[发明专利]一种直流电力弹簧拓扑及其控制方法

说明书

本发明公开了一种直流电力弹簧拓扑及其控制方法，该直流电力弹簧拓扑结构将三端口变换器与双向直流变换器融合在一起，在三端口直流/直流变换器每一个端口分别并联有一个滤波电容和一个全桥变换器，每一个全桥变换器的一个输出端均与一个滤波电感相连接，每一个滤波电感与一个三端口变压器相应的绕组串联；其中三端口直流/直流变换器的端口I与新能源发电的输出端并联，端口II与非关键负载R_NC并联，端口III一方面与关键负载R_C并联，同时也与双向直流/直流变换器的一端并联，双向直流/直流变换器的另一端连接蓄电池组。本发明能够避免非关键负载与直流电力弹簧的串联连接，从而有效解决当前电力弹簧拓扑普遍存在的缺陷。

技术领域

本发明涉及一种应用于微电网的直流电力弹簧拓扑。

背景技术

近年来，能源危机和环境污染问题日益突出，新能源的发展被各国纷纷提上了议程，新能源发电技术不断进步，尤其风电产业更是突飞猛进。微电网是相对于大电网而言的，通过各种智能设备整合各种分布式发电资源以建立的一种新的发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可孤立运行。

随着电气领域负荷需求的不断攀升以及化石燃料量的减少，对新能源的开发和利用已迫在眉睫。新能源分布式发电以其初期建设投资低、发电方式灵活等特点一直获得广泛关注，新能源发电的装机容量也因此逐年攀升。然而，当大量的分布式发电并网尤其是并入微电网后，太阳能、风能等新能源的间歇性和随机性必然会影响直流电网电压的稳定，如何保证直流电网的稳定运行已成为直流电网建设的重要研究课题，这个迫切的问题已经愈来愈成为制约新能源发展的瓶颈。

现有直流电网的控制方法有很多，主流的控制方案是设置大容量储能装置以平抑分布式电源发电功率的波动。但是，与当前交流供电系统面对的困境相似，大容量蓄电池、飞轮储能装置等设备昂贵的造价和可靠性较低的集中式控制方法，无法满足未来智能电网中大范围、高比例的分布式发电并网的需求。近年来问世的交流电力弹簧(AlternativeCurrent Electric Spring，ACES)虽在一定程度上解决了上述问题并被认为可以广泛应用于分布式发电系统中，但是，ACES的问世主要是针对交流微电网应用场合。当前，基于智能负载原理的直流电力弹簧(Direct Current Electric Spring，DCES)应用于直流微电网的已有报道，但还很少见。主流DCES的实现方式仍然是基于ACES拓扑，其中的LC滤波器在直流应用环境下显得尤为笨重，极大地降低了系统的功率密度。更重要的是，到目前为止，还未出现能改变DCES与直流非关键负载串联的形式，这与电力系统的传统连接方式相悖，不利于大规模推广应用。

发明内容

发明目的：本发明提供了一种直流电力弹簧拓扑，该直流电力弹簧拓扑在保证直流母线电压稳定的同时将输入功率的波动转移给直流非关键负载，从而保证关键负载功率的稳定。

基于上述直流电力弹簧拓扑，本发明公开了该直流电力弹簧拓扑的控制方法，通过此种控制方法能够驱动双向直流/直流变换器工作，使得关键负载输入功率保持稳定。

技术方案：本发明所述的直流电力弹簧拓扑，包括一个三端口直流/直流变换器和一个双向直流/直流变换器；其中，三端口直流/直流变换器包含三个全桥电路，每个全桥电路的一个输出端均与一个滤波电感的一端相连，每个滤波电感的另一端与三端口直流/直流变换器内部的三端口变压器相应的绕组相连；三个全桥电路各对应一个端口，且每个端口并联有一个滤波电容；绕组的另一端与相应的全桥电路的另一个输出端相连；三端口直流/直流变换器的端口I与新能源发电的输出端并联，端口II与非关键负载R_NC并联，端口III与关键负载R_C并联，双向直流/直流变换器的一端与端口III和关键负载R_C并联；双向直流/直流变换器的另一端并联有蓄电池组，蓄电池组为双向直流/直流变换器输入侧提供直流电，双向直流/直流变换器输入侧的直流电也可以由PWM整流模块提供。