一种微电网系统的制作方法

本实用新型涉及电力电网技术领域，具体涉及一种微电网系统。

背景技术：

随着电网规模不断扩大，已逐步发展成集中发电、远距离输电的超大互联网络系统。但远距离输电的不断增大，使得受前端电网对外来电力依赖程度的不断提高，电网运行的稳定性和安全性趋于下降，而且难于满足多样化供电需求。另一方面，对全球常规能源的逐渐枯竭、环境污染等问题的担忧却日益突显。鉴于此，环保、高效和灵活的微电网系统广受青睐。

现有的微电网系统主要是由并网逆变电源和离网逆变电源两部分组成，通常情况下，微电网又是与市电电网连接的，以确保系统供电的稳定性和可靠性。然而，由于现有的离网逆变电源大多只具有单一的负载供电功能，并且并网逆变电源存在供电波动性较大的特性，一旦发生市电失电且离网逆变电源所存储的电量不足等问题时，很容易引发电网故障、负载供电不稳定、电能质量下降等诸多问题，影响用电安全。

技术实现要素：

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种微电网系统，以达到提高微电网系统运行的可靠性的目的。

一种实施例提供一种微电网系统，包括：

交直流双向变换单元，用于根据接收到的控制信号将交流电整流为直流电输出或将直流电逆变为交流电输出，所述交直流双向变换单元具有交流端、直流端和控制端，所述直流端用于连接直流电源，所述交流端用于连接交流负载的输入端和交流电源的输出端；

并网逆变单元，具有并网输入端和并网输出端，所述并网输入端用于连接新能源发电系统，所述并网输出端连接交流端，且所述并网输出端用于交流负载的输入端和交流电源的输出端，所述并网输出端、交流端和交流电源的输出端并联在交流负载的输入端；以及

数字信号处理控制系统，与控制端连接，用于根据交流电源的状态信息和/或直流电源的状态信息向交直流双向变换单元发送控制信号，以控制所述交直流双向变换单元的整流时序或逆变时序。

一个实施例中，还包括隔离变压单元，所述隔离变压单元连接于交流端与并网输出端之间，且所述隔离变压单元用于连接交流负载的输入端和交流电源的输出端。

一个实施例中，所述隔离变压单元包括工频变压器，所述工频变压器包括：

副边线圈，连接所述并网输出端，且所述副边线圈用于交流负载的输入端和交流电源的输出端；以及

原边线圈，所述原边线圈具有第一连接端和第二连接端，所述第一连接端和第二连接端分别连接交流端。

一个实施例中，所述交直流双向变换单元包括：

第一可控开关，具有一控制端和两电流导通端，所述第一可控开关的控制端连接数字信号处理控制系统，所述第一可控开关的两电流导通端分别作为直流端连接直流电源的正极和作为交流端连接第二连接端；

第二可控开关，具有一控制端和两电流导通端，所述第二可控开关的控制端连接数字信号处理控制系统，所述第二可控开关的两电流导通端分别作为直流端连接直流电源的正极和作为交流端连接第一连接端；

第三可控开关，具有一控制端和两电流导通端，所述第三可控开关的控制端连接数字信号处理控制系统，所述第三可控开关的两电流导通端分别作为直流端连接直流电源的负极和作为交流端连接第二连接端；以及

第四可控开关，具有一控制端和两电流导通端，所述第四可控开关的控制端连接数字信号处理控制系统，所述第四可控开关的两电流导通端分别作为直流端连接直流电源的负极和作为交流端连接第一连接端；

所述数字信号处理控制系统通过各可控开关的控制端周期性切换第一可控开关、第二可控开关、第三可控开关及第四可控开关的导通状态和断开状态，以控制所述交直流双向变换单元的整流时序或逆变时序。

一个实施例中，所述第一可控开关、第二可控开关、第三可控开关和第四可控开关均为带有单通二极管的场效应管。

一个实施例中，还包括检测单元，所述检测单元与数字信号处理控制系统连接，所述检测单元用于检测交流电源的状态信息并输出和/或用于检测直流电源的状态信息并输出，所述交流电源的状态信息包括交流电源的电压信息，所述直流电源的状态信息包括直流电源的电压信息；

所述数字信号处理控制系统用于根据检测单元输出的信号向交直流双向变换单元发送控制信号，以控制所述交直流双向变换单元的整流时序或控制时序。

一个实施例中，所述新能源发电系统为太阳能光伏发电系统或风力发电系统。

一个实施例中，还包括人机交互单元，所述人机交互单元与数字信号处理控制系统连接，所述人机交互单元包括输入模块，所述输入模块用于输入预设信息，并将所述预设信息输出至数字信号处理控制系统，所述预设信息包括交流电源的电压规格信息和直流电源的电压规格信息。

一个实施例中，所述人机交互单元还包括显示模块，所述显示模块用于接收并显示数字信号处理控制系统输出的信息。

依据上述实施例的微电网系统，包括并网逆变单元、与并网逆变单元并联的交直流双向变换单元以及与交直流双向变换单元连接的数字信号处理控制系统；其中，交直流双向变换单元根据数字信号处理控制系统的控制信号将直流电源输出的直流电逆变为交流电，或者将并网逆变单元或交流电源输出交流电整流为直流电。在数字信号处理控制系统的配合下，将交直流双向变换单元和并网逆变单元以并联的方式组成的微电网系统，使微电网系统可同时融入交流电源、直流电源和新能源发电系统等多种不同形式的电源，不但可以对交流负载的进行可靠稳定供电，而且利用数字信号处理控制系统对交直流双向变换单元的整流时序和逆变时序的控制可以使满足多样化的实际需求。

附图说明

图1为一种实施例的微电网系统的结构示意图(一)；

图2为一种实施例的微电网系统的结构示意图(二)；

图3为一种实施例的微电网系统的系统原理框图(一)；

图4为一种实施例的微电网系统的系统原理框图(二)。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

本申请提供的微电网系统主要针对现有的离网逆变器因只具有单一供电功能而无法良好地适用于微电网系统，且并网发电系统因供电不稳定而容易影响电网系统的可靠性等问题，通过对离网逆变器的改进，与并网发电系统共同组成一微电网系统，不但可以使电网系统高效灵活地运行，增强电网系统运行的可靠性，达到削峰填谷、节能环保的效果，而且可以有效满足多样化的实际使用需求。

请参阅图1和图3，一种实施例中提供一种微电网系统，包括数字信号处理控制系统10(数字信号处理控制系统，即：digitalsignalprocess，简称dsp)、隔离变压单元20、交直流双向变换单元30和并网逆变单元40，下面分别进行说明。

数字信号处理控制系统10与交直流双向变换单元30连接，作为交直流双向变换单元30的核心控制系统来使用；其主要用于根据交流电源a的状态信息和/或直流电源b的状态信息向交直流双向变换单元30发送控制信号，控制交直流双向变换单元30的整流时序(即：将取得的交流电整流转换为直流电并输出)或逆变时序(即：将取得的直流电逆变转换为交流电并输出)，实现对交直流双向变换单元30的交流电-直流电双向转换的功能；同时，也可用于根据直流电源b的状态信息控制交直流双向变换单元30输出的交流电的频率。

本实施例中，交流电源a可以为市电供电系统，直流电源b可以由现有的储能电池及关联的充放电管理系统组成的供电系统；其中，交流电源a的状态信息和直流电源b的状态信息，包括但不限于输出的电压信息、电流信息、由输出的电压信息和/或电流信息与相应的阈值信息进行比较后所形成的比较信息、由输出的电压信息和/或电流信息转换后所形成的功率信息等等。

隔离变压单元20用于实现升压安全隔离和降压安全隔离，本实施例中，请参阅图1和图3，隔离变压单元20包括一工频变压器，该工频变压器包括副边线圈21和原边线圈22，副边线圈21连接并网逆变单元30的输出端以及用于连接交流电源a的输出端和交流负载d的输入端，并且副边线圈21、交流电源a的输出端与并网逆变单元30的输出端并联在交流负载d的输入端；原边线圈22则具有第一连接端221和第二连接端222，利用第一连接端221和第二连接端222连接交直流双向变换单元30。可以理解为：由于交直流双向变换单元30具有逆变和整流的变换功能，故副边线圈21和原边线圈22是一个相对概念，其仅代表工频变压器的两个不同的绕组。

请参阅图1和图3，交直流双向变换单元30具有交流端31、直流端32和控制端33；其中，交流端31连接隔离变压单元20的原边线圈22，并且通过隔离变压单元20的副边线圈21连接并网逆变单元40的输出端、交流电源a的输出端以及交流负载d的输入端，使得交直流双向变换单元30、并网逆变单元40和交流电源a并联在交流负载d的输入端；直流端32用于连接直流电源b，控制端33则与数字信号处理控制系统10连接，以通过接收数字信号处理控制系统10所发送的控制信号，将交流电源a和/或并网逆变单元40输出的交流电整流转换为直流电后输出至直流电源b，实现对直流电源b充电的目的，或者将直流电源b输出的直流电逆变转换为交流电后并入交流负载d的供电网络，实现对交流负载d供电的目的。

一个具体实施例中，请参阅图1，交直流双向变换单元30包括第一可控开关s1、第二可控开关s2、第三可控开关s3和第四可控开关s4，第一可控开关s1、第二可控开关s2、第三可控开关s3和第四可控开关s4均采用带有单通二极管的n沟道型场效应管，并且均具有一个控制端(即：栅极g)和两个电流导通端(即：漏极d和源极s)。其中：

第一可控开关s1的栅极g连接数字信号处理控制系统10、漏极d作为直流端32连接直流电源b的正极、源极s作为交流端31连接第二连接端222；

第二可控开关s2的栅极g连接数字信号处理控制系统10、漏极d作为直流端32连接直流电源b的正极、源极s作为交流端31连接第一连接端221；

第三可控开关s3的栅极g连接数字信号处理控制系统10、源极s作为直流端32连接直流电源b的负极、漏极d作为交流端31连接第二连接端222；

第四可控开关s4的栅极g连接数字信号处理控制系统10、源极s作为直流端32连接直流电源b的负极、漏极d作为交流端31连接第一连接端221。

数字信号处理控制系统10通过各可控开关的控制端周期性切换第一可控开关s1、第二可控开关s2、第三可控开关s3及第四可控开关s4的导通状态和断开状态，来实现对交直流双向变换单元30的整流时序或逆变时序。需要说明的是，由前述四个可控开关所组成的交直流双向变换单元30的整流时序和逆变时序已经属于行业内的公知技术，可通过周期性地调整第一可控开关s1和第四可控开关s4(或者第二可控开关s2和第三可控开关s3)的通断状态来转换电流的流向，从而将直流电逆变转换为交流电，或者将交流电整流转换为直流电；具体地，以数字信号处理控制系统10控制交直流双向变换单元30的逆变时序为例，在一个周期内，数字信号处理控制系统10通过控制端首先控制第一可控开关s1和第四可控开关s4导通、第二可控开关s2和第三可控开关s3关断，而后再控制第二可控开关s2和第三可控开关s3导通、第一可控开关s1和第四可控开关s4关断；依次进行多个周期的循环切换，即可实现将直流电逆变转换为交流电的过程。由于该部分的逆变时序和整流时序属于现有技术，故在此不作详细说明，而且，所采用的数字信号处理控制系统10向各可控开关的控制端所发送的使能信号的波形状态(如正弦波、pwm波、spwm波)也不再进行限制。

当然，其他实施例中，第一可控开关s1、第二可控开关s2、第三可控开关s3和第四可控开关s4也可以是继电器、其他电子开关及其结合。

另一个具体实施例中，请参阅图2，在具备第一可控开关s1、第二可控开关s2、第三可控开关s3和第四可控开关s4基础上，交直流双向变换单元30还包括第五可控开关s5和第六可控开关s6，第五可控开关s5和第六可控开关s6也同时采用带有单通二极管的n沟道型场效应管，并且均具有一个控制端(即：栅极g)和两个电流导通端(即：漏极d和源极s)；其中，第五可控开关s5的栅极g和第六可控开关s6的栅极g分别连接数字信号处理控制系统10，第五可控开关s5的漏极d连接第六可控开关s6的源极s和第一可控开关s1的漏极d，第五可控开关s5的源极s连接直流电源b的负极，第一可控开关s1的漏极d和第五可控开关s5的漏极d同时通过第六可控开关s6的漏极d连接直流电源b的正极。以此，利用增加的第五可控开关s5和第六可控开关s6，可在交直流双向变换单元30的逆变时序中，可形成spwm波形，从而有效降低场效应管的损耗；而在整流时序中，则可有助于减少场效应管的损耗、改善直流侧输出特性。

并网逆变单元40可以采用现有的适用于新能源发电系统e的并网逆变器，主要用于将新能源发电系统e所产生的电能并入交流负载d的供电内，以实现对交流负载d的供电或者对通过交直流双向变换单元30的作用对直流电源b进行充电。并网逆变单元40具有并网输入端41和并网输出端42，并网输入端41用于连接新能源发电系统e，并网输出端42与副边线圈21、交流电源a的输出端同时并联在交流负载d的输入端。本实施例中，新能源发电系统e可以为太阳能光伏发电系统，也可以为风力发电系统。

一方面，在数字信号处理控制系统10和隔离变压单元20的配合下，将交直流双向变换单元30和并网逆变单元40以并联的方式组成的微电网系统，使微电网系统可同时融入交流电源a、直流电源b和新能源发电系统e等多种不同形式的电源，不但可以对交流负载d的进行可靠稳定供电，而且利用数字信号处理控制系统10与交直流双向变换单元30的关系可以使微电网系统满足多样化的实际需求；具体为：

1、当交流电源a正常供电时，既可以使数字信号处理控制系统10能够根据此时的交流电源a的状态信息，控制交直流双向变换单元30将直流电源b所输出的直流电逆变转换为交流电，并同时与并网逆变单元40输出的交流电、交流电源a输出的交流电并入交流负载d的供电网，以同时对交流负载d进行供电；又可以使数字信号处理控制系统10能够根据直流电源b的状态信息(如蓄电池处于负功率状态、电量不足状态等)，控制交直流双向变换单元30从交流电源a和/或并网逆变单元40取电，以将获取的交流电整流转换为直流电，实现对直流电源b进行充电。

2、当交流电源a出现故障或者断路时，使数字信号处理控制系统10能够根据此时的交流电源a的状态信息、微电网系统搭载的交流负载d的实际功率信息、并网逆变单元40的额定功率信息等，控制交直流双向变换单元30的整流时序或逆变时序；如：当并网逆变单元40的额定功率小于微电网系统搭载的交流负载d的实际功率时，控制交直流双向变换单元30将直流电源b所输出的直流电逆变转换为交流电，并同时与并网逆变单元40输出的交流电并入交流负载d的供电网，以同时对交流负载d进行供电。当并网逆变单元40的额定功率小于微电网系统搭载的交流负载d的实际功率时，且直流电源b处于诸如负功率状态等情况下，则可控制交直流双向变换单元30从并网逆变单元40取电，以将获取的交流电整流转换为直流电，实现对直流电源b进行充电；与此同时，在直流电源b出现过压或过流时，则可控制交直流双向变换单元30调整输出频率(如调高或调低)，以切断并网逆变单元40。

另一方面，在传统离网逆变器的基础上，通过对其功能结构的改进，并在数字信号处理控制系统10的配合下所形成的交直流双向变换单元30，具备依据微电网系统应用时的实际情况进行交直流双向变换的功能，有效解决了传统离网逆变器因只具有单一的供电功能，而在应用于微电网系统时，容易在发生电源的故障、电源电量不足等现象时影响微电网系统正常运行的问题。

一些实施例中，在保证微电网系统具备其他安全应用能力的条件下，也可省略隔离变压单元20，将交直流双向变换单元30的交流端直接与并网逆变单元30和交流电源a并联在交流负载d的输入端，有利于减少系统的电子元器件的配置数量、降低系统的配置成本和结构复杂性。

请参阅图4，一种实施例提供一种微电网系统，还包括检测单元50，检测单元50与数字信号处理控制系统10连接，主要用于检测交流电源a的状态信息并输出和/或用于检测直流电源b的状态信息并输出，以便数字信号处理控制系统10能够根据检测单元50所输出的信息控制交直流双向变换单元30的逆变时序或整流时序；其中，交流电源a的状态信息和直流电源b的状态信息在前述实施例中已经述及，故在此不作赘述。需要说明的是，检测单元50的具体电路结构可参考现有技术中的能够实现诸如电压、电流、功率等项目的检测功能的相关电路进行选择设置，在此不作一一赘述。

请参阅图4，一种实施例提供一种微电网系统，还包括人机交互模块60，其与数字信号处理控制系统10连接，人机交互模块60包括用于输入预设信息的输入模块，预设信息包括但不限于微电网系统搭载的交流负载d的功率信息、并网逆变单元40的额定功率信息、交流电源a的输出电压/电流信息、直流电源b的功率信息以及相关的电压、电流、功率等阈值等等；输入模块可以是键盘、操作按钮等，当输入模块是键盘或操作按钮时，用户可以直接通过输入模块输入所需要的各项预设信息。本实施例中，人机交互模块60可自动将用户输入的信息发送给数字信号处理控制系统10，或者数字信号处理控制系统10实时或定时对输入模块输入的信息进行读取，数字信号处理控制系统10接收到相应信息后，对信息进行分析处理，然后根据分析结果控制交直流双向变换单元30的逆变时序或整流时序。

一个实施例中，人机交互模块60还包括显示模块，此时输入模块还可以是鼠标、键盘等，也可以是与显示模块集成在一起的触控屏，当输入模块时鼠标、键盘或触控屏时，用户可以将输入模块与显示模块上的软键盘、操作图标、选项卡、菜单选项等相结合完成预设信息的输入。显示模块可用于显示输入模块输入的信息、数字信号处理控制系统10输出的信息、交直流双向变换单元30的时序状态信息、微电网系统的运行状态信息及相关的故障信息等，还可用于于给出报警提示。

以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。