基于差分电流补偿的直流微网群柔性互联系统

1.本发明属于电力电子领域，具体是涉及一种基于差分电流补偿的直流微网群柔性互联系统。


背景技术：

2.在“双高”系统背景下，由分布式新能源构成的直流微网数量将越来越多。通过一定方式将直流微网群连接起来，实现微网系统之间的能量互济，提高微网系统的稳定性(王盼宝，王卫，孟妮娜，等.直流微电网离网与并网运行统一控制策略[j].中国电机工程学报，2015，35(17)：4388-4396.)。将每个直流微网与双向dc/dc变流器并联后连接到公共直流母线是一种最直观的互联方案(刘海涛,熊雄,季宇,吴鸣,李蕊,孙丽敬.直流配电下多微网系统集群控制研究[j].中国电机工程报,2019,39(24):7159-7167.)。然而，在该互联方式下，每个双向dc/dc变流器与直流微网直接并联，需变换微网的全部功率，导致变流器的体积较大、成本较高。基于此，有学者提出一种串联式直流微网群柔性互联架构(陈桂鹏.一种串联式直流微网群柔性互联架构[p].福建省：cn114744607a，2022-07-12.)，将每个直流微网与双向dc/dc变流器串联后接入直流母线，减小双向dc/dc变流器处理的差分功率，有效改善了直流微网群柔性互联系统的功率密度与系统成本。然而，该方式仍需大量的双向dc/dc变流器来处理微网之间的功率传输，系统的体积仍较大、成本仍高。因此，亟需探索新的改进技术方案。


技术实现要素：

[0003]
本发明的目的在于针对目前直流微网群柔性互联系统存在双向dc/dc变流器数量多、体积大、成本高等缺点，提供一种仅需利用较少元件即可实现直流微网群的功率自由交换的基于差分电流补偿的直流微网群柔性互联系统。
[0004]
基于差分电流补偿的直流微网群柔性互联系统，包括n个直流微网(n》1)，2n个二极管d
11
～d
n1
、d
12
～d
n2
，2n个开关管s
11
～s
n1
、s
12
～s
n2
，1个电感l1和一个差分电流补偿三端口电路，；n个直流微网的负端共同连接于节点gnd，n个直流微网的正端分别与二极管d
11
～d
n1
的阳极、开关管s
12
～s
n2
的一端相连；二极管d
11
～d
n1
的阴极分别与开关管s
11
～s
n1
的一端相连，开关管s
11
～s
n1
的另一端与电感l1的一端连接于节点a，电感l1的另一端与二极管d
12
～d
n2
的阳极相连于节点b，二极管d
12
～d
n2
的阴极分别与开关管s
12
～s
n2
的另一端相连；差分电流补偿三端口电路由电容ch、c
l
，开关管sh、s
l
，二极管dh、d
l
，以及双向直流变换器组成；电容ch的正极分别通过开关管sh和二极管dh连接于节点a和节点b，电容c
l
的正极分别通过二极管d
l
和开关管s
l
相连于节点a和节点b，电容ch和电容c
l
的负极均连接于节点gnd。
[0005]
电容ch、电容c
l
之间可通过不同类型的双向直流变换器进行连接，所述不同类型的双向直流变换器可采用包含电感l2、开关管s1和开关管s2的双向buck/boost变换器，其中电感l2的一端与电容c
l
的正极相连，电感l2的另一端与开关管s1、s2的一端相连，开关管s1的另一端连接于电容ch的正极，开关管s2的另一端连接于节点gnd。
[0006]
所述差分电流补偿三端口电路中的电容c
l
可删去，同时可利用导线代替开关管s
l
、删去二极管d
l
或利用导线代替二极管d
l
、删去开关管s
l
。
[0007]
所述差分电流补偿三端口电路中的电容ch可删去，同时可利用导线代替开关管sh、删去二极管dh或利用导线代替二极管dh、删去开关管sh。
[0008]
所述差分电流补偿三端口电路中的电容c
l
可删去，同时可利用二极管da、开关管sa代替二极管d
l
，利用二极管db、开关管sb代替开关管s
l
；其中，二极管da的阴极、开关管sb的一端连接于原电容c
l
的正极位置，二极管da的阳极与开关管sa的一端相连，开关管sa的另一端连接于节点a，开关管sb的另一端与二极管db的阳极相连，二极管db的阴极连接于节点b。
[0009]
所述差分电流补偿三端口电路中的电容ch可删去，同时可利用二极管da、开关管sa代替开关管sh，利用二极管db、开关管sb代替二极管dh；二极管da的阴极、开关管sb的一端连接于原电容ch的正极位置，二极管da的阳极与开关管sa的一端相连，开关管sa的另一端连接于节点a，开关管sb的另一端与二极管db的阳极相连，二极管db的阴极连接于节点b。
[0010]
进一步地，若第i(i＝1,2,
…
,n)个直流微网的电压大于其他直流微网和电容c
l
、ch的电压，则可删去二极管d
i1
和开关管s
i2
；若第j(j＝1,2,
…
,n)个直流微网的电压小于其他直流微网和电容c
l
、ch的电压，则可删去开关管s
i1
和二极管d
i2
；若电容c
l
的电压大于某一个直流微网或电容ch的电压，则二极管d
l
需额外串联一个开关管、开关管s
l
需额外串联一个二极管；若电容ch的电压小于某一个直流微网或电容c
l
的电压，则二极管dh需额外串联一个开关管、开关管sh需额外串联一个二极管。
[0011]
进一步地，电容ch、c
l
可由不同形式的源、负载或储能替换。
[0012]
进一步地，直流微网1～n可由不同形式的源、负载或储能替换。
[0013]
进一步地，若第k(k＝1,2,
…
,n)个直流微网只输出能量或只吸收能量，则可相应的删去二极管d
k2
、开关管s
k2
或二极管d
k1
、开关管s
k1
。
[0014]
与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0015]
(1)仅需利用较少元件即可实现直流微网群的功率自由交换；
[0016]
(2)二极管d
11
～d
n1
、d
12
～d
n2
和开关管s
11
～s
n1
、s
12
～s
n2
的电压应力低；
[0017]
(3)所提出的不同差分电流补偿三端口电路实施方案，在元件数量和电流应力等方面各有优势，适用于不同应用场景。
附图说明
[0018]
图1为本发明所述基于差分电流补偿的直流微网群柔性互联系统示例；
[0019]
图2为图1中删去电容c
l
且利用导线代替开关管s
l
、删去二极管d
l
的示例；
[0020]
图3为图1中删去电容c
l
且利用导线代替二极管d
l
、删去开关管s
l
的示例；
[0021]
图4为图1中删去电容ch且利用导线代替开关管sh、删去二极管dh的示例；
[0022]
图5为图1中删去电容ch且利用导线代替二极管dh、删去开关管sh的示例；
[0023]
图6为图1中删去电容c
l
且利用二极管da、开关管sa代替二极管d
l
，利用二极管db、开关管sb代替开关管s
l
的示例；
[0024]
图7为图1中删去电容ch且利用二极管da、开关管sa代替开关管sh，利用二极管db、开关管sb代替二极管dh的示例。
具体实施方式
[0025]
为了更加清楚地解释本发明所述基于差分电流补偿的直流微网群柔性互联系统及其特点，以下结合附图及具体实施例对本发明内容进行详细说明；值得注意的是，此处所描述的具体实施例中差分电流补偿三端口电路的双向dc/dc变流器均采用典型的双向buck/boost变流器，仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0026]
实施例1
[0027]
如图1所示，基于差分电流补偿的直流微网群柔性互联系统实施例包括n(n》1)个直流微网，2n个二极管d
11
～d
n1
、d
12
～d
n2
，2n个开关管s
11
～s
n1
、s
12
～s
n2
，1个电感l1和一个差分电流补偿三端口电路。n个直流微网的负端共同连接于节点gnd，正端分别与二极管d
11
～d
n1
的阳极、开关管s
12
～s
n2
的一端相连；二极管d
11
～d
n1
的阴极分别与开关管s
11
～s
n1
的一端相连，开关管s
11
～s
n1
的另一端与电感l1的一端连接于节点a，电感l1的另一端与二极管d
12
～d
n2
的阳极相连于节点b，二极管d
12
～d
n2
的阴极分别与开关管s
12
～s
n2
的另一端相连。差分电流补偿三端口电路由电容ch、c
l
，开关管sh、s
l
，二极管dh、d
l
，以及电感l2、开关管s1、s2组成。电容ch的正极分别通过开关管sh和二极管dh连接于节点a和节点b，电容c
l
的正极分别通过二极管d
l
和开关管s
l
相连于节点a和节点b，电容ch和电容c
l
的负极均连接于节点gnd；电容c
l
的正极还与电感l2的一端相连，电感l2的另一端与开关管s1、s2的一端相连，开关管s1的另一端连接于电容ch的正极，开关管s2的另一端连接于节点gnd。
[0028]
实施例2
[0029]
与实施例1类似，其区别在于所述差分电流补偿三端口电路中的电容c
l
删去，利用导线代替开关管s
l
、删去二极管d
l
。如图2所示，本实施例所述基于差分电流补偿的直流微网群柔性互联系统，包括n(n》1)个直流微网，2n个二极管d
11
～d
n1
、d
12
～d
n2
，2n个开关管s
11
～s
n1
、s
12
～s
n2
，1个电感l1和一个差分电流补偿三端口电路。n个直流微网的负端共同连接于节点gnd，正端分别与二极管d
11
～d
n1
的阳极、开关管s
12
～s
n2
的一端相连；二极管d
11
～d
n1
的阴极分别与开关管s
11
～s
n1
的一端相连，开关管s
11
～s
n1
的另一端与电感l1的一端连接于节点a，电感l1的另一端与二极管d
12
～d
n2
的阳极相连于节点b，二极管d
12
～d
n2
的阴极分别与开关管s
12
～s
n2
的另一端相连。差分电流补偿三端口电路由电容ch、开关管sh、二极管dh，以及电感l2、开关管s1、s2组成。电容ch的正极分别通过开关管sh和二极管dh连接于节点a和节点b，电容ch的负极连接于节点gnd；电感l2的一端与节点b相连，电感l2的另一端与开关管s1、s2的一端相连，开关管s1的另一端连接于电容ch的正极，开关管s2的另一端连接于节点gnd。
[0030]
实施例3
[0031]
与实施例1类似，其区别在于所述差分电流补偿三端口电路中的电容c
l
删去，利用导线代替二极管d
l
、删去开关管s
l
。如图3所示，本实施例所述基于差分电流补偿的直流微网群柔性互联系统，包括n(n》1)个直流微网，2n个二极管d
11
～d
n1
、d
12
～d
n2
，2n个开关管s
11
～s
n1
、s
12
～s
n2
，1个电感l1和一个差分电流补偿三端口电路。n个直流微网的负端共同连接于节点gnd，正端分别与二极管d
11
～d
n1
的阳极、开关管s
12
～s
n2
的一端相连；二极管d
11
～d
n1
的阴极分别与开关管s
11
～s
n1
的一端相连，开关管s
11
～s
n1
的另一端与电感l1的一端连接于节点a，电感l1的另一端与二极管d
12
～d
n2
的阳极相连于节点b，二极管d
12
～d
n2
的阴极分别与开关管s
12
～s
n2
的另一端相连。差分电流补偿三端口电路由电容ch、开关管sh、二极管dh，以及电感l2、开关管s1、s2组成。电容ch的正极分别通过开关管sh和二极管dh连接于节点a和节点
b，电容ch的负极连接于节点gnd；电感l2的一端与节点a相连，电感l2的另一端与开关管s1、s2的一端相连，开关管s1的另一端连接于电容ch的正极，开关管s2的另一端连接于节点gnd。
[0032]
实施例4
[0033]
与实施例1类似，其区别在于所述差分电流补偿三端口电路中的电容ch删去，利用导线代替开关管sh、删去二极管dh。如图4所示，本实施例所述基于差分电流补偿的直流微网群柔性互联系统，包括n(n》1)个直流微网，2n个二极管d
11
～d
n1
、d
12
～d
n2
，2n个开关管s
11
～s
n1
、s
12
～s
n2
，1个电感l1和一个差分电流补偿三端口电路。n个直流微网的负端共同连接于节点gnd，正端分别与二极管d
11
～d
n1
的阳极、开关管s
12
～s
n2
的一端相连；二极管d
11
～d
n1
的阴极分别与开关管s
11
～s
n1
的一端相连，开关管s
11
～s
n1
的另一端与电感l1的一端连接于节点a，电感l1的另一端与二极管d
12
～d
n2
的阳极相连于节点b，二极管d
12
～d
n2
的阴极分别与开关管s
12
～s
n2
的另一端相连。差分电流补偿三端口电路由电容c
l
、开关管s
l
、二极管d
l
，以及电感l2、开关管s1、s2组成。电容c
l
的正极分别通过二极管d
l
和开关管s
l
相连于节点a和节点b，电容c
l
的负极连接于节点gnd；电容c
l
的正极还与电感l2的一端相连，电感l2的另一端与开关管s1、s2的一端相连，开关管s1的另一端连接于节点a，开关管s2的另一端连接于节点gnd。
[0034]
实施例5
[0035]
与实施例1类似，其区别在于所述差分电流补偿三端口电路中的电容ch删去，利用导线代替二极管dh、删去开关管sh。如图5所示，本实施例所述基于差分电流补偿的直流微网群柔性互联系统，包括n(n》1)个直流微网，2n个二极管d
11
～d
n1
、d
12
～d
n2
，2n个开关管s
11
～s
n1
、s
12
～s
n2
，1个电感l1和一个差分电流补偿三端口电路。n个直流微网的负端共同连接于节点gnd，正端分别与二极管d
11
～d
n1
的阳极、开关管s
12
～s
n2
的一端相连；二极管d
11
～d
n1
的阴极分别与开关管s
11
～s
n1
的一端相连，开关管s
11
～s
n1
的另一端与电感l1的一端连接于节点a，电感l1的另一端与二极管d
12
～d
n2
的阳极相连于节点b，二极管d
12
～d
n2
的阴极分别与开关管s
12
～s
n2
的另一端相连。差分电流补偿三端口电路由电容c
l
、开关管s
l
、二极管d
l
，以及电感l2、开关管s1、s2组成。电容c
l
的正极分别通过二极管d
l
和开关管s
l
相连于节点a和节点b，电容c
l
的负极连接于节点gnd；电容c
l
的正极还与电感l2的一端相连，电感l2的另一端与开关管s1、s2的一端相连，开关管s1的另一端连接于节点b，开关管s2的另一端连接于节点gnd。
[0036]
实施例6
[0037]
与实施例1类似，其区别在于所述差分电流补偿三端口电路中的电容c
l
可删去，同时可利用二极管da、开关管sa代替二极管d
l
，利用二极管db、开关管sb代替开关管s
l
。如图6所示，本实施例所述基于差分电流补偿的直流微网群柔性互联系统，包括n(n》1)个直流微网，2n个二极管d
11
～d
n1
、d
12
～d
n2
，2n个开关管s
11
～s
n1
、s
12
～s
n2
，1个电感l1和一个差分电流补偿三端口电路。n个直流微网的负端共同连接于节点gnd，正端分别与二极管d
11
～d
n1
的阳极、开关管s
12
～s
n2
的一端相连；二极管d
11
～d
n1
的阴极分别与开关管s
11
～s
n1
的一端相连，开关管s
11
～s
n1
的另一端与电感l1的一端连接于节点a，电感l1的另一端与二极管d
12
～d
n2
的阳极相连于节点b，二极管d
12
～d
n2
的阴极分别与开关管s
12
～s
n2
的另一端相连。差分电流补偿三端口电路由电容ch、开关管sh、二极管dh，二极管da、开关管sa，二极管db、开关管sb，以及电感l2、开关管s1、s2组成。电容ch的正极分别通过开关管sh和二极管dh连接于节点a和节点b，电
容ch的负极连接于节点gnd；电感l2的一端与二极管da的阴极、开关管sb相连，二极管da的阳极与开关管sa的一端相连，开关管sa的另一端连接于节点a，开关管sb的另一端与二极管db的阳极相连，二极管db的阴极连接于节点b；电感l2的另一端与开关管s1、s2的一端相连，开关管s1的另一端连接于电容ch的正极，开关管s2的另一端连接于节点gnd。
[0038]
实施例7
[0039]
与实施例1类似，其区别在于所述差分电流补偿三端口电路中的电容ch可删去，同时可利用二极管da、开关管sa代替开关管sh，利用二极管db、开关管sb代替二极管dh。如图7所示，本实施例所述基于差分电流补偿的直流微网群柔性互联系统，包括n(n》1)个直流微网，2n个二极管d
11
～d
n1
、d
12
～d
n2
，2n个开关管s
11
～s
n1
、s
12
～s
n2
，1个电感l1和一个差分电流补偿三端口电路。n个直流微网的负端共同连接于节点gnd，正端分别与二极管d
11
～d
n1
的阳极、开关管s
12
～s
n2
的一端相连；二极管d
11
～d
n1
的阴极分别与开关管s
11
～s
n1
的一端相连，开关管s
11
～s
n1
的另一端与电感l1的一端连接于节点a，电感l1的另一端与二极管d
12
～d
n2
的阳极相连于节点b，二极管d
12
～d
n2
的阴极分别与开关管s
12
～s
n2
的另一端相连。差分电流补偿三端口电路由电容c
l
、开关管s
l
、二极管d
l
，二极管da、开关管sa，二极管db、开关管sb，以及电感l2、开关管s1、s2组成。电容c
l
的正极分别通过二极管d
l
和开关管s
l
连接于节点a和节点b，电容c
l
的负极连接于节点gnd；电容c
l
的正极还与电感l2的一端相连，电感l2的另一端与开关管s1、s2的一端相连，开关管s2的另一端连接于节点gnd，开关管s1的另一端与二极管da的阴极、开关管sb相连，二极管da的阳极与开关管sa的一端相连，开关管sa的另一端连接于节点a，开关管sb的另一端与二极管db的阳极相连，二极管db的阴极连接于节点b。
[0040]
进一步地，本发明所述基于差分电流补偿的直流微网群柔性互联系统，若第i(i＝1,2,
…
,n)个直流微网的电压大于其他直流微网和电容c
l
、ch的电压，则可删去二极管d
i1
和开关管s
i2
；若第j(j＝1,2,
…
,n)个直流微网的电压小于其他直流微网和电容c
l
、ch的电压，则可删去开关管s
i1
和二极管d
i2
；若电容c
l
的电压大于某一个直流微网或电容ch的电压，则二极管d
l
需额外串联一个开关管、开关管s
l
需额外串联一个二极管；若电容ch的电压小于某一个直流微网或电容c
l
的电压，则二极管dh需额外串联一个开关管、开关管sh需额外串联一个二极管。若第k(k＝1,2,
…
,n)个直流微网只输出能量或只吸收能量则可相应的删去二极管d
k2
、开关管s
k2
或二极管d
k1
、开关管s
k1
。
[0041]
进一步地，所述基于差分电流补偿的直流微网群柔性互联系统，电容ch、c
l
可由不同形式的源、负载或储能进行替换，直流微网1～n可由不同形式的源、负载或储能进行替换。