[发明专利]一种含有前端电流平衡器的分布式电源低压直流接入系统及方法

说明书

本发明提供了一种含有前端电流平衡器的分布式电源低压直流接入系统及方法，该系统包括多种相互独立的分布式可再生能源发电装置，分布式可再生能源发电装置依据各自容量平均分配为正极组与负极组，通过P‑型以及N‑型Boost变换器接入用户端直流配电网的正极侧和负极侧；用户线路出口处挂接前端电流平衡器，实现用户节点与外电网间所交换的正、负极电流相等。本发明有效平抑由分布式电源与负荷波动造成的正、负极线路电流不均衡现象，使稳态下中性线平均电流为零；在理想网络条件下保证稳态时双极性直流配电网中正、负极电流、电压、功率处处均衡，提升电能质量；本发明实现分布式电源与负荷的高效、灵活直流接入。

技术领域

本发明涉及分布式可再生能源发电与直流配电技术领域，具体地涉及一种含有前端电流平衡器的分布式电源低压直流接入系统及方法。

背景技术

分布式发电并网是实现可再生能源开发利用的重要形式。近年来，随着光伏、风电等可再生能源开发利用规模快速增长，以分布式光伏为代表的分布式可再生能源装机容量与在配电网中的渗透率持续提高。目前分布式电源并网，主要采取交流并网方案，具体形式包括：中压交流并网：可再生发电单元通过逆变器与工频变压器接入中压交流系统；低压交流并网：可再生发电单元通过微型逆变器直接接入低压交流系统。

伴随规模化、高比例分布式电源接入，传统交流配电系统面临以下技术挑战：系统潮流分布与运行模式改变；配电网继电保护策略与参数整定方式改变；大量分布式逆变装置接入引发的谐波污染与系统稳定性问题；局部配电系统内电源总容量增加引起的线路过载问题。由此引发的系统安全稳定问题与效率问题，已经成为制约分布式可再生电源规模化、高渗透率接入电力系统的关键瓶颈。

相较于传统交流配电网，直流配电系统具有若干技术特点，包括：①适应潜在直流负载，减少中间转换环节，增效节能；②相同电压水平(线路耐压)下传输容量大，覆盖范围广；③无集肤效应，线损小；④不涉及无功功率与频率问题，系统分析、控制简明清晰；⑤与光伏电池板等直流输出型可再生发电装置存在内在相容性，适应分布式可再生电源高渗透率接入。因此，中/低压直流配电网，作为未来电力系统的重要形态与高比例可再生能源分布式接入的理想载体，已得到学术界与工业界的广泛关注，并在数据中心、通信机房等场合获得成功应用。

直流配电网依照对地电压关系不同，可分为单极性与双极性两种制式。其中双极性直流配电具备以下优点：用户侧可选供电电压等级多；可单极运行，供电可靠性高；相同容量下，线路対地电压低，绝缘应力小，安全性好。可以预见，双极性直流配电系统作为优势技术方案，将在未来区域性直流配电网建设中获得广泛运用。

构成双极性中/低压直流配电网的方式可分为两种：双VSC变换器直流侧串联输出，中点接地的“真双极”结构；单VSC变换器直流侧中间取地的“伪双极”结构(也称对称单极结构)。其中方案②因具有硬件成本低，运行控制方法简明等特点，广泛适用于低压直流配电网、直流微网的构建，其基本架构如图1所示。

低压直流配电网作为电力系统末梢环节，直接面对用户负载与分布式电源。当采用如图1(b)所示的对称单极制式构建低压直流配电系统时，因正、负两极所带负载不平衡，将导致两极对地电压不均衡，电能质量降低，影响系统正常运行，需引入电压平衡器(Voltage Balancer,VB)加以主动控制，结构见图2所示。