一种含有开关阵列的多微网柔性直流互联系统的制作方法

本发明涉及电力系统中的微电网技术、电力电子技术领域，具体地，涉及一种运用电力电子器件和开关阵列组成的多微网柔性互联结构。

背景技术：

多微网是具有发电、配电和用电环节的小型电力系统，可以在必要时为配电网提供支撑，当配电网出现故障时，可通过提供恢复服务，保障重要非故障区域的供电。作为由若干微电网、分布式电源、储能单元及各类负荷等组成的集群系统，多微网系统的结构将直接影响系统整体的运行稳定性和控制灵活性，并且间接地影响其提供电压、频率支撑和削峰填谷的能力。

采用交流互联结构的多微网，其内部各子微网之间存在强电磁耦合关系，在运行模式转换、故障隔离、稳定运行等方面均存在技术问题。而单纯采用直流互联，如专利“基于公共连接单元的多微网柔性互联结构”(专利号：cn107887934a)采用直流断路器、模块化多电平换流器、直流母线等对交直流微电网进行直流互联，同时每个微电网和配电网通过交流接口进行电能交换，其中交流接口的存在会使多微网系统内的电量波动影响到配电网的电能质量。

现有的多微网架构及其控制策略已不能满足拥有多种分布式电源和多类型负荷的复杂多微网系统的稳定高效运行，同时为了避免大规模分布式电源对电网的电能质量的影响，简化多微网系统内部的潮流方向和保护策略，需要更先进的多微网系统结构及控制策略。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种含有开关阵列的多微网柔性直流互联结构，用以避免多微网内的分布式电源出力波动对配电网的影响，简化多微网内的潮流方向，保证整个系统运行稳定且控制方法简便。技术方案如下

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种没经过任何电力电子装置，不存在其他多微网系统的并网模式带来的变流器控制方法复杂及多余电能损耗等问题。本发明所采用的技术方案如下：

一种含有开关阵列的多微网柔性直流互联系统，包括交流断路器、第一交流母线、第二交流母线、公共直流母线、能量池、开关阵列、模块化多电平换流器vsc、升压降压斩波器，其中，

配电网通过交流断路器与第二交流母线相连；

开关阵列的三个端口分别和第一交流母线、第二交流母线、负荷相连；

第一交流母线通过vsc和微电网内的分布式电源及用于柔性直流互联的vsc交流侧相连；

每个微电网的模块化多电平换流器vsc直流侧均连接到公共直流母线上；

能量池经升压降压斩波器连接到公共直流母线上，维持公共直流母线的电压稳定；

微电网的运行模式主要分为孤岛模式、组合孤岛模式1、组合孤岛模式2、并行模式1、并行模式2；孤岛模式是指交流断路器1处于断开状态，模块化多电平换流器vsc处于停机状态，微电网内的负荷可由自身的分布式电源满足；组合孤岛模式1和组合孤岛模式2是指多微网系统中的两个或两个以上微电网组合运行时，交流断路器处于断开状态，微电网通过公共直流母线进行功率互济，满足组合系统内负荷的用电需求，其中向外界输送电能的微电网的运行模式为组合孤岛模式1，从外界吸收电能的微电网的运行模式为组合孤岛模式2；并行模式1和并行模式2是指，当多微网无法满足系统内全部负荷的用电需求时，交流断路器闭合，通过各微电网的内开关阵列将多余的负荷接到第二交流母线上，由配电网直接进行供电，剩下的负荷由多微网内的分布式电源供电，其中向其他微电网输送电能的微电网的运行模式为并行模式1，从其他微电网吸收电能的微电网的运行模式为并行模式2。

优选地，模块化多电平换流器vsc采用v/f控制或pq控制，当微电网处于组合孤岛模式1或并行模式1时，模块化多电平换流器vsc采用pq控制，向外界输出指定有功无功功率；当微电网处于组合孤岛模式2或并行模式2时，模块化多电平换流器vsc采用v/f控制，维持内部第一交流母线电压频率稳定；当微电网处于孤岛模式时，模块化多电平换流器vsc停机；用于维持公共直流母线电压稳定的能量池，其升压降压斩波器采用电压电流双闭环控制。

所述的开关阵列在微电网处于孤岛模式、组合孤岛模式1、组合孤岛模式2时，运行于第一交流母线模式，即开关阵列中的开关全部连接到微电网的第一交流母线上；开关阵列在微电网处于并行模式1、并行模式2时，运行于匹配模式，即将多微网系统无法满足的负荷接到第二交流母线上，由配电网进行供电。

本发明的优点主要有：(1)如果多微网内的负荷功率超出各微电网分布式电源和储能及能量池组成的混合系统最大输出功率，则将多出的负荷功率通过开关阵列接到第二交流母线上，由配电网直接进行供电。由于没经过任何电力电子装置，不存在其他多微网系统的并网模式带来的变流器控制方法复杂及多余电能损耗等问题，同时微电网内部由于可再生能源的随机性和波动性导致的分布式电源电压频率的变化完全不会影响到配电网；(2)微电网与微电网之间通过直流母线进行电能交换，可以实现对有功功率和无功功率的解耦控制，可以灵活地控制各微网间的交换功率，使多微网系统实现异步互联。多微网系统中潮流方向简单且易于控制，有利于简化保护策略的制定和保护系统的设计；(3)直流母线上的能量池可以协助维持直流母线电压的稳定，缓冲两个微电网产能过剩或电能不足对直流母线产生的影响，平抑分布式电源出力和负荷投切产生的波动；(4)充分利用不同微电网的用户用电习惯不同、发电特性不同等的互补性，有效避免了单个微电网系统运行时很容易出现的“可再生能源发电时而不足，时而因过量而弃用”等问题，同时减少了与配电网的电能交互频率，进一步减轻了多微网系统对配电网产生的影响。

附图说明

图1为：一种含有开关阵列的多微网柔性直流互联结构图；

附图说明如下：

1-交流断路器2-第一交流母线3-第二交流母线4-公共直流母线5-能量池6-开关阵列7-模块化多电平换流器8-升压降压斩波器

具体实施方式

下面结合附图及具体实施过程对本发明作进一步具体详细描述。

本发明的含有开关阵列的多微网柔性直流互联结构解决多微网通过交流直接并网对配电网带来的电能质量影响，在多微网无法满足系统内的全部负荷供电时，将多出的负荷功率通过开关阵列直接接到配电网上，由配电网直接进行供电。分布式电源和配电网不在同一条交流母线上，所以由于可再生能源的随机性和波动性导致的分布式电源电压频率的变化完全不会影响到配电网，同时配电网和目标负荷直接相连。

如图1所示，本实例包括：交流断路器1、第一交流母线2、第二交流母线3、公共直流母线4、能量池5、开关阵列6、模块化多电平换流器(vsc)7、升压降压斩波器8，其中：配电网通过交流断路器1与第二交流母线3相连；开关阵列6的三个端口分别和第一交流母线2、第二交流母线3、负荷相连；第一交流母线2与微电网内的分布式电源和用于柔性直流互联的vsc7交流侧相连；每个微电网的模块化多电平换流器vsc7直流侧均连接到公共直流母线4上；能量池5经升压降压斩波器8连接到公共直流母线4上，维持公共直流母线的电压稳定。

所述的开关阵列6的三个端口分别和第一交流母线2、第二交流母线3、负荷相连，第二交流母线3经交流断路器1和电网相连，第一交流母线2与微电网内的分布式电源和用于柔性直流互联的vsc7相连，微电网的负荷可选择由电网或多微网内的分布式电源供电。

所述的用于柔性直流互联的vsc7的交流侧连接第一交流母线2，直流侧连接公共直流母线4。

所述的升压降压斩波器8的两端分别连接公共直流母线4和能量池5，用以维持各微电网进行功率互济时公共直流母线的电压稳定。

微电网的运行模式主要分为孤岛模式、组合孤岛模式1、组合孤岛模式2、并行模式1、并行模式2。孤岛模式是指交流断路器1处于断开状态，模块化多电平换流器vsc7处于停机状态，微电网内的负荷可由自身的分布式电源满足。组合孤岛模式1和组合孤岛模式2是指多微网系统中的两个或两个以上微电网组合运行时，交流断路器1处于断开状态，微电网通过公共直流母线4进行功率互济，满足组合系统内负荷的用电需求，其中向外界输送电能的微电网的运行模式为组合孤岛模式1，从外界吸收电能的微电网的运行模式为组合孤岛模式2。并行模式1和并行模式2是指，当多微网无法满足系统内全部负荷的用电需求时，交流断路器1闭合，通过各微电网的内开关阵列6将多余的负荷接到第二交流母线3上，由配电网直接进行供电，剩下的负荷由多微网内的分布式电源供电，其中向其他微电网输送电能的微电网的运行模式为并行模式1，从其他微电网吸收电能的微电网的运行模式为并行模式2。

所述的模块化多电平换流器vsc7可采用v/f控制或pq控制，当微电网处于组合孤岛模式1或并行模式1时，模块化多电平换流器vsc7采用pq控制，向外界输出指定有功无功功率；当微电网处于组合孤岛模式2或并行模式2时，模块化多电平换流器vsc7采用v/f控制，维持内部第一交流母线2电压频率稳定；当微电网处于孤岛模式时，模块化多电平换流器vsc7停机。用于维持公共直流母线4电压稳定的能量池5，其升压降压斩波器8采用电压电流双闭环控制。

所述的开关阵列6在微电网处于孤岛模式、组合孤岛模式1、组合孤岛模式2时，运行于第一交流母线模式，即开关阵列6中的开关全部连接到微电网的第一交流母线2上；开关阵列6在微电网处于并行模式1、并行模式2时，运行于匹配模式，即将多微网系统无法满足的负荷接到第二交流母线3上，由配电网进行供电。

与现有技术相比，本发明可有效解决多微网通过交流直接并网对配电网带来的电能质量影响问题，在多微网无法满足系统内的全部负荷供电时，将多出的负荷功率通过开关阵列直接接到配电网上，由配电网直接进行供电。分布式电源和配电网不在同一条交流母线上，所以由于可再生能源的随机性和波动性导致的分布式电源电压频率的变化完全不会影响到配电网，同时配电网和目标负荷直接相连，没经过任何电力电子装置，不存在其他多微网系统的并网模式带来的变流器控制方法复杂及多余电能损耗等问题。