一種直流電力彈簧拓?fù)浼捌淇刂品椒?br>【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于智能電網(wǎng)運(yùn)行控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種應(yīng)用于直流電力系統(tǒng)及直流微電網(wǎng)的直流電力彈簧拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]新能源微電網(wǎng)代表了未來能源的發(fā)展趨勢(shì)，是“互聯(lián)網(wǎng)+”在能源領(lǐng)域的創(chuàng)新型應(yīng)用。為此，國(guó)家能源局在可再生能源發(fā)展規(guī)劃中將其作為可再生能源和分布式能源發(fā)展的重要方向。作為可再生能源微電網(wǎng)不可或缺的一部分，直流微電網(wǎng)也逐步得到普及和應(yīng)用，國(guó)家對(duì)于屋頂光伏發(fā)電也有政策扶持。然而，當(dāng)大量的分布式發(fā)電并網(wǎng)尤其是并入微電網(wǎng)后，由于太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源的間歇性和不穩(wěn)定性，必然會(huì)影響直流電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定，如何保證直流電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行和供電功能已成為直流電網(wǎng)建設(shè)的重要研究課題。目前，直流電網(wǎng)的控制有很多種。然而，與當(dāng)前交流供電系統(tǒng)的控制方式類似，針對(duì)直流電網(wǎng)的控制均是基于集中式的，無法滿足未來智能電網(wǎng)中大范圍、高比例的分布式發(fā)電并網(wǎng)的要求。幾年前問世的電力彈簧(Electric Spring,ES)雖可以被廣泛應(yīng)用于分布式發(fā)電系統(tǒng)中，但是，ES的問世主要是針對(duì)交流微電網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)合，還未見基于DC/DC變換器實(shí)現(xiàn)的直流電力彈簧(Direct Current Electric Spring，DCES)應(yīng)用于直流微電網(wǎng)的相關(guān)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，提出一種適用于直流微電網(wǎng)的直流電力彈簧拓?fù)浼捌淇刂品椒?，使得DCES能在電網(wǎng)電壓波動(dòng)的情況下實(shí)現(xiàn)發(fā)電量和用電量的自動(dòng)平衡。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】
:一種直流電力彈簧拓?fù)?，包括一個(gè)雙向DC/DC變換器、一個(gè)單向DC/DC變換器、第一單相H橋、第二單相H橋、第一濾波電容、第二濾波電容以及直流源；所述雙向DC/DC變換器的輸入連接直流源，所述雙向DC/DC變換器的輸出并聯(lián)第一濾波電容，同時(shí)所述雙向DC/DC變換器的正輸出端連接電阻以及關(guān)鍵負(fù)載的一端，所述電阻的另一端連接可再生能源發(fā)電輸出的直流電正極，所述關(guān)鍵負(fù)載的另一端與可再生能源發(fā)電輸出的直流電負(fù)極，所述關(guān)鍵負(fù)載兩端并聯(lián)第三濾波電容；所述單向DC/DC變換器的輸入連接第一單相H橋的輸出，所述單向DC/DC變換器的輸出并聯(lián)第二濾波電容并連接第二單相H橋的輸入；所述第一單相H橋的一個(gè)輸入端同時(shí)連接所述直流源的負(fù)極以及所述雙向DC/DC變換器的負(fù)輸出端，所述第一單相H橋的另一個(gè)輸入端連接可再生能源發(fā)電輸出的直流電負(fù)極；非關(guān)鍵負(fù)載連接在所述雙向DC/DC變換器的正輸出端與單向DC/DC變換器的一個(gè)輸出端之間，所述單向DC/DC變換器的另一個(gè)輸出端連接可再生能源發(fā)電輸出的直流電負(fù)極。
[0005]進(jìn)一步的，所述雙向DC/DC變換器包括第一開管Q1、第二開關(guān)管％以及第一電感L1，所述第一電感L1的一端同時(shí)連接第一開管Q i的漏極和第二開關(guān)管Q2的源極；所述第一電感L1的另一端以及第一開管Q:的源極作為所述雙向DC/DC變換器的輸入，第一電感L:連接所述直流源的正極，第一開管Q1的源極連接所述直流源的負(fù)極。
[0006]—種直流電力彈簧拓?fù)涞目刂品椒?，包括?duì)雙向DC/DC變換器的控制，對(duì)單向DC/DC變換器的控制以及對(duì)所述第一單相H橋和第二單相H橋的控制；其中，所述雙向DC/DC變換器的控制包括如下步驟:
[0007]I)，采集關(guān)鍵負(fù)載兩端電壓Ve，并采集經(jīng)過第一開管Q1的電流i Q1，以及經(jīng)過第二開關(guān)管Q2的電流i Q2；
[0008]2)，將所述關(guān)鍵負(fù)載兩端電壓Ve與其參考值V ^作差得到誤差值E 1；
[0009]3)，將所述誤差值E1經(jīng)過比例積分控制，其輸出值經(jīng)過限幅后再減去所述電流i得到差值X1;
[0010]4)，將所述誤差值相反值-E 比例積分控制，其輸出值經(jīng)過限幅后再減去所述電流i(^得到差值X 2；
[0011 ] 5)，將所述差值X2邏輯取反之后再跟所述差值X i進(jìn)行邏輯與，其結(jié)果作為所述第一開管Q1的驅(qū)動(dòng)信S 1；
[0012]6)，將所述差值X1邏輯取反之后再跟所述差值X 2進(jìn)行邏輯與，其結(jié)果作為所述第二開關(guān)管02的驅(qū)動(dòng)信S2;
[0013]控制所述第一單相H橋使得輸入所述單向DC/DC變換器的電壓信號(hào)始終為正電壓，控制所述單向DC/DC變換器使得其輸出信號(hào)和輸入信號(hào)幅值相同，控制所述第二單相H橋使得:當(dāng)可再生能源發(fā)電輸出的直流電的電壓大于額定電壓值時(shí)，所述第二單相H橋與關(guān)鍵負(fù)載連接的輸出端的電位高于所述第二單相H橋與非關(guān)鍵負(fù)載連接的輸出端的電位；當(dāng)可再生能源發(fā)電輸出的直流電的電壓小于額定電壓值時(shí)，所述第二單相H橋與關(guān)鍵負(fù)載連接的輸出端的電位低于所述第二單相H橋與非關(guān)鍵負(fù)載連接的輸出端的電位。
[0014]有益效果:與現(xiàn)有的ES相比，本發(fā)明的直流電力彈簧拓?fù)浼捌淇刂品椒ㄟm用于直流微電網(wǎng)，例如屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)和小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，當(dāng)再生能源發(fā)電系統(tǒng)輸出直流電壓和功率發(fā)生較大波動(dòng)時(shí)，DCES既能保證關(guān)鍵負(fù)載的電壓精確地跟蹤給定值，又通過控制將波動(dòng)的能量轉(zhuǎn)移給非關(guān)鍵負(fù)載，以減少對(duì)儲(chǔ)能裝置的充放電功率，提高系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，相對(duì)于傳統(tǒng)的ES拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而言，本發(fā)明的DCES拓?fù)洳捎肈C/DC變換器，控制更簡(jiǎn)單。采用本發(fā)明后，普通用戶可以直接使用自身發(fā)電給關(guān)鍵負(fù)載供電。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的DCES拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖2是實(shí)施例中電力彈簧拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0017]圖3是DCES中雙向DC/DC變換器的控制框圖；
[0018]圖4是當(dāng)可再生能源發(fā)電輸出電壓小于設(shè)定值IlOV時(shí)的仿真波形；
[0019]圖5是當(dāng)可再生能源發(fā)電輸出電壓等于設(shè)定值時(shí)的仿真波形；
[0020]圖6是當(dāng)可再生能源發(fā)電輸出電壓大于設(shè)定值時(shí)的仿真波形。
[0021]圖中各標(biāo)號(hào)定義如下:
[0022]1.1為直流源Vd。，1.2為第一電感L1,1.3為第一開管Q1,1.4為第二開關(guān)管Q2,1.5為第一濾波電容C1,1.6為直流電力彈簧，1.7為非關(guān)鍵負(fù)載RNe，1.8為關(guān)鍵負(fù)載Re，1.9為第三濾波電容C3，l.10為電阻R1,1.11為可再生能源發(fā)電輸出的直流電Vin，1.12為反激式變換器，1.13為第二單相H橋，1.14為第一單相H橋。2.1和2.2為減法器，2.3和2.4為PI控制器，2.5和2.6為限幅，2.7和2.8為比較器，2.9和2.10為邏輯反相器，2.11和2.12為邏輯與門，2.13為關(guān)鍵負(fù)載兩端電壓采樣值，2.14為關(guān)鍵負(fù)載兩端電壓參考值Ve raf，2.15和2.16為第一開管Q1和第二開關(guān)管Q 2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。
[0024]如圖2所示，一種直流電力彈簧拓?fù)浒ㄒ粋€(gè)雙向DC/DC變換器、一個(gè)單向DC/DC變換器、第一單相H橋、第二單相H橋、第一濾波電容C1、第二濾波電容C2以及直流源V d。。直流源Vd?？梢允切铍姵?、能量雙向的AD/DC或DC/DC電源。
[0025]其中，雙向DC/DC變換器包括反向并聯(lián)二極管D1的第一開管Q1、反向并聯(lián)二極管D2的第二開關(guān)管Q 2以及第一電感Li。第一電感L1的一端同時(shí)連接第一開管Q:的漏極和第二開關(guān)管02的源極，第一電感L 4勺另一端以及第一開管Q 4勺源極作為雙向DC/DC變換器的輸入，第一電感L1連接直流源V d。的正極，第一開管Q:的源極連接直流源V d。的負(fù)極。雙向DC/DC變換器的輸出并聯(lián)第一濾波電容C1,即第一濾波電容C1連接在第一開管Q1的源極和第二開關(guān)管Q2的漏極之間。同時(shí)，第二開關(guān)管Q 2的漏極和第一濾波電容C i的公共點(diǎn)作為雙向DC/DC變換器的正輸出端連接電阻R1的一端以及關(guān)鍵負(fù)載1^的一端，電阻R1的另一端連接可再生能源發(fā)電輸出的直流電Vin正極，關(guān)鍵負(fù)載Re的另一端與可再生能源發(fā)電輸出的直流電Vin負(fù)極，關(guān)鍵負(fù)載兩端并聯(lián)有第三濾波電容C3;電阻R1即為可再生能源發(fā)電輸出到負(fù)載的輸電線路電阻值。第一開管9工的源極和第一濾波電容C i的公共點(diǎn)作為雙向DC/DC變換器的負(fù)輸出端。雙向DC/DC變換器用于實(shí)現(xiàn)能量雙向流動(dòng)，不以上述拓?fù)錇橄?，第一開管Q1和第二開關(guān)管Q2可以是MOSFET或IGBT。
[0026]第二單相H橋的結(jié)構(gòu)與第一單相H橋的結(jié)構(gòu)相同；第一橋臂開關(guān)管與第三橋臂開關(guān)管的公共點(diǎn)A作為單相H橋的一個(gè)輸入，第二橋臂開關(guān)管與第四橋臂開關(guān)管的公共點(diǎn)B作為單相H橋的另一個(gè)輸入端，第一橋臂開關(guān)管與第二橋臂開關(guān)管的公共點(diǎn)M作為單相H橋的一個(gè)輸出端，第三橋臂開關(guān)管與第四橋臂開關(guān)管的公共點(diǎn)N作為單相H橋的另一個(gè)輸出端。
[0027]第一單相H橋的輸入端B同時(shí)連接直流源Vd。的負(fù)極以及雙向DC/DC變換器的負(fù)輸出端，第一單相H橋的輸入端A連接可再生能源發(fā)電輸出的直流電Vin負(fù)極。本實(shí)施例中，單向DC/DC變換器選用反激式變換器，單向DC/DC變換器的輸入連接第一單相H橋的輸出，單向DC/DC變換器的輸出并聯(lián)第二濾波電容(:2并連接第二單相H橋的輸入，即單向DC/DC變換器的正輸入端連接第一單相H橋的輸出端M，單向DC/DC變換器的負(fù)輸入端連接第一單相H橋的輸出端N。單