电网与主电网联接的并联方式和串并联方式的上述不足，本发明提出一种新的柔性串并联多功能能量控制器作为交直流微电网与主电网联接的功率接口，它具有根据外部信息和指令自动调节交直流微电网与主电网联接的联接方式和功率接口的运行拓扑的能力，可以弥补现有的交直流微电网并联方式缺乏动态电压恢复能力的不足，可以改善现有的交直流微电网并联方式未能有效抑制电压型电能质量扰动的不足，可以消除现有的交直流微电网串并联方式存在功率接口闲置状态的弊端，可以设置少于串并联方式变流器数量来实现相同的功效，既能降低设备投资和运行功率损耗，又能简化功率接口，提高交直流微电网接入主电网运行的可靠性、高效性和经济性，实现了高效性、经济性、可靠性的良好结合，具有广泛的实用性，工程应用价值重大。

发明内容