一种综合能源系统拓扑结构的制作方法

本实用新型涉及一种用于综合能源智能电网领域的综合能源系统拓扑结构。

背景技术：

为了缓解能源危机、减小工业排放污染，大量的分布式可再生能源发电并入电网。由于这些新能源发电具有地理分散性、间歇性、随机性和不可控性等特点，为了减轻电网压力、增加可再生能源利用率，电网结构及电能流向正在逐渐发生变化。

电力电子变换技术不仅能为综合能源系统中的分布式电源、储能设备和新型负载提供所需的电能接口，还能精确控制系统内各节点的能量流。因此，研究基于电力电子装置的综合能源拓扑结构有重要的理论和实际意义。针对现有大量分布式可再生能源发电系统并入电网的问题，如何提高能源的利用效率，减少新能源波动对配网的影响，减少因新能源接入而增加的无功电压等补偿装置以提高经济效益，是技术人员的主要目标。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种综合能源系统拓扑结构，得到开放式的交直流配网，提高能源的利用效率。

实现上述目的的一种技术方案是：一种综合能源系统拓扑结构，包括纳电网、电能路由器、综合能源系统和配电网；

所述纳电网与所述电能路由器连接，若干个所述纳电网及电能路由器组合形成微电网；所述纳电网通过所述电能路由器与所述综合能源系统连接；

所述综合能源系统通过所述电能路由器与所述配电网连接；

所述电能路由器包括双向交直流变换器、双向直流变换器、第一控制器、第一采样电路、第二控制器和第二采样电路；所述双向交直流变换器的交流侧与交流母线相连，所述双向交直流变换器的直流侧与所述双向直流变换器相连，所述双向直流变换器由两个全桥电路和高频变压器构成，所述第一控制器与所述双向交直流变换器连接，所述第二控制器与所述双向直流变换器连接。

进一步的，所述纳电网包括分布式电源纳电网和负荷纳电网。

进一步的，所述第一控制器包括第一比较器、第一PI控制器、第二比较器、第二PI控制器、第三比较器、第三PI控制器、坐标转换器和第一脉宽调制器；

其中，所述第一比较器、所述第一PI控制器、所述第二比较器和所述第二PI控制器一次连接，所述第三比较器和所述第三PI控制器依次连接，所述第二PI控制器与所述第三PI控制器分别向所述坐标转换器输入信号，所述坐标转换器向所述第一脉宽调制器输入信号，所述第一脉宽调制器输出对于所述双向交直流变换器的控制信号。

进一步的，所述第二控制器包括依次连接的第四比较器、第四PI控制器、移相占空比计算器和第二脉宽调制器，所述第二脉宽调制器输出对于所述双向直流变换器的控制信号。

进一步的，所述综合能源系统，包括监测终端、控制终端和中间调度站。

本实用新型的一种综合能源系统拓扑结构，可改进目前传统电网能量流不可控的不足，基于电力电子变换装置的交直流配网的拓扑结构，不仅能提供了各种电能形式的标准化接口，还能对各端口的电压电流进行实时控制，实现能量管理、潮流调度等电网需求。此外，该结构可实现电网数据的实时采集，为能源互联网的运行提供大数据支撑。该结构推广后可提高新能源的接纳水平，提高经济效益和环境效益。

附图说明

图1为本实用新型的一种综合能源系统拓扑结构的示意图；

图2为本实用新型的一种综合能源系统拓扑结构的电能路由器的结构示意图；

图3为本实用新型的一种综合能源系统拓扑结构的第一控制器53的结构示意图；

图4为本实用新型的一种综合能源系统拓扑结构的第二控制器55的结构示意图。

具体实施方式

为了能更好地对本实用新型的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例并结合附图进行详细地说明：

请参阅图1，一种综合能源系统拓扑结构，包括纳电网、电能路由器、综合能源系统2和配电网3。其中电能路由器分为干路电能路由器21和次级电能路由器22.

纳电网包括分布式电源纳电网11和负荷纳电网12。分布式能源纳电网11不仅是能源负荷，也是重要的能源供应来源，包括风力发电、光伏发电。实现不同特征能源流融合是智能配网必备的功能。

任意一个纳电网均与次级电能路由器22连接，若干个纳电网及次级电能路由器22组合形成微电网4。纳电网通过次级电能路由器22与综合能源系统2连接。综合能源系统2包括监测终端、控制终端和中间调度站，用以对微电网4进行协调规划、优化运行和协同管理。

综合能源系统2通过干路电能路由器21与配电网3连接。

请参阅图2，电能路由器，可提供不同电压等级结构(如干路电能路由器21和次级电能路由器22)，适应不同能源载体的输入、输出、转换、存储。电能路由器包括双向交直流变换器51、双向直流变换器52、第一控制器53、第一采样电路54、第二控制器55和第二采样电路56。双向交直流变换器51的交流侧与交流母线相连，双向交直流变换器51的直流侧与双向直流变换器52相连，双向直流变换器52由两个全桥电路和高频变压器构成，第一控制器53与双向交直流变换器51连接，第二控制器55与双向直流变换器52连接。第一控制器53与第二控制器55分别实现双向交直流变换器51和双向直流变换器52的控制，控制目标为维持直流电压稳定，保证功率传输。第一采样电路54和第二采样电路56用以实现电设备的电压、电流、功率等数据采集，给控制器提供原始数据，完成闭环控制。

请参阅图3，第一控制器53包括第一比较器61、第一PI控制器62、第二比较器63、第二PI控制器64、第三比较器65、第三PI控制器66、坐标转换器67和第一脉宽调制器68。

其中，第一比较器61、第一PI控制器62、第二比较器63和第二PI控制器64一次连接，第三比较器65和第三PI控制器66依次连接，第二PI控制器64与第三PI控制器66分别向坐标转换器67输入信号，坐标转换器67向第一脉宽调制器68输入信号，第一脉宽调制器68输出对于双向交直流变换器51的控制信号。

在控制器1中，通过第一比较器计算第一PI控制器的输入值：

Vbusref-Vbus；

第一PI控制器在接收到所述第一比较器的输出后进行控制运算，输出相应的控制量为：

idref＝kp1(Vbusref-Vbus)+ki1∫(Vbusref-Vbus)dt，

其中，kp1和ki1是第一PI控制器的控制系数；

通过第二比较器计算第二PI控制器的输入值:

idref-id；

第二PI控制器在接收到所述第二比较器的输出后进行控制运算，输出相应的控制量为：

ud＝kp2(idref-id)+ki2∫(idref-id)dt，

其中，kp2和ki2是第二PI控制器的控制系数；通过第三比较器计算第三PI控制器的输入值:

iqref-iq；

第三PI控制器在接收到所述第三比较器的输出后进行控制运算，输出相应的控制量为：

uq＝kp3(iqref-iq)+ki3∫(iqref-iq)dt，

其中，kp3和ki3是第三PI控制器的控制系数；控制器将获得的ud、uq先经过dq-abc坐标变换，得到ua、ub和uc三个量，坐标变换式子如下，其中θ为网侧交流电压的同步角，

将ua、ub和uc三个量作为控制信号与载波比较，获得双向交直流变换器的驱动信号1，再将驱动信号1送到双向交直流变换器51桥臂的控制端，使得双向交直流变换器51输出相应的电压向量。

请参阅图4，第二控制器55包括依次连接的第四比较器71、第四PI控制器72、移相占空比计算器73和第二脉宽调制器74，第二脉宽调制器74输出对于双向直流变换器52的控制信号。

通过第四比较器计算第四PI控制器的输入值：

V1ref-V1，

其中V1为双向直流变换器一端口电压；第四PI控制器在接收到所述第四比较器的输出后进行控制运算，输出相应的控制量为：

kp4(V1ref-V1)+ki4∫(V1ref-V1)dt，

其中，kp4和ki4是第四PI控制器的控制系数；

根据第四PI控制器的控制量和端口二的电压V2计算移相比。将移相比作为控制信号与载波比较，获得双向直流变换器52的驱动信号2，再将驱动信号2送到双向直流变换器52桥臂的控制端，使得双向直流变换器52的输出相应的电压向量。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求书范围内。