本實用新型屬于電動汽車充電和智能電網(wǎng)技術領域，具體涉及一種微型能源網(wǎng)絡系統(tǒng)。

背景技術：

現(xiàn)有的電動汽車通過充電設備接入380Vac或者220Vac電網(wǎng)獲取電能，當多臺設備接入電網(wǎng)后，形成離散式負載接入電網(wǎng)中，電動汽車無序充電導致對電網(wǎng)產(chǎn)生污染和電能利用效率的降低。而且，隨著電動汽車充電和能源互聯(lián)網(wǎng)技術的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的多臺交流負載直接并聯(lián)電網(wǎng)的方式對電動汽車放電已不再適用，加上分布式發(fā)電和儲能技術在用戶側的應用接入，給傳統(tǒng)的能源網(wǎng)絡結構提出新的需求，對電網(wǎng)電能質(zhì)量產(chǎn)生更大的負面影響，以及能源如何更高效利用。

申請?zhí)枮?01110268090.9的中國專利申請公開了一種用于分布式發(fā)電的能量路由器，該方案針對分布式發(fā)電尤其是可再生能源分布式發(fā)電的間歇性等問題，提出一種對多種分布式發(fā)電電源進行協(xié)調(diào)和控制的能量路由器，利用分布式發(fā)電電源，將各分布式發(fā)電電源、儲能單元均接到能量路由器的工頻交流母線上，不僅可以供電給本地的普通負荷和重要負荷，而且還能夠向公共電網(wǎng)輸送電能。但是該方案是基于交流母線的能源網(wǎng)絡設備，沒有針對不同能源進行單獨計量和管控，而且由于交流母線上有多臺發(fā)電設備并聯(lián)，缺乏對電能質(zhì)量問題有效控制以及能源最佳利用，沒有利用直流母線提高能源利用效率，沒有針對電動汽車進行能量的有效利用。

公開號為CN101436778A的中國專利申請公開了一種微型電網(wǎng)組網(wǎng)方法，該方法是采用直流母線結構，各發(fā)電單元和負荷都接到直流母線上，并網(wǎng)時通過并網(wǎng)逆變器連接到配網(wǎng)。但是該方法只是基于直流母線的能源網(wǎng)絡，沒有針對不同能源進行單獨計量和管控，沒有交流母線，沒有針對電動汽車進行能量的有效利用。

以上兩個最相關文件分別突出了基于交流母線和直流母線的能源網(wǎng)絡相關的描述，任何一種方式都存在局限性和問題。單一的交流母線能源網(wǎng)絡或直流母線能源網(wǎng)絡都不能滿足現(xiàn)有需求，針對電動汽車充電、放電，分布式發(fā)電，儲能系統(tǒng)等組成的一個微型能源最佳利用和互動方案，而且沒有精確化計量和能量管控。

綜上所述，現(xiàn)有技術存在以下問題：

(1)單一的基于交流母線或者直流母線的能源網(wǎng)絡不能將能源最大化利用；

(2)電動汽車充電、放電，分布式發(fā)電，儲能系統(tǒng)等能源沒有高效利用和互動；

(3)沒有針對不同能源進行單獨計量和管控。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的缺點，提供一種基于直流母線和交流母線的混合式微型能源網(wǎng)絡系統(tǒng)。

為達到上述目的，本實用新型采用以下技術方案予以實現(xiàn)：

一種微型能源網(wǎng)絡系統(tǒng)，包括能量管理單元以及若干能夠?qū)崿F(xiàn)AC/DC、DC/DC、DC/AC及AC/AC形式能量單向或雙向變換和流動的變換單元，每個變換單元一側連接發(fā)電單元、儲能、電動汽車或負載，另一側通過計量單元和可控開關與直流母線或交流母線相連；直流母線通過雙向DC/AC變換單元和可控開關與交流母線相連；交流母線通過計量單元和可控開關與變壓器相連，變壓器的輸入端連接電網(wǎng)；能量管理單元與各個變換單元、計量單元、可控開關及變壓器電連接，對電能量流向和流量進行管控；發(fā)電單元包括分布式交流發(fā)電單元和分布式直流發(fā)電單元。

本實用新型進一步的改進在于：

所述變換單元包括單向AC/DC變換單元、單向DC/DC變換單元、單向DC/AC變換單元，單向AC/AC變換單元、雙向AC/DC變換單元、雙向DC/DC變換單元、雙向DC/AC變換單元和雙向AC/AC變換單元。

所述單向AC/DC變換單元的一側接分布式交流發(fā)電單元，另一端通過計量單元和可控開關與直流母線相連，用于將分布式交流發(fā)電電能轉換成直流電能。

所述單向DC/DC變換單元的一側接分布式直流發(fā)電單元，另一端通過計量單元和可控開關與直流母線相連，用于將分布式直流發(fā)電電能轉換成電壓等級不同的直流電能。

所述雙向DC/DC變換單元的一側接分布式直流儲能單元或電動汽車，另一端通過計量單元和可控開關與直流母線相連，用于將一種直流電能與另一種電壓等級不同的直流電能的能量雙向變換。

所述雙向AC/DC變換單元的一側接分布式交流儲能單元或電動汽車，另一端通過計量單元和可控開關與直流母線相連，用于將交流電能與直流電能的能量雙向變換。

所述雙向AC/AC變換單元的一側接電動汽車或交流負載，另一端通過計量單元和可控開關與交流母線相連，用于將電動汽車交流電能與工頻交流電能的能量雙向變換。

所述雙向DC/AC變換單元的一側接電動汽車或直流負載，另一端通過計量單元和可控開關與交流母線相連，用于將直流電能與工頻交流電能的能量雙向變換。

所述分布式交流發(fā)電單元和分布式直流發(fā)電單元包括但不限于風力發(fā)電、光伏發(fā)電、光熱發(fā)電及燃料發(fā)電設備；交流儲能單元和直流儲能單元包括但不限于飛輪儲能、蓄電池組及超級電容；交流負載和直流負載包括但不限于供電電壓是220Vac和380Vac的交流負載，以及電壓范圍是200-1000Vdc的直流負載。

所述電網(wǎng)包括但不限于電壓等級是10kVac、20kVac及35kVac的電網(wǎng)。

與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有以下有益效果：

本實用新型采用基于交流母線和直流母線的混合式能源網(wǎng)絡，并結合能源計量和開關控制，能有效解決基于電動汽車充電的多種能源接入的能源網(wǎng)絡的需求，有效解決多臺交流電源并網(wǎng)導致的電能質(zhì)量問題，同時提高能源利用效率，利用能源調(diào)度進行局部削峰填谷，實現(xiàn)電網(wǎng)能源的微調(diào)度。本實用新型采用雙向能源變換實現(xiàn)能源內(nèi)循環(huán)，增加計量和可控開關，對能源進行有效管控，同時采用直流母線方案減少并網(wǎng)點，以減少電能質(zhì)量的負面影響，同時提高能源利用效率，將分布式發(fā)電、儲能、電動汽車等各種不同特征分布式能源的進行深度融合，通過對能量有效管控實現(xiàn)不同能量之間協(xié)作互動，能源流量可控和高效利用。

【附圖說明】

圖1為本實用新型微型能源網(wǎng)絡系統(tǒng)的設計圖。

【具體實施方式】

下面結合附圖對本實用新型做進一步詳細描述：

參見圖1，本實用新型微型能源網(wǎng)絡系統(tǒng)，包括：單向AC/DC變換單元，單向DC/DC變換單元，單向DC/AC變換單元，單向AC/AC變換單元，雙向AC/DC變換單元，雙向DC/DC變換單元，雙向DC/AC變換單元，雙向AC/AC變換單元，直流母線，交流母線，計量單元，可控開關，變壓器，能源管理單元。

單向AC/DC變換單元一端連接分布式交流發(fā)電單元，另一端通過計量單元和可控開關連接直流母線，用于將分布式交流發(fā)電電能轉換成直流電能；

單向DC/DC變換單元一端連接分布式直流發(fā)電單元，另一端通過計量單元和可控開關連接直流母線，用于將分布式直流發(fā)電電能轉換成電壓等級不同的直流電能；

單向DC/AC變換單元一端連接直流負載，另一端通過計量單元和可控開關連接交流母線，用于將工頻交流電能轉換成直流負載所需的電能。

單向AC/AC變換單元一端連接交流負載，另一端通過計量單元和可控開關連接交流母線，用于將工頻交流電能轉換成交流負載所需的電能。

雙向AC/DC變換單元一端連接交流儲能單元或電動汽車，另一端通過計量單元和可控開關連接直流母線，用于將交流電能與直流電能的能量雙向變換。

雙向DC/DC變換單元一端連接直流儲能單元或電動汽車，另一端通過計量單元和可控開關連接直流母線，用于將一種直流電能與另一種電壓等級不同的直流電能的能量雙向變換。

雙向DC/AC變換單元一端連接電動汽車或直流母線，另一端連接計量單元或者可控開關，用于將一種直流電能與工頻交流電能的能量雙向變換。

雙向AC/AC變換單元一端連接電動汽車，另一端通過計量單元和可控開關連接交流母線，用于將電動汽車交流電能與工頻交流電能的能量雙向變換。

直流母線用于將電壓特征相同的直流電能匯聚在一個母線上。

交流母線用于將特征相同的交流電能匯聚在一個母線上。

計量單元用于對交流電能或者直流電能流向、能量大小等進行計量。

可控開關用于對能量可流動性進行單向或者雙向控制。

變壓器一端通過可控開關和計量單元連接到交流母線上，另一端連接電網(wǎng)，用于將電網(wǎng)電能變換成工頻交流電能。

能源管理單元通過通信技術連接所有變換單元、計量單元、可控開關、變壓器等設備，采集各個設備信息，并對電能量流向和流量進行管控，實現(xiàn)將分布式直流/交流發(fā)電單元能量經(jīng)過直流母線直接流向電動汽車或者交流/直流儲能單元，或者交流/直流儲能單元直流能量經(jīng)過直流母線直接與電動汽車電能進行互動，而且分布式發(fā)電單元、儲能單元和電動汽車能量經(jīng)過直流母線和DC/AC變換后，通過交流母線將電能直接流向同一個交流母線的其他電動汽車或負載。

本實用新型的原理：

本實用新型同時具有基于直流母線和交流母線的能源網(wǎng)絡，連接在直流母線和交流母線上的能量可分別實現(xiàn)局域內(nèi)部能量互動，實現(xiàn)能量就地消納和高效利用。采用能量雙向變換單元，可實現(xiàn)AC/DC，DC/DC，DC/AC，AC/AC各種形式能量雙向變換和流動。各個變換單元連接由計量單元及可控開關，實現(xiàn)能量精細化計量和管控。將分布式發(fā)電、儲能、電動汽車等各種不同特征分布式能源組成一個直流微網(wǎng)，并通過能源管理單元進行能量高效利用和管理，同時減少工頻交流并網(wǎng)點數(shù)量，減少對電網(wǎng)質(zhì)量的負面影響。

能量管理單元對微網(wǎng)所有設備信息進行全方位采集，根據(jù)電動汽車充電或負載的需求，調(diào)度分布式發(fā)電、儲能、其他電動汽車的能源來滿足需求；根據(jù)微網(wǎng)內(nèi)的用電峰平谷特性，調(diào)度分布式發(fā)電、儲能和電動汽車充放電實現(xiàn)微網(wǎng)內(nèi)的削峰填谷；根據(jù)電網(wǎng)峰平谷特性，高峰時調(diào)度分布式發(fā)電、儲能和電動汽車放電實現(xiàn)不向電網(wǎng)取電或者少取電，而在低谷時多用電，實現(xiàn)對電網(wǎng)的削峰填谷；根據(jù)變壓器配置容量和微網(wǎng)內(nèi)負載用電需求情況，動態(tài)調(diào)度分布式發(fā)電、儲能和電動汽車放電，實現(xiàn)微網(wǎng)內(nèi)用電容量不超過電壓器容量，實現(xiàn)小容量變壓器滿足大容量用電負載需求。

本實用新型各變換單元的功能：

單向AC/DC變換單元：一種交流電單向變換成直流電，交流電壓包含但不限于220Vac或380Vac。

單向DC/DC變換單元：一種電壓范圍的直流電單向變換成另一種電壓范圍的直流電。

單向DC/AC變換單元：一種電壓范圍的直流電單向變換成工頻交流電。

單向AC/AC變換單元：一種交流電單向變換成交流電，交流電壓包含但不限于220Vac或380Vac，包含變換前后電壓相等。

雙向AC/DC變換單元：交流電與直流電雙向變換，交流電壓包含但不限于220Vac或380Vac。

雙向DC/DC變換單元：一種電壓范圍的直流電與另一種電壓范圍的直流電的雙向變換，包含變換前后電壓值相等。

雙向DC/AC變換單元：一種電壓范圍的直流電與工頻交流電雙向變換。

雙向AC/AC變換單元：一種交流電與另一種交流電的雙向變換，交流電壓包含但不限于220Vac或380Vac，包含變換前后電壓值相等。

直流母線，交流母線：直流母線電壓范圍是200-1000Vdc，交流母線是380Vac，包括并不限于金屬排、線纜、連接器。

計量單元：交流計量和直流計量，一種計量電能流向和流量的單元，同時可反饋電壓、電流、相位、有功、無功、功率因素、頻率、電能方向和大小等數(shù)值，包括但不限于傳感器、計量模塊或電表。

可控開關：所有帶反饋節(jié)點信號的開關。

變壓器：將電網(wǎng)電能變換成380Vac的設備，電網(wǎng)電壓等級不限于10kVac，20kVac，35kVac。

能源管理單元：具有通信功能，可進行數(shù)據(jù)采集、分析和處理能力的單元。包含但不限于含有MCU或CPU的模塊或設備。通信方式：有線、無線、或電力線載波。

分布式交流/直流發(fā)電單元，包含但不限于風力發(fā)電、光伏發(fā)電、光熱發(fā)電、燃料發(fā)電等設備；

交流/直流儲能單元，包含但不限于飛輪儲能、蓄電池組、超級電容等。

電動汽車，包含可交流充電或放電的純電動汽車和混合式電動汽車。

交流/直流負載，包含但不限于供電電壓是220Vac，380Vac的負載，電壓范圍200-1000Vdc的直流負載。

電網(wǎng)，包含但不限于電壓等級是10kVac，20kVac，35kVac的電網(wǎng)。

本實用新型各變換單元可采用帶有計量單元和可控開關的變換單元，不用外接計量單元和可控開關。同時本實用新型交流母線可以不采用變壓器，直接與380Vac的電網(wǎng)相連；本實用新型各變換單元、計量單元和可控開關的連接無先后次序；電動汽車可作為儲能單元與變換單元相連。

以上內(nèi)容僅為說明本實用新型的技術思想，不能以此限定本實用新型的保護范圍，凡是按照本實用新型提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本實用新型權利要求書的保護范圍之內(nèi)。