一种分布式光伏并网配电网电能路由器及其控制方法技术

一种分布式光伏并网配电网电能路由器及其控制方法，由光伏模块、并网双向变流器模块、储能模块、充电桩模块、交流负载以及控制系统构成，拓扑结构和控制方法可实现分布式光伏户用能源互联网中电能的多向流动，使各个模块高效互联。所述的并网双向变流器模块及其控制方法，采用三个低通滤波器并联交错控制的方法实现柔性虚拟磁链观测，实现更快速和准确的电气参数观测；采用带通式准PR控制器和无差拍电流控制算法实现并网参考电流的无差跟踪控制，保障并网质量和系统稳定性；母线电压外环PI调节器级联带阻式准PR控制器，抑制直流母线电压脉动对内环并网电流的影响的同时，降低并网双向变流器的容积和成本，实现电能路由器小型化和轻量化。轻量化。轻量化。

【技术实现步骤摘要】
一种分布式光伏并网配电网电能路由器及其控制方法


[0001]本专利技术涉及电源系统
，具体涉及一种分布式光伏并网配电网电能路由器及其控制方法。

技术介绍

[0002]电能路由器是一种可实现能量多向流动、对电力网络功率流的主动控制的设备，是能源互联网的核心设备。
[0003]随着整县屋顶分布式光伏开发建设的推进，建设农村能源互联网，将农村地区屋顶分布式光伏与户用新能源汽车充电桩融合开发，对促进分布式光伏新能源就地消纳，改变农村地区新能源汽车充电基础设施建设严重滞后的现状，引导农村居民绿色消费，转变城乡用能方式具有重要的意义。
[0004]现已有的针对工业园区或者工商业光伏电站的大型电能路由器主要用于主干电网，功率较大，功能相对单一，能量流动方式简单，包含高频变压器，系统体积大、成本高。用于主电网的大型电能路由器的拓扑结构和控制方法不适应于小型户用电能路由器。
[0005]分布式光伏并网配电网中的小型户用电能路由器，要求光伏发电、储能、充电桩、配电网以及交流负载之间高效互联，并且能够实现户用能源互联微电网对功率的多向流动的主动控制，并且要求小型化和轻量化。
[0006]由于户用电能路由器的元器件小型化、多端口并联、多模块切换，不同子模块的控制目标及控制方法均不同，多模块组合为一个整体系统后，目前小型户用电能路由器系统的稳定控制技术并没有得到很好的解决，因此，实现其系统稳定性的拓扑结构和控制方法是当前亟待解决的问题。
[0007]本专利技术提供一种分布式光伏并网配电网电能路由器及其控制方法，实现农村屋顶分布式光伏、储能、充电桩、配电网以及户用交流负载等多模块之间的高效电能互联和稳定的功率控制，提高农村屋顶分布式光伏的利用率和就地消纳率，并且为农村地区新能源汽车充电桩建设提供绿色解决方案。

技术实现思路

[0008]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]一种分布式光伏并网配电网电能路由器，包括：光伏模块、并网双向变流器模块、储能模块、充电桩模块、交流负载以及控制系统；所述的光伏模块、储能模块、充电桩模块以及并网双向变流器模块通过直流母线直接并联，并且与一个直流母线电容并联连接。
[0010]所述光伏模块，采用单向DC/DC变换器构成光伏模块，包括一个基本Boost直流升压电路，包含防反充二极管D
pv
、储能电感L
p
、滤波电容C
p
和功率开关管V
p1
、V
p2
；
[0011]进一步地，所述光伏模块的低压侧与光伏组件连接，高压侧接入直流母线，实现最大限度利用光伏组件发出的电能；
[0012]所述并网双向变流器模块，采用三相三线制隔离拓扑构成双向变流器模块，包含
有一个三相电压型整流器和三相电压型逆变器拓扑结构，包含一个隔离变压器T，直流母线储能及滤波电容C
dc
，滤波电感L
fa
、L
fb
、L
fc
，滤波电容C
f1
、C
f2
，滤波电感电阻R
fa
、R
fb
、R
fc
，功率开关管V1、V2、V3、V4、V5、V6；
[0013]进一步地，所述并网双向变流器模块的交流侧分别连接配电网和交流负载，直流侧接入直流母线，实现交直流电能变换的功能；
[0014]优选地，所述并网双向变流器模块的输出电压和电流分别为u
s
与i
s
，所连配电网电压和电流分别为u
g
与i
g
。
[0015]所述储能模块，采用一个由非隔离型双向半桥电路构成的双向DC/DC变换模块，包含储能电感L
es
、滤波电容C
es
、功率开关管V
es1
、V
es2
，低压侧连接储能电池，高压侧接入直流母线，用于实现平抑光伏组件输出功率波动的功能。
[0016]所述充电桩模块，采用一个由非隔离型双向半桥电路构成的双向DC/DC变换模块，包含储能电感L
ec
、滤波电容C
ec
、功率开关管V
ec1
、V
ec2
，低压侧连接电动车蓄电池，高压侧接入直流母线，实现给户用电动车充电的功能，并在应急情况下将电动车蓄电池作为备用电源为用户提供电能。
[0017]所述的控制系统，包括光伏模块控制系统、并网双向变流器模块控制系统、储能模块控制系统、充电桩模块控制系统，以及整体控制系统；
[0018]进一步地，所述整体控制系统用于各模块间功率平衡控制；
[0019]进一步地，所述光伏模块控制系统对功率开关管V
p1
、V
p2
的通断进行控制，用于追踪光伏组件最大输出功率；
[0020]进一步地，所述并网双向变流器模块控制系统对功率开关管V1、V2、V3、V4、V5、V6的通断进行控制，用于稳定直流母线电压，实现并网控制以及向配电网和交流负载输出有功功率，并抑制直流母线功率的脉动；
[0021]进一步地，所述储能模块控制系统对功率开关管V
es1
、V
es2
的通断进行控制，用于储能电池的充放电功率控制；
[0022]进一步地，所述充电桩模块控制系统对功率开关管V
ec1
、V
ec2
的通断进行控制，在正常模式下用于电动车充电控制，在应急模式下用于稳定直流母线电压。
[0023]一种分布式光伏并网配电网电能路由器的控制方法：
[0024]包括整体控制系统的控制方法和光伏模块控制系统的控制方法、并网双向变流器模块控制系统的控制方法、储能模块控制系统的控制方法、充电桩模块控制系统的控制方法；
[0025]所述整体控制系统的控制方法，通过控制各个模块之间的功率流向和大小，实现系统内部的功率平衡，以光伏模块发出功率与充电桩模块吸收功率之差ΔP作为储能模块和并网双向变流器模块运行模式的判断根据，以
±
5％倍并网双向变流器额定容量S
inv
为功率死区进行控制；当ΔP＞1.05S
inv
时，并网双向变流器工作在逆变状态，且当储能模块的储能电池荷电状态SOC
es
(StateofCharge)≥90％时，储能模块待机切出，且当SOC
es
＞80％时，储能模块恒压充电，且当SOC
es
为10％～80％内时，储能模块为恒功率充电状态；当0.95S
inv
≤ΔP≤1.05S
inv
时，并网双向变流器工作在逆变状态，储能模块待机切出；当ΔP＜0.95S
inv
时，并网双向变流器工作在整流状态，且当SOC
es...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分布式光伏并网配电网电能路由器，其特征在于，包括：光伏模块、并网双向变流器模块、储能模块、充电桩模块、交流负载以及控制系统；所述的光伏模块、储能模块、充电桩模块以及并网双向变流器模块通过直流母线直接并联，并且与一个直流母线电容并联连接；所述并网双向变流器模块的交流侧分别连接配电网和交流负载，直流侧接入直流母线，实现交直流电能变换的功能；所述的控制系统，包括光伏模块控制系统、并网双向变流器模块控制系统、储能模块控制系统、充电桩模块控制系统，以及整体控制系统。2.根据权利要求1所述的新型户用电能路由器，其特征在于，所述并网双向变流器模块，采用三相三线制隔离拓扑构成双向变流器模块，包含有一个三相电压型整流器和三相电压型逆变器拓扑结构，包含一个隔离变压器T，直流母线储能及滤波电容C
dc
，滤波电感L
fa
、L
fb
、L
fc
，滤波电容C
f1
、C
f2
，滤波电感电阻R
fa
、R
fb
、R
fc
，功率开关管V1、V2、V3、V4、V5、V6。3.根据权利要求1所述的新型户用电能路由器，其特征在于，所述整体控制系统用于各模块间功率平衡控制；所述光伏模块控制系统对功率开关管V
p1
、V
p2
的通断进行控制，用于追踪光伏组件最大输出功率；所述并网双向变流器模块控制系统对功率开关管V1、V2、V3、V4、V5、V6的通断进行控制，用于稳定直流母线电压，实现并网控制以及向配电网和交流负载输出有功功率，并抑制直流母线功率的脉动；所述储能模块控制系统对功率开关管V
es1
、V
es2
的通断进行控制，用于储能电池的充放电功率控制；所述充电桩模块控制系统对功率开关管V
ec1
、V
ec2
的通断进行控制，在正常模式下用于电动车充电控制，在应急模式下用于稳定直流母线电压。4.一种如权利要求1所述分布式光伏并网配电网电能路由器的控制方法，其特征在于，包括整体控制系统的控制方法、光伏模块控制系统的控制方法、并网双向变流器模块控制系统的控制方法、储能模块控制系统的控制方法以及充电桩模块控制系统的控制方法；所述整体控制系统的控制方法，通过控制各个模块之间的功率流向和大小，实现系统内部的功率平衡，以光伏模块发出功率与充电桩模块吸收功率之差ΔP作为储能模块和并网双向变流器模块运行模式的判断根据，以
±
5％倍并网双向变流器额定容量S
inv
为功率死区进行控制；当ΔP＞1.05S
inv
时，并网双向变流器工作在逆变状态，且当储能模块的储能电池荷电状态SOC
es
(StateofCharge)≥90％时，储能模块待机切出，且当SOC
es
＞80％时，储能模块恒压充电，且当SOC
es
为10％～80％内时，储能模块为恒功率充电状态；当0.95S
inv
≤ΔP≤1.05S
inv
时，并网双向变流器工作在逆变状态，储能模块待机切出；当ΔP＜0.95S
inv
时，并网双向变流器工作在整流状态，且当SOC
es
≥10％时，储能模块恒功率放电，且当SOC
es
小于10％时，储能模块待机切出；另外，当充电桩电动车蓄电池荷电状态SOC
ec
≤90％时，充电桩模块工作在恒功率充电状态，当90％＜SOC
ec
＜100％时，充电桩...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟沅均，罗庆云，王子依，祁浩喆，陈浩，宁璐瑶，刘仙萍，肖华根，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：