交直流微电网并网柔性串并联多功能能量控制器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统领域，涉及一种用于交直流微电网并网功率接口的柔性串并 联多功能能量控制器。
【背景技术】
[0002] 分布式发电和负载一起组成微电网与主电网联合运行是提高分布式发电效能最 有效的途径。随着分布式发电技术的发展，大量交流分布式电源如风力发电、生物质发电、 微型汽轮机发电和直流分布式电源如光伏发电、超级电容、蓄电池、超导储能、燃料电池近 年来得到广泛发展。交流微电网和直流微电网组合成交直流微电网与主电网联合运行能更 好地发挥各种不同形式的分布式光伏发电的效能。功率接口是交直流微电网与主电网联合 运行必不可少的核也元件，是连接交直流微电网和主电网的唯一功率通道。
[0003] 由于并联方式在简便性、经济性、灵活性、独立性、可靠性方面具有显著优势，现有 的微电网如交流微电网、直流微电网W及交直流微电网与主电网的联接方式主要为并联方 式。但是，并联方式存在一些固有缺陷，突出的表现是：在正常运行状态下，微电网与主电网 并网运行，微电网与主电网的公共连接点的电压由主电网支撑，通过调节公共连接线的电 流来实现微电网与主电网之间的功率交换，在电压型谐波源接入的场合，难W取得满意的 电压电能质量改善效果，在异常运行状态下，即当主电网或微电网内部出现故障时，微电网 与主电网解列，微电网进入孤岛运行模式，微电网不能给主电网提供功率支撑和电能质量 支撑。为了弥补并联方式的缺陷，需要对微电网与主电网联接的并联方式进行改进，目前采 用的改进方法是采用微电网串并联方式或者额外接入串联型电力电子装置。
[0004] 微电网串并联方式充分发挥了并联方式和串联方式的各自优势，较好地解决了并 联方式存在的问题，为更大限度发挥微电网的效能提供坚实的物质基础。但是，采用串并联 方式，在微电网正常并网运行时，串联功率接口处于闲置的待命状态，只有在主电网故障情 况才启动串联功率接口用于动态电压恢复，而此时的并联功率接口又需要退出并网运行处 于闲置状态。因此，微电网串并联方式在实际运行过程中只有部分功率接口投入运行，造成 投资大、利用效率低等问题。对于交直流微电网，需要采用两组串联功率接口来执行交直流 微电网的串并联方式，功率接口投资更大，功率接口在运行过程中闲置状况更严重。
[0005] 采用额外接入串联型电力电子装置，不但增加了投资，而且不能解决异常运行状 态下微电网与主电网解列运行的问题。
[0006] 鉴于现有的交直流微电网与主电网联接的并联方式和串并联方式的上述不足，本 发明提出一种新的柔性串并联多功能能量控制器作为交直流微电网与主电网联接的功率 接口，它具有根据外部信息和指令自动调节交直流微电网与主电网联接的联接方式和功率 接口的运行拓扑的能力，可W弥补现有的交直流微电网并联方式缺乏动态电压恢复能力的 不足，可W改善现有的交直流微电网并联方式未能有效抑制电压型电能质量扰动的不足， 可W消除现有的交直流微电网串并联方式存在功率接口闲置状态的弊端，可W设置少于串 并联方式变流器数量来实现相同的功效，既能降低设备投资和运行功率损耗，又能简化功 率接口，提高交直流微电网接入主电网运行的可靠性、高效性和经济性，实现了高效性、经 济性、可靠性的良好结合，具有广泛的实用性，工程应用价值重大。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提出一种更经济、高效、简单、普适的柔性串并联多功能能量控制 器作为交直流微电网与主电网联接的功率接口。本发明的柔性串并联多功能能量控制器克 服了现有的并联方式和串并联方式的不足，解决了现有的交直流微电网并联功率接口因使 用单一的并联方式而产生的电压电能质量改善效果不确定、缺乏动态电压恢复能力W及在 孤岛运行模式下不能给主电网提供功率和电能质量支撑的技术问题，解决现有的交直流微 电网串并联方式因使用串并联方式而产生的功率接口闲置和运行损耗大的技术问题和经 济问题。
[0008] 本发明交直流微电网并网柔性串并联多功能能量控制器，根据外部信息和指令自 动调节交直流微电网与主电网联接的联接方式和功率接口的运行拓扑。
[0009] 本发明交直流微电网并网柔性串并联多功能能量控制器的静态拓扑由DC/AC变 流器、AC/AC变流器和柔性串并联转换电路组成。
[0010] 本发明交直流微电网并网柔性串并联多功能能量控制器的动态拓扑包括并联功 率接口拓扑、串联功率接口拓扑和串并联功率接口拓扑。
[0011] 本发明交直流微电网并网柔性串并联多功能能量控制器的静态拓扑的DC/AC变 流器采用双向BUCK-BOOST斩波电路和N个H式桥臂电压型逆变器构成，适用于交直流微电 网中的直流微电网接入N相N线主电网和N-1相N线主电网。
[0012] 本发明交直流微电网并网柔性串并联多功能能量控制器的静态拓扑的AC/AC变 流器采用双级矩阵变流器，功率可W双向传输。双级矩阵变流器中与微电网相连的变流器 为两组2XM开关整流器并联而成，双级矩阵变流器中与主电网相连的变流器为N个H式桥 臂电压型逆变器。
[0013] 本发明交直流微电网并网柔性串并联多功能能量控制器的静态拓扑的柔性串并 联转换电路由固态开关组成。
[0014] 本发明交直流微电网并网柔性串并联多功能能量控制器的动态拓扑通过改变柔 性串并联转换电路中固态开关的开关状态进行切换。
[0015] 本发明交直流微电网并网柔性串并联多功能能量控制器的功能包括有功功率传 输、无功功率补偿，动态电压恢复、端点电压稳定、线路电压调节、电压谐波补偿、电流谐波 补偿、相序非对称电压补偿、相序非对称电流补偿。
[0016] 本发明交直流微电网并网柔性串并联多功能能量控制器的交直流微电网运行模 式包括并网运行模式、孤岛运行模式、动态电压运行模式、潮流综合控制运行模式、互补运 行模式、不间断供电模式。
[0017] 本发明的技术效果在于；交直流微电网并网柔性串并联多功能能量控制器根据外 部信息和指令自动调节交直流微电网与主电网联接的联接方式和柔性串并联多功能能量 控制器的运行拓扑，丰富交直流微电网运行模式，减少工功率接口中的变流器设置量和运 行过程的闲置量，降低设备投资和运行功率损耗，增强功能的功能，简化功率接口，实现交 直流微电网接入单相主电网运行的可靠性、高效性和经济性的良好结合。
【附图说明】
[0018] 图1为发明交直流微电网并网柔性串并联多功能能量控制器的交直流微电网并 网系统原理结构框图。
[0019] 图2为发明交直流微电网并网柔性串并联多功能能量控制器的DC/AC变流器的主 电路。
[0020] 图3为发明交直流微电网并网柔性串并联多功能能量控制器的AC/AC变流器的主 电路。
[0021] 图4为发明交直流微电网并网柔性串并联多功能能量控制器的柔性串并联转换 电路的拓扑。
[0022] 图5为发明交直流微电网并网柔性串并联多功能能量控制器的柔性串并联转换 电路的拓扑中固态开关K1、K3、K4、K5W及N相N线主电网情况下固态开关K2的原理结构。
[0023] 图6为发明交直流微电网并网柔性串并联多功能能量控制器的柔性串并联转换 电路的拓扑中N-1相N线主电网情况下固态开关K2的原理结构。
[0024] 图7为发明交直流微电网并网柔性串并联多功能能量控制器的柔性串并联转换 电路的拓扑中N相N线主电网情况下电容器C的原理结构。
[00巧]图8为交直流微电网并网柔性串并联多功能能量控制器的柔性串并联转换电路 的拓扑中N-1相N线主电网情况下电容器C的原理结构。
【具体实施方式】
[0026] 结合交直流微电网并网柔性串并联多功能能量控制器的交直流微电网并网系统 原理结构框图图1、DC/AC变流器的主电路图2、AC/AC变流器的主电路图3、柔性串并联转 换电路的主电路图4和固态开关K1、K3、K4、K5及N相N线主电网情况下固态开关K2的原 理结构图5、N-1相N线主电网情况下固态开关K2的原理结构图6、N相N线主电网情况下 电容器C的原理结构图7和N-1相N线主电网情况下电容器C的原理结构图8,描述本发明 的【具体实施方式】和工作过程。
[0027] 参见图1，交直流微电网并网柔性串并联多功能能量控制器的交直流微电网并网 系统由交流微电网、直流微电网、主电网和柔性串并联多功能能量控制器（1)组成，其中柔 性串并联多功能能量控制器的静态拓扑由DC/AC变流器、AC/AC变流器和柔性串并联转换 电路的主电路组成。
[002引参见图2,交直流微电网并网柔性串并联多功能能量控制器的DC/AC变流器的主 电路采用采用BUCK-BOOST级联型双向斩波电路和N个H式桥臂电压型逆变器构成。
[0029]DC/AC变流器的正向工作过程是；根据脚CK-B00ST斩波电路化、U-端的输入电压 和输入电流，运用合适的控制方法实时调节BUCK-BOOST级联型双向斩波电路的可控功率 器件S11、S12、S13和S14的占空比、开关时刻和开关序列使之处于脉宽调制工作状态，使 BUCK-BOOST级联型双向斩波电路P+、P-端的输出电压保持稳定，P+、P-端输出电流根据输 入电压和输入电流进行变化；根据公共联接点的电压特性和公共连接线的电流特性，采用 合适的PWM信号生成方法产生PWM信号，实时调节N个H式桥臂电压型逆变器的可控功率 器件的开关时刻、开关时长和开关序列使之处于PWM脉宽调制工作状态，使N个H式桥臂电 压型逆变器的输出电压和输出电流根据公共联接点电压和公共连接线电流的变化进行变 化W实现控制目标。
[0030] DC/AC变流器处于反向工作过程时，其N个H式桥臂电压型逆变器工作在整流 状态。DC/A