[发明专利]一种基于三电平DC-DC变换器的风储双极性直流微电网及控制方法

说明书

本发明公开了一种基于三电平DC‑DC变换器的风储双极性直流微电网及其控制方法。直流微电网包括风电单元、储能单元、负荷单元以及双极性直流母线。基于三电平DC‑DC变换器的风储双极性直流微电网母线电压分区间运行方法，通过风电单元的风电特性控制与基于下垂特性的限功率控制、储能单元的充放电分离控制配合负荷单元的减载控制，可以实现各区间的平滑切换，调节母线电压和平衡系统功率，确保风储双极性直流微电网稳定运行。本发明采用的双极性直流微电网结构，可以减小母线对地电压，提高系统运行效率，且可满足不同变换器和负荷对各电压等级的要求。

技术领域

本发明涉及直流微电网风电储能领域，具体为一种基于三电平DC-DC变换器的风储双极性直流微电网及其控制方法，适用于双极性直流微电网的控制。

背景技术

近些年，国家大力实施全球能源互联网的发展战略，推动清洁能源和绿色方式满足电力需求，直流微电网作为新的能源结网形式成为研究热点。以直流微网集成风力、光伏等新能源发电单元，储能单元及本地负荷，可以减少对环境的破坏，实现可再生能源的高效利用，受到国内外的广泛关注。

目前关于直流微电网的研究大多集中于单极性的直流微电网结构，即分布式电源和储能装置通过两电平的直流变换器接入到单极性直流母线，降低了系统的运行效率。传统的两电平直流变换器结构简单，开关器件少，技术已经成熟。随着微电网系统容量的逐渐增大，要求变换器的电压等级有相应的提升，两电平结构受到限制。单极性直流微网只有正和零两条母线，只能接入单一电压等级的电源和负荷，系统供电的可靠性和灵活性较差。基于此，需要发明一种新型结构的直流微电网，以解决现有直流微电网的上述问题和改善其缺点。

发明内容

本发明为了解决现有单极性直流电网系统运行效率低的问题，减小直流微电网母线对地电压，同时满足各种变换器和负荷对不同电压等级的要求，使系统更加安全可靠，提供了一种基于三电平DC-DC变换器的风储双极性直流微电网及其控制方法。

本发明是通过如下技术方案实现的。

一种基于三电平DC-DC变换器的风储双极性直流微电网，包括风电单元、储能单元、负荷单元以及双极性直流母线。风电单元包括风电机组和风机变换器；风电机组由风力涡轮机和永磁同步发电机组成；风机变换器包括二极管整流器和三电平Boost变换器；风电机组通过风机变换器与双极性直流母线连接。储能单元包括超级电容器和三电平双向DC-DC变换器；超级电容器通过三电平双向DC-DC变换器与双极性直流母线连接。负荷单元包括并接于双极性直流母线上的三相DC-AC逆变器、单相DC-AC逆变器和DC-DC变换器，所述三相DC-AC逆变器连接三相负荷，所述单相DC-AC逆变器连接单相负荷，所述DC-DC变换器连接直流负荷；双极性直流母线由正、零、负三根直流母线组成。

上述基于三电平DC-DC变换器的风储双极性直流微电网，根据各单元运行特性，设定V_{DC_n}为直流母线电压的额定值，设定V_DC为直流母线电压实际值，设定α₁、α₂、β₁、β₂为运行区间的切换系数，并使得β₂<β₁<α₁<α₂。