[实用新型]一种基于直接矩阵变换器进行组网的交流微电网系统

说明书

本实用新型涉及一种基于直接矩阵变换器进行组网的交流微电网系统，属于电力电子与交流微电网技术领域。系统包括交流源型分布式发电单元、直接矩阵变换器、飞轮储能单元、交流母线、双向并网变换器、直流储能单元、系统负载、并网变换器、光伏发电单元。所述的直接矩阵变换器为三相双向直接矩阵变换器，不存在直流环节，可以进行直接的交流到交流的变换。交流源型分布式发电单元和飞轮储能单元通过三相双向直接矩阵变换器与交流母线连接为负载供电。特别是在连接飞轮储能与交流母线时，直接矩阵变换器可实现能量的双向流动，而且具有效率高、体积小、可控性高等特点。

技术领域

本实用新型涉及一种基于直接矩阵变换器进行组网的微电网系统，属于电力电子与交流微电网技术领域。

背景技术

微电网的发展离不开电力电子技术，电力电子变换器在发电、输配电、控制等环节发挥重要的作用，是推动智能电网发展的支撑技术。为适应能源开发战略和提高新能源利用率，利用大功率电力电子装置进行组网，建设新一代电力系统将成为未来发展趋势。在微电网中，大多数的分布式能源发电都需要通过电力电子装置组网以给负载供电或与外部电网并网，随着分布式发电技术的推广以及电力电子技术的广泛应用，电力系统将呈现电力电子化。目前普遍应用于微电网和分布式发电的电力电子变换器是电压源型逆变器。很多现有的微电网结构都是基于逆变器的系统，但是这种结构也存在一些问题。

对直流源型能源的发电系统(如光伏发电、燃料电池等)来说，通常需要通过DC-DC变换器先进行电压变换，然后再用逆变器将直流电转换成工频交流电来给负载供电或进行并网；对于交流源型能源的发电系统(如风力发电、燃气轮机等)来说，需要将整流器(AC-DC)与逆变器(DC-AC)相结合来实现从交流到交流的变换(AC-DC-AC)，目的是将不稳定的交流电转换成稳定的工频交流电。

上述的AC-DC-AC变换器为间接AC-AC变换结构，中间直流环节含有电解电容，这个直流环节电解电容带来了许多问题：(1)电解电容的体积通常很大，增大了整个变换器系统的体积；(2)电解电容较易老化，难维护，寿命较短；(3) 直流环节带来能量损耗，降低系统效率等。

而直接矩阵变换器，不需要直流环节和电解电容，可以进行直接的AC-AC 变换。这种变换器具有“绿色”变频器的如下特点：(1)输入输出电流波形正弦；(2)输入功率因数可控并且可控制到单位功率因数；(3)能量可双向流动； (4)输出电压和频率可自由调节；(5)电路简单且体积小。所以直接矩阵变换器吸引了广泛关注，被认为是传统的AC-DC-AC变换器的有效替代方案。

本实用新型要解决的技术问题：提供一种基于直接矩阵变换器进行组网的交流微电网系统，交流源型分布式发电单元和飞轮储能单元通过三相双向直接矩阵变换器与交流母线相连，其中交流到交流的变换是直接的，不存在直流环节，从而有效避免了直流环节和直流环节电容所带来的问题。

一种基于直接矩阵变换器进行组网的交流微电网系统，包括交流源型分布式发电单元、直接矩阵变换器、飞轮储能单元、交流母线、双向并网变换器、直流储能单元、系统负载、并网变换器、光伏发电单元。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有交流源型分布式发电并网变换器存在的问题，提供一种基于直接矩阵变换器的进行组网的交流微电网系统，系统中不存在直流环节及直流环节电容，结构紧凑、简单，效率高，非常适合用于交流源型电源的组网。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于直接矩阵变换器进行组网的交流微电网系统，包括交流源型分布式发电单元、直接矩阵变换器、飞轮储能单元、交流母线、双向并网变换器、直流储能单元、系统负载、并网变换器、光伏发电单元。所述的交流源型分布式发电单元以三相交流电为输出的分布式电源，可以是风力发电单元、微型燃气轮机发电单元等；所述的直接矩阵变换器为三相双向直接矩阵变换器，由9个双向开关器件组成，不存在直流环节及直流环节电容，可实现三相交流到三相交流的直接变换；所述的飞轮储能单元中的驱动电机为三相交流电机，可以是异步电机或者同步电机。