[发明专利]一种微网变流储能装置及其能量管理方法

说明书

技术领域

本发明涉及新能源发电及其能量管理领域，具体涉及一种微网变流储能装置及其能量管理方法。

背景技术

随着近年来国家政策的大力支持，越来越多的家庭光伏发电、小区光伏发电、企业办公大楼光伏发电等分布式发电并入公用电网。这些新能源的使用虽然有利于低碳减排、增加经济效益，但是受环境条件限制，具有明显的间歇性和不稳定性，大规模的分布式光伏发电系统的接入，给电网稳定运行带来冲击和干扰。微电网技术是解决上述矛盾的一种比较理想的手段，微电网是一种能够实现自我控制和管理的小型发配电系统，通常包含分布式电源、储能装置、变流装置、相关负荷和能量管理装置。其中起能量变换作用的变流器结构以及能量管理方法微电网研究的重要方向。针对目前小功率光伏系统大多采用非隔离型逆变结构，例如单相全桥型逆变器，这类非隔离型逆变器存在输出共模电压特性差、对地泄露电流高等缺点，输出电平数低，向电网侧注入谐波，滤波装置体积大。另外，大规模分布式光伏发电系统的接入，也给电网能量管理带来了挑战，间歇式的分布式电源对局部微电网的电压稳定性造成影响，为实现能量的优化调度，达到分布式电源削峰填谷的作用，需要在微电网中布置储能装置。现有中小功率并网系统的储能装置大多设置在直流母线侧，容量小、存在多级能量转换，效率低，同时分散式布置不利于能量统一管理。本发明提供一种微网变流储能装置及其能量管理方法，该装置的储能部分采用直连微网交流侧形式，降低了能量转换损耗，同时不受限于微电源的地理位置，可在微电网适当位置进行布置，便于统一能量管理。储能部分采用两个双向电流型BOOST变换器组成的DC/AC变换器，相比传统变流器，具有开关器件少，电压输出范围宽，SPWM调制简单等优点。装置的并网逆变部分采用六开关七电平单相逆变器，是由六个功率开关器件两两反并联分三组串联，在每两组之间并联一个电容，通过PWM调制控制，可以实现单相七电平交流输出。采用直流母线电压分段下垂控制，确定直流母线电压和储能装置充放电关系，由系统功率差值及储能装置自身的SOC状况确定的模糊控制策略决定蓄电池和超级电容的充放电动作。在分布式电源和微电网应用领域具有广阔的应用前景。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种微网变流储能装置及其能量管理方法，它通过六开关七电平单相逆变器将光伏阵列及其最大功率跟踪电路输出的电压逆变到交流电网。另外，根据微电网能量运行管理情况，通过与交流侧直连的储能结构，实现微电网交流侧和储能装置直流间的能量转换，采用的直流母线电压分段下垂控制和储能装置充放电模糊控制策略，达到平衡系统功率波动、削峰填谷等能量优化调度使用。装置结构简单功能丰富，相比现有技术，六开关七电平单相逆变器具有更优的输出电能质量，所需功率开关器件少，开关损耗低，控制简单。储能部分采用两个双向电流型BOOST变换器组成的DC/AC变换器，相比传统变流器，具有开关器件少，电压输出范围宽，调制简单等优点。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种微网变流储能装置及其能量管理方法，包括：六开关七电平单相逆变器单元、蓄电池用双向DC/AC变换器单元、超级电容用双向DC/AC变换器单元、微网变流器和储能装置控制及能量管理单元、光伏MPPT单元、蓄电池充放电管理单元、超级电容充放电管理单元、负荷管理单元，其特征在于：微电网中微电源由光伏阵列提供，经过BOOST型光伏MPPT单元后输入到六开关七电平单相逆变器单元。

优选的，逆变器将直流电能逆变为工频交流电输入到交流微电网中，储能装置包括蓄电池用双向DC/AC变换器单元和超级电容用双向DC/AC变换器单元。

优选的，蓄电池和超级电容均通过双向DC/AC变换器和交流侧直连，用于平衡系统功率波动。

优选的，蓄电池充放电管理单元和超级电容充放电管理单元采用系统功率差值及自身的SOC状况确定的模糊控制策略。

优选的，微网变流器和储能装置控制及能量管理单元采用直流母线电压分段下垂控制，确定直流母线电压和储能装置充放电关系，控制储能装置动作和平衡系统功率波动，负荷管理单元将微电网负荷分级投切，保证重要负荷的可靠供电。

优选的，采用的六开关七电平单相逆变器单元，由六个功率开关器件两两反并联分三组串联，在每两组之间并联一个电容，通过PWM调制控制，可以实现单相七电平交流输出。

(三)有益效果