直流微电网结构的制作方法

本实用新型涉及电网领域，具体而言，涉及一种直流微电网结构。

背景技术：

能源问题是关系国家经济社会发展的全局性、战略性问题。随着一次能源日益枯竭和环保压力日益增大，世界各国均面临着能源结构的战略性调整，以可再生能源为主的清洁能源在国家能源中占据的比重越来越大。然而各种可再生能源以大规模并网形式接入电网时，因其规模大、间歇性强、优质等特点，传统的电力设备、电网结构和运行及时等日益显得力不从心。为了减小各种可再生能源大规模并网时对电网的冲击，同时为充分组合利用可再生能源，提高能源利用效率，微电网应运而生。

微电网的组网方式有交流微网和直流微网，交流微网比较成熟。直流微电网是以直流输电的形式，通过直流母线将微电源连接起来的可控微电网，作为一种新型的电网系统，直流微电网可以为个人和企业用户提供高质量的电能。相对于交流微网，直流微网具有电流变换环节少、变换效率高、控制灵活方便且便于分布式应用等优点，从而可大规模减少并网成本。

在典型的分布式直流微网系统中，如图1所示，一般包含分布式能源板块、储能板块、直流负载板块和交流板块等部分，各个板块通过不同形式的变流器并入各级直流母线。其中，分布式能源板块包括光伏阵列和风电机组；储能板块包括蓄电池、超级电容和电动汽车充电桩等；直流负载板块包括各种各样的直流负载；交流板块包括AC/DC变换器，作为并网接口。在分布式直流微网系统的基础上，通过共直流母线耦合的方式，可以构建多维分布式直流微网系统。

虽然分布式直流微网系统内部可主动实现能量的交换，维持系统的平衡，但无法进行能源的管理和交易。同时，由于不具备开放的直流母线接口，系统运行过程中盈余的能量，只能通过并网接口馈入电网，无法直接在系统间通过直流的方式流动。这样一来，势必存在较多的之间转换环节，导致能量在传输过程中损耗大，分布式能源利用率低。

进一步地，在分布式直流微网系统的基础上，通过共直流母线耦合的方式，构建多维分布式直流微网系统，存在如下问题：多维分布式直流微网系统启动过程中协调特性差，系统存在崩溃的风险；无法满足多维分布式直流微网系统间差异化需求，不具备智能匹配终端。

针对现有技术中的直流微电网结构能源利用率低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供了一种直流微电网结构，以至少解决现有技术中的直流微电网结构能源利用率低的技术问题。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种直流微电网结构，包括：直流母线；多个直流微电网区域Mn，通过共享接口接入直流母线，每个直流微电网区域Mi设置有一个控制终端Ni，控制终端Ni用于控制直流微电网区域Mi与其他n-1个直流微电网区域进行能量交换，其中，i＝1,2,…,n。

可选地，控制终端Ni用于控制直流微电网区域Mi将过剩的能量传输给满足第一预设条件的直流微电网区域Mj。

可选地，控制终端Ni用于控制直流微电网区域Mi从直流母线或其他n-1个直流微电网区域获取能量。

可选地，多个直流微电网区域Mn采用分布式架构。

可选地，每个直流微电网区域Mi包括：多个直流微电网系统Pm，通过共享接口接入直流母线，每个直流微电网系统Pk设置有一个控制终端Qk，控制终端Qk用于控制每个直流微电网系统Pk与其他m-1个直流微电网系统进行能量交换，其中，k＝1,2,…,m。

可选地，控制终端Qk用于控制直流微电网系统Pk将过剩的能量传输给多个直流微电网系统Pm中满足第二预设条件的直流微电网系统Pl。

可选地，控制终端Qk用于在检测到对应的直流微电网系统Pk出现能量不足的情况下，控制直流微电网系统Pk从直流母线或多个直流微电网系统Pm中其他m-1个直流微电网系统获取能量。

可选地，多个直流微电网系统Pm采用分布式架构。

可选地，每个直流微电网系统Pk包括：分布式能源板块，通过共享接口接入直流母线；储能板块，通过共享接口接入直流母线；交流板块，通过共享接口接入直流母线；直流负载板块，通过共享接口接入直流母线。

可选地，分布式能源板块至少包括如下之一：光伏阵列和风电机组，光伏阵列通过第一DC/DC变流器与共享接口连接，风电机组通过第一AC/DC变流器与共享接口连接；储能板块至少包括如下之一：蓄电池、超级电容和电动汽车充电桩，蓄电池通过第二DC/DC变流器与共享接口连接，超级电容通过第三DC/DC变流器与共享接口连接，电动汽车充电桩通过第四DC/DC变流器与共享接口连接；交流板块包括：第二AC/DC变流器，一端与共享接口连接，另一端接入交流电网；直流负载板块包括：直流负载，通过第五DC/DC变流器与共享接口连接。

在本实用新型实施例中，通过控制终端Ni控制对应的直流微电网区域Mi与其他n-1个直流微电网区域进行能量交换，减小之间传输和转换环节，达到节约能源的目的，从而解决了现有技术中的直流微电网结构能源利用率低的技术问题，达到降低能源损耗，提高能源利用率的技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据现有技术的一种直流微网系统的示意图；

图2是根据本实用新型实施例的直流微电网结构的示意图；以及

图3是根据本实用新型实施例的优选的直流微电网结构的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，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，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列单元的系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它单元。

根据本实用新型实施例，提供了一种直流微电网结构的实施例。

图2是根据本实用新型实施例的直流微电网结构的示意图，如图2所示，该直流微电网结构包括：直流母线20和多个直流微电网区域Mn。多个直流微电网区域Mn通过共享接口接入直流母线，每个直流微电网区域Mi设置有一个控制终端Ni，控制终端Ni用于控制直流微电网区域Mi与其他n-1个直流微电网区域进行能量交换，其中，i＝1,2,…,n。

可选地，多个直流微电网区域Mn采用分布式架构。

本实施例的优选的直流微电网结构如图3所示，该结构由n个不同的直流微电网区域(即上述的多个直流微电网区域Mn)组成，区域与区域之间采用分布式架构，每个区域均可以按照区域级别的分布式直流微网系统运作，每个区域具备一个智能终端(即上述的控制终端Ni，图3中未示出)，智能终端可以单独控制对应区域的能量管理，也可以通过开放的直流母线控制对应区域与其他n-1个区域进行智能匹配并参与n个区域的能源管理和交易。根据n个区域在地理上的跨度的大小，可以实现地区级、国家级、大洲级甚至全球级别的分布式直流微网系统。

根据本实用新型实施例，通过控制终端Ni控制对应的直流微电网区域Mi与其他n-1个直流微电网区域进行能量交换，减小之间传输和转换环节，达到节约能源的目的，从而解决了现有技术中的直流微电网结构能源利用率低技术问题，达到降低能源损耗，提高能源利用率的技术效果。

可选地，控制终端Ni用于在检测到对应的直流微电网区域Mi出现能量过剩的情况下，确定满足第一预设条件的直流微电网区域Mj，并控制直流微电网区域Mi将过剩的能量传输给直流微电网区域Mj，其中，第一预设条件用于表征直流微电网区域Mj与直流微电网区域Mi的距离小于等于预设距离。

如图3所示，该结构中，区域级的智能终端单独控制对应区域的能量管理，当检测到对应区域(即上述的直流微电网区域Mi)出现能量过剩时，可以按照就近原则，与其他n-1个区域进行智能匹配，确定满足就近原则的区域，并完成两个区域之间的能量交易，减小之间传输和转换环节，达到节能降耗的目的。

可选地，控制终端Ni用于在检测到对应的直流微电网区域Mi出现能量不足的情况下，控制直流微电网区域Mi从直流母线或其他n-1个直流微电网区域获取能量。

如图3所示，该结构中，区域级的智能终端单独控制对应区域的能量管理，当检测到对应区域(即上述的直流微电网区域Mi)出现能量不足时，可以直接从直流母线获取能量，或者也可以与其他n-1个区域进行智能匹配，从其他n-1个区域获取能量，实现根据不同需求协同匹配，组合利用分布式能源，达到提高能源的利用率的效果。

当检测到对应区域出现能量不足时，智能终端优先控制对应区域内部进行能量交换，例如，当区域1出现能量不足时，可以控制区域内部的变流器进行能量交换，保证区域能量平衡。

可选地，如图2所示，每个直流微电网区域Mi包括：多个直流微电网系统Pm。多个直流微电网系统Pm通过共享接口接入直流母线，每个直流微电网系统Pk设置有一个控制终端Qk，控制终端Qk用于控制每个直流微电网系统Pk与其他m-1个直流微电网系统进行能量交换，其中，k＝1,2,…,m。

可选地，多个直流微电网系统Pm采用分布式架构。

如图3所示，该结构中，每个区域内包含n个分布式直流微网系统(即上述的多个直流微电网系统Pm)，每个区域内的系统均采用分布式架构，且每个系统具备智能终端，智能终端可以单独控制对应系统的能量管理，也可以控制对应系统与其他n-1个系统进行智能匹配并参与n个系统的能源管理和交易。由于区域级别的直流微网系统与系统级别的直流微网系统实现方式一样，因此，系统级的智能终端可以按照区域级的智能终端进行设计，完成整个多维分布式直流微网系统。

可选地，控制终端Qk用于在检测到对应的直流微电网系统Pk出现能量过剩的情况下，从多个直流微电网系统Pm中确定满足第二预设条件的直流微电网系统Pl，并控制直流微电网系统Pk将过剩的能量传输给直流微电网系统Pl，其中，第二预设条件用于表征直流微电网系统Pl与直流微电网系统Pk的距离小于等于预设距离。

如图3所示，该结构中，系统级的智能终端单独控制对应系统的能量管理，当检测到对应系统(即上述的直流微电网系统Pk)出现能量过剩时，可以按照就近原则，与同一个区域内的其他n-1个系统进行智能匹配，确定满足就近原则的系统，并完成两个系统之间的能量交易，当同一个区域内不存在满足就近原则的系统时，可以通过区域级的智能终端，确定满足就近原则的区域，并完成系统与区域之间的能量交易，从而减小之间传输和转换环节，达到节能降耗的目的。

可选地，控制终端Qk用于在检测到对应的直流微电网系统Pk出现能量不足的情况下，控制直流微电网系统Pk从直流母线或多个直流微电网系统Pm中其他m-1个直流微电网系统获取能量。

如图3所示，该结构中，系统级的智能终端单独控制对应系统的能量管理，当检测到对应系统(即上述的直流微电网区域Mi)出现能量不足时，可以直接从直流母线获取能量，或者也可以与同一个区域内的其他n-1个系统进行智能匹配，从其他n-1个系统获取能量，在同一个区域内的其他n-1个系统无法满足该系统的能量时，可以通过区域级的智能终端，从其他n-1个区域获取能量，从而实现根据不同需求协同匹配，组合利用分布式能源，达到提高能源的利用率的效果。

同样的，当检测到对应系统出现能量不足时，系统级的智能终端优先控制对应系统内部进行能量交换，例如，当系统1出现能量不足时，可以控制系统内部的变流器进行能量交换，保证系统能量平衡。

可选地，如图1所示，每个直流微电网系统Pk包括：分布式能源板块、储能板块、交流板块和直流负载板块。分布式能源板块、储能板块、交流板块和直流负载板块通过共享接口接入直流母线。

可选地，如图1所示，分布式能源板块至少包括如下之一：光伏阵列和风电机组，储能板块至少包括如下之一：蓄电池、超级电容和电动汽车充电桩，交流板块包括：第二AC/DC变流器，直流负载板块包括：直流负载。光伏阵列通过第一DC/DC变流器与共享接口连接，风电机组通过第一AC/DC变流器与共享接口连接；蓄电池通过第二DC/DC变流器与共享接口连接，超级电容通过第三DC/DC变流器与共享接口连接，电动汽车充电桩通过第四DC/DC变流器与共享接口连接；第二AC/DC变流器一端与共享接口连接，另一端接入交流电网；直流负载通过第五DC/DC变流器与共享接口连接。

本实施例的直流微电网系统与现有的分布式直流微网系统结构相同，如图1所示，包含分布式能源板块、储能板块、储能板块和交流板块，各板块通过直流母线进行能量交换。其中，分布式能源板块包括光伏阵列和风电机组；储能板块包括蓄电池、超级电容、充电桩和电动汽车等；直流负载板块包括各种各样的直流负载；交流板块包括AC/DC变换器。但是，与现有的分布式直流微网系统结构不同的点在于，本实施例的直流微电网系统通过共享接口接入直流母线，并通过系统级的智能终端进行能量交换。

本实施例的直流微电网结构是在现有的分布式直流微网系统架构基础上，构建的多维分布式直流微网系统，由n个区域组成，每个区域包含n个分布式直流微网系统，系统与系统间，区域与区域间，均通过开放的直流母线参与能量交换。并且，在典型的直流微网系统上增加智能终端，该智能终端负责智能匹配分布式系统、能源管理和交易。一方面完善多维分布式直流微网系统启动策略和协调策略，根据不同需求协同匹配，组合利用分布式能源，提高能源的利用率；另一方面各单维分布式直流微网系统采取就近原则交易能源，减小之间传输和转换环节，达到节能降耗的目的，实现不同级别的分布式直流微网系统。使用具有相同功能的其他形式拓扑，同样可以取得本实施例的有益效果。

在本实用新型的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。