本实用新型涉及微电网领域，尤其涉及一种交直流智能家庭微网系统。
背景技术：
微电网(Micro-Grid)也译为微网，是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统。微电网是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。微电网的提出旨在实现分布式电源的灵活、高效应用，解决数量庞大、形式多样的分布式电源并网问题。《国务院关于加强城市基础设施建设的意见》指出，要“推进城市电网智能化，以满足新能源电力、分布式发电系统并网需求，优化需求侧管理，逐步实现电力系统与用户双向互动。以提高电力系统利用率、安全可靠水平和电能质量为目标，进一步加强城市智能配电网关键技术研究与试点示范”。因此，对未来电网的要求将主要体现在绿色低碳和高效可靠两个方面。从绿色低碳的角度，电网应满足大量新能源发电的广泛性、分布式接入需求，实现电源侧清洁替代。从高效可靠的角度，电网应充分挖掘一切对维持电能供需平衡有帮助的潜在“资源”，提高电网对新能源发电的接纳能力，同时提高电能质量和供电可靠性。
传统的家庭电网结构如附图1所示，在目前家庭中，部分用电设备，如风扇、洗衣机、洗碗机等，直接从220V市电上取电。随着家庭用电的多元化，越来越多的用电设备本质上需要的是直流电，如：计算机、笔记本、手机、电动车、直流变频空调等，需要将交流电转换为直流电后使用。中间这级 AC/DC转换，大约消耗10％的电能。
传统的家庭微网如附图2所示，大部分欧美家庭采用这种结构。该结构中既有交流用电设备，也有直流用电设备。此外，新增的直流新能源模块需经过DC-AC逆变为交流电，然后又转换为直流电供给直流用电设备，这种变换方式将消耗掉20％以上的电能。
附图2所示的新能源模块，其能量的间歇性问题，将影响电能质量敏感型负载的正常运行，并影响电网的稳定性，因此新能源发电不能全部并入电网。传统的解决方案是采用蓄电池储能，但蓄电池成本较高、储能容量有限，而且频繁的充放电会缩短蓄电池的使用寿命。
现有电网以“线路”为基本调度单元，缺乏对具体用电设备的调度能力，不能主动发挥“电能质量非敏感型负载”这类宝贵“资源”对电能供需平衡的调节作用，因此在电能供需失衡时只能被动地切除某条线路上的所有负载，给被动断电的用户造成损失。在这种调度方式下，如果强行接入大量发电量随机变化的新能源，电网的可靠性将会进一步降低。同时，常规的新能源的间歇性特点导致了电网很大的稳定性冲击。
因此，需建立一种新型的交直流混用的智能家庭微网，以平衡新能源发电功率的随机波动，在确保电能质量敏感型负载稳定运行的同时使得整个微网对市电呈现纯阻性和分时恒功率，提高上级电网的稳定运行能力，解决现有的新能源并网的家庭微网容易影响上级电网稳定运行的技术问题。
技术实现要素：
本实用新型实施例提供了一种交直流智能家庭微网系统，解决现有技术无法更好地实现敏感型负载的电压稳定的技术问题。
本实用新型实施例提供一种交直流智能家庭微网协同系统，包括交流型电能质量筛选调制器、直流型电能质量筛选调制器、功率协同模块；
交流母线通过所述交流型电能质量筛选调制器连接电能质量非敏感型负载交流母线；
直流母线通过所述直流型电能质量筛选调制器连接电能质量非敏感型负载直流母线；
所述交流型电能质量筛选调制器、所述直流型电能质量筛选调制器连接所述功率协同模块；
其中，所述功率协同模块接收由所述交流型电能质量筛选调制器和所述直流型电能质量筛选调制器检测的各母线参数并进行优化计算，得出所述电能质量非敏感型负载交流母线的电压、所述电能质量非敏感型负载直流母线的电压的最优解，并发出指令控制所述交流型电能质量筛选调制器和所述直流型电能质量筛选调制器调节所述电能质量非敏感型负载交流母线的电压、所述电能质量非敏感型负载直流母线的电压。
优选地，本实用新型实施例还包括电能存储模块；
所述电能存储模块连接所述直流型电能质量筛选调制器。
优选地，所述电能质量非敏感型负载交流母线连接交流型电能质量非敏感型负载；
所述电能质量非敏感型负载直流母线连接直流型电能质量非敏感型负载；
所述交流母线连接交流型电能质量敏感型负载；
所述直流母线连接直流型电能质量敏感型负载。
本实用新型实施例还提供一种交直流智能家庭微网系统，包括上述的交直流智能家庭微网协同系统，还包括：所述交流母线、交流子网、所述直流母线、直流子网、直流新能源子网、双向阻抗型AC/DC变换器模块；
所述交流子网包括所述交流型电能质量敏感型负载、所述交流型电能质量非敏感型负载、所述交流型电能质量筛选调制器；
所述直流子网包括所述直流型电能质量敏感型负载、所述直流型电能质量非敏感型负载、所述直流型电能质量筛选调制器。
所述交流母线分别连接市电、所述交流子网；
所述直流母线分别连接所述直流新能源子网、所述直流子网；
所述交流母线通过所述双向阻抗型AC/DC变换器模块与所述直流母线连接。
优选地，所述直流新能源子网具体为直流型新能源模块的组合，包括：光伏模块、风电模块；
优选地，所述市电通过孤岛开关与所述交流母线连接。
从以上技术方案可以看出，本实用新型实施例具有以下优点：
本实用新型实施例公开了一种交直流智能家庭微网协同系统，通过功率协同模块接收由电能质量筛选调制器检测的各母线参数并进行优化计算，进而控制电能质量筛选调制器调节母线电流电压和功率，从而平衡新能源发电功率的随机波动，实现了交直流家庭微网系统的稳定运行，解决现有技术中常规的新能源的间歇性特点对电网造成冲击的技术问题，使新能源100％并网并使交直流智能家庭微网协同系统对市电呈纯阻性和分时恒功率。此外，本实用新型实施例还提供了一种基于交直流智能家庭微网协同系统的交直流智能家庭微网系统，解决了现有技术中交流电能需经转换才能给直流负载供电、直流电能需经二次转换才能给直流负载供电的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本实用新型用于说明背景技术的传统的家庭式电路结构图；
图2为本实用新型用于说明背景技术的传统的新能源家庭微网电路结构；
图3为本实用新型实施例提供的一种交直流智能家庭微网协同系统的原理图；
图4为本实用新型实施例提供的一种交直流智能家庭微网系统的原理图；
图5为本实用新型实施例的交直流智能家庭微网系统运行方法的流程图；
图6为本发明另一个实施例的交直流智能家庭微网系统的另一种运行方法的流程图。
其中，附图标记如下所述：
1、功率协同模块；2、交流型电能质量筛选调制器；3、直流型电能质量筛选调制器；4、电能存储模块；5、交流型电能质量非敏感型负载；6、交流型电能质量敏感型负载；7、直流型电能质量非敏感型负载；8、直流型电能质量敏感型负载；9、双向阻抗型AC/DC变换器模块。
具体实施方式
本实用新型实施例提供了交直流智能家庭微网系统，解决现有技术无法更好地实现敏感型负载的电压稳定的技术问题。
为使得本实用新型的实用新型目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图3，本实用新型实施例提供一种交直流智能家庭微网协同系统，包括交流型电能质量筛选调制器2、直流型电能质量筛选调制器3、功率协同模块1；
交流母线通过交流型电能质量筛选调制器2连接电能质量非敏感型负载交流母线；
直流母线通过直流型电能质量筛选调制器3连接电能质量非敏感型负载直流母线；
交流型电能质量筛选调制器2、直流型电能质量筛选调制器3连接功率协同模块1；
其中，功率协同模块1接收由交流型电能质量筛选调制器2和直流型电能质量筛选调制器3检测的各母线参数并进行优化计算，得出电能质量非敏感型负载交流母线的电压、电能质量非敏感型负载直流母线的电压的最优解，并发出指令控制交流型电能质量筛选调制器2和直流型电能质量筛选调制器3 调节电能质量非敏感型负载交流母线的电压、电能质量非敏感型负载直流母线的电压。
需要说明的是，本发明实施例最终能使新能源100％并网并使交直流智能家庭微网协同系统对市电呈纯阻性和分时恒功率。
本实用新型实施例还包括电能存储模块4；
电能存储模块4连接直流型电能质量筛选调制器3。
电能质量非敏感型负载交流母线连接交流型电能质量非敏感型负载5；
电能质量非敏感型负载直流母线连接直流型电能质量非敏感型负载7；
交流母线连接交流型电能质量敏感型负载6；
直流母线连接直流型电能质量敏感型负载8。
具体地，交流型电能质量敏感型负载6具体为对电能质量的要求高的负载。交流型电能质量非敏感型负载5具体为对电能质量的要求不高的负载。电能质量包括电压、电流的精度、稳定性。
举个例子，交流型电能质量敏感型负载6指的是：电饭锅、计算机、洗衣机、电视、风扇等。交流型电能质量非敏感型负载5指的是：热水器、电热毯、电热水壶、建筑结冰设备等。
而直流型电能质量敏感型负载8和直流型电能质量非敏感型负载7的概念和交流型电能质量敏感型负载6和交流型电能质量非敏感型负载5类似，本领域人员能清楚识别交流与直流的区别，此处不再赘述。
以上是对本实用新型实施例提供的一种交直流智能家庭微网协同系统进行详细的描述，以下将对本实用新型实施例提供的一种交直流智能家庭微网系统进行详细的描述。
请参阅图4，本实用新型实施例还提供一种交直流智能家庭微网系统，包括上述的交直流智能家庭微网协同系统，还包括：交流母线、交流子网、直流母线、直流子网、直流新能源子网、双向阻抗型AC/DC变换器模块9；
交流子网包括交流型电能质量敏感型负载6、交流型电能质量非敏感型负载5、交流型电能质量筛选调制器2；
直流子网包括直流型电能质量敏感型负载8、直流型电能质量非敏感型负载7、直流型电能质量筛选调制器3。
交流母线分别连接市电、交流子网；
直流母线分别连接直流新能源子网、直流子网；
交流母线通过双向阻抗型AC/DC变换器模块9与直流母线连接。
直流新能源子网具体为直流型新能源模块的组合，包括：光伏模块、风电模块；
市电通过孤岛开关与交流母线连接。
以上是本实用新型实施例提供的一种交直流智能家庭微网系统进行详细的描述，以下将对本实用新型实施例的交直流智能家庭微网系统的运行方法进行详细的描述。
请参阅图5，本实用新型实施例提供的一种智能家庭微网系统的运行方法，基于上述的智能家庭微网协同系统协同上述的智能家庭微网系统进行执行，包括：
101、功率协同模块接收由交流型电能质量筛选调制器检测的交流母线的电压电流参数和电能质量非敏感型负载交流母线的电压电流参数，由直流型电能质量筛选调制器检测直流母线的电压电流参数和电能质量非敏感型负载直流母线的电压电流参数；
102、功率协同模块根据所述交流母线的电压电流参数、电能质量非敏感型负载交流母线的电压电流参数、直流母线的电压电流参数和电能质量非敏感型负载直流母线的电压电流参数，进行优化计算，获取电能质量非敏感型负载交流母线的电压、电能质量非敏感型负载直流母线的电压的最优解；
103、功率协同模块根据所述最优解通过交流型电能质量筛选调制器调节电能质量非敏感型负载交流母线的电压，直流型电能质量筛选调制器调节电能质量非敏感型负载直流母线的电压。
上述步骤102中的进行优化计算具体为：
以交流型电能质量筛选调制器、直流型电能质量筛选调制器、双向阻抗型AC/DC变换器的功率损耗之和最小化为优化目标，以智能家庭微网系统对市电呈纯阻性和分时恒功率、新能源100％并网为约束条件，进行优化计算。
需要说明的是，通过交流型电能质量筛选调制器调节电能质量非敏感型负载交流母线的电压，直流型电能质量筛选调制器调节电能质量非敏感型负载直流母线的电压中运用到的技术为：用调节器来调节非敏感负载上的电压、有功、无功来实现敏感上的有功、无功和电压的稳定。
以上是对本实用新型实施例提供的一种智能家庭微网系统运行方法进行详细的描述，以下将对本实用新型另一个实施例提供的交直流智能家庭微网系统运行方法进行详细的描述。
请参阅图6，本实用新型另一个实施例提供的交直流智能家庭微网系统运行方法，基于包括电能存储模块的智能家庭微网协同系统协同智能家庭微网系统进行执行。智能家庭微网系统运行方法具体为：
201、功率协同模块接收由交流型电能质量筛选调制器检测的交流母线的电压电流参数和电能质量非敏感型负载交流母线的电压电流参数，由直流型电能质量筛选调制器检测所述电能储存模块的电压电流参数、直流母线的电压电流参数和电能质量非敏感型负载直流母线的电压电流参数；
202、功率协同模块根据所述交流母线的电压电流参数、电能质量非敏感型负载交流母线的电压电流参数、直流母线的电压电流参数、所述电能储存模块的电压电流参数和电能质量非敏感型负载直流母线的电压电流参数，进行优化计算，获取电能质量非敏感型负载交流母线的电压、电能质量非敏感型负载直流母线的电压、电能存储模块充放电功率的最优解；
203、功率协同模块根据所述最优解通过交流型电能质量筛选调制器调节电能质量非敏感型负载交流母线的电压，直流型电能质量筛选调制器调节电能质量非敏感型负载直流母线的电压、电能存储模块充放电功率。
上述步骤202中的进行优化计算具体为：
以交流型电能质量筛选调制器、直流型电能质量筛选调制器、双向阻抗型AC/DC变换器、电能存储模块的功率损耗之和最小化且电能存储模块使用寿命最大化为优化目标，以智能家庭微网系统对市电呈纯阻性和分时恒功率、新能源100％并网为约束条件，进行优化计算。
需要说明的是，分时恒功率是指智能家庭微网系统在一段时间内对市电在功率上保持恒定，比如在早上6点至8点对市电的需求功率为1000瓦。分时是指该恒定的功率能够在不同时间段保持不同的恒定值。
以上是对本实用新型实施例提供的一种智能家庭微网协同方法进行详细的描述，以下将对本实用新型另一个实施例提供的一种交直流智能家庭微网系统进行详细的描述。
本实用新型另一个实施例提供一种交直流智能家庭微网系统，包括市电接口、孤岛开关、交流母线、交流子网、直流母线、直流子网、直流新能源子网、双向阻抗型AC/DC变换器模块9、功率协同模块1。
市电接口，连接到孤岛开关，孤单开关连接到交流母线；
交流母线与交流子网连接。
双向阻抗型AC/DC变换器模块9连接于交流母线与直流母线之间，实现能量的交换。
直流新能源子网连接于直流母线。
直流子网连接于直流母线。
功率协同模块1分别与交流子网与直流子网连接，实现功率的协同控制。
本实用新型另一个实施例提供的一种交直流智能家庭微网系统中的交流子网，指的是包括：交流型电能质量筛选调制器2、电能质量非敏感型负载交流母线、N个交流型电能质量非敏感型负载接口、交流母线上的电压与电流检测模块、M个交流型电能质量敏感型交流负载接口。
交流型电能质量筛选调制器2连接于交流母线与电能质量非敏感型负载交流母线之间；
N个交流型电能质量非敏感型负载接口连接于电能质量非敏感型负载交流母线上；
M个交流型电能质量敏感型负载接口连接于交流母线上；
交流型电能质量敏感型负载6指的是：电饭锅、计算机、洗衣机、电视、风扇等。
交流型电能质量非敏感型负载5指的是：热水器、电热毯、电热水壶、建筑结冰设备等。
而直流型电能质量敏感型负载8和直流型电能质量非敏感型负载7的概念和交流型电能质量敏感型负载6和交流型电能质量非敏感型负载5类似，本领域人员能清楚识别交流与直流的区别，此处不再赘述。
电压电流检测模块从交流母线上获取信号，并传递给功率协同模块，用于在交流型电能质量筛选调制器2无法检测交流母线的时候或者交流型电能质量筛选调制器2在设计上无法实现检测交流母线的功能时对交流母线进行检测。
本实用新型另一个实施例提供的一种交直流智能家庭微网中的直流子网，指的是包括：直流型电能质量筛选调制器、电能存储模块、直流母线上的电压电流检测模块、直流型电能质量非敏感型负载母线、U个直流型电能质量非敏感型负载接口、V个直流型电能质量敏感型负载接口。
直流型电能质量筛选调制器连接于直流母线与电能质量非敏感型负载直流母线之间；
U个直流型电能质量非敏感型负载接口连接于电能质量非敏感型负载直流母线上；
V个电能质量敏感型直流负载接口连接于直流母线上；
电能存储模块连接于直流型电能质量筛选调制器上，与直流型电能质量筛选调制器相结合，实现新能源的合理分配和调制。
本实用新型另一个实施例提供的一种交直流智能家庭微网中的直流新能源子网，指的是包括：光伏模块、风电模块、以及其他直流型能源模块。新能源模块均连接于直流母线上。
本实用新型另一个实施例提供的一种交直流智能家庭微网中的双向阻抗型AC/DC变换器模块，指的是将阻抗网络置于直流母线端，进而使得AC/DC 变换器获得对直流母线短路免疫的功能，提高了该微网结构的鲁棒性。
本实用新型另一个实施例提供的一种交直流智能家庭微网中的功率协同模块中的一个方面，指的是：电压电流检测模块将检测到的信号发到功率协同模块，同时，交流型电能质量筛选调制器将会检测交流母线的电压、电流和功率发给功率协同模块；交流型电能质量筛选调制器将会检测各交流敏感型负载接口的参数，并发给功率协同模块；交流型电能质量筛选调制器将会检测各交流非敏感型负载接口的参数，并发给功率协同模块。
直流型电能质量筛选调制器将会检测直流母线的电压、电流和功率发给功率协同模块；直流型电能质量筛选调制器将会检测各直流敏感型负载接口的参数，并发给功率协同模块；直流型电能质量筛选调制器将会检测各直流非敏感型负载接口的参数，并发给功率协同模块。
直流型电能质量筛选调制器将会检测电能存储模块的参数，并发给功率协同模块。
功率协同模块在收到上述的数据后，以智能家庭微网系统对市电呈现纯阻性和分时恒功率、新能源完全并网为约束条件，以交流型电能质量筛选调制器、直流型电能质量筛选调制器、双向阻抗型AC/DC变换器、电能存储模块的功率损耗之和最小化，且电能存储模块使用寿命最大化为优化目标，进行优化计算，获得电能质量非敏感型负载交流母线电压、电能质量非敏感型负载直流母线电压和电能存储模块充放电功率的最优解，并分别传递给交流型电能质量筛选调制器、直流型电能质量筛选调制器进行实施控制。
本实用新型另一个实施例提供的一种交直流智能家庭微网包括通过对双向阻抗型AC/DC变换器模块9的控制，将直流母线电压维持在额定值。
需要说明的是，与现有技术相比，本实用新型是通过在现有电网结构的基础上，增加直流母线及相应的双向阻抗型AC/DC变换器以构成交直流混用的智能家庭微网，并将负载分为电能质量敏感型负载和电能质量非敏感型负载，通过相应的电能质量筛选调制器调节电能质量非敏感型负载的功率，以平衡新能源发电功率的随机波动，在确保电能质量敏感型负载稳定运行的同时使得整个微网对市电呈现纯阻性和分时恒功率，提高上级电网的稳定运行能力。此外，本实用新型还有效避免了传统新能源模块多级能量变换(直流- 交流-直流)低效率的缺点。
本实用新型所提出的一种交直流智能家庭微网，通过充分利用电能质量非敏感型负载这类宝贵的储能资源，在保证新能源发电充分利用的同时，使整个微网对市电呈现纯阻性和分时恒功率，在理论上使得家庭电网对上级电网实现零污染。
需要说明的是，本发明实施例最终能使新能源100％并网并使交直流智能家庭微网协同系统对市电呈纯阻性和分时恒功率。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
以上所述，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。