一種基于新能源互連的功率融通型平衡供電系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明主要涉及新能源技術領域，特指一種基于新能源互連的功率融通型平衡供電系統及方法。
【背景技術】
[0002]隨著化石燃料資源的日趨緊張，人們對可再生能源的應用要求越來越強烈，目前可供使用的新能源(如風能、太陽能等)被逐步應用于現有電網，但風電、太陽能等新能源發電自身所固有的間歇性、不連續性和不穩定性等特征，使得大量的風電、光伏設施裝機后無法持續使用或并網發電。另外，由于新能源本身的不穩定性，使其對傳統配電網產生了很多不良影響，包括使得線路調壓、無功補償復雜化；繼電保護選型和配置困難；電網短路容量增大；對電能質量有較大干擾；接受電力系統調度困難，使得新能源的大規模發展和推廣受到制約。另外現有的新能源供電系統大多采用鉛酸蓄電池儲能，存在環境污染，循環性差，增加投資和維護成本；而且現有的能源互連僅限于新能源發電裝置和儲能單元間的內部能量流動，局限于傳統的能源網絡，轉換利用率較低。
【發明內容】
[0003]本發明要解決的技術問題就在于:針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一種實現新能源供電系統與外電網之間能量流動，充分利用新能源供電系統并充分保障新能源供電系統可靠運行的基于新能源互連的功率融通型平衡供電系統，并相應提供一種操作簡便的基于新能源互連的功率融通型平衡供電方法。
[0004]為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為:
[0005]一種基于新能源互連的功率融通型平衡供電系統，包括功率調節器、AC/DC雙向隔離變換器和新能源供電系統，所述功率調節器包括兩個電壓源變流器和一個直流電容，所述直流電容與兩個電壓源變流器并聯，兩個電壓源變流器與外電網相連，所述直流電容的兩端通過AC/DC雙向隔離變換器與所述新能源供電系統相連，所述AC/DC雙向隔離變換器用于實現直流電容與新能源供電系統之間的能量流動；所述AC/DC雙向隔離變換器包括依次相連的全橋電路H1、全橋電路H2和全橋電路H3，所述全橋電路H1用于實現整流或逆變功能，所述全橋電路H2和全橋電路H3組合用于實現DC/DC變換功能。
[0006]作為上述技術方案的進一步改進:
[0007]所述全橋電路H1、全橋電路H2和全橋電路H3均為由四個IGBT模塊構成的Η橋電路。
[0008]所述全橋電路Η2與全橋電路Η3之間通過隔離變壓器連接。
[0009]兩個電壓源變流器均通過輸出電抗器和單相多繞組變壓器連接外電網。
[0010]所述外電網與新電源供電系統之間的能量流動包括三種工作模式:充電工作模式，所述新能源供電系統向所述直流電容充電，此時所述AC/DC雙向隔離變換器處于AC/DC/DC工作狀態且全橋電路HI處于整流狀態；供電工作模式，所述直流電容向新能源供電系統的負載供電，此時所述AC/DC雙向隔離變換器處于DC/DC/AC工作狀態且全橋電路H1處于無源逆變狀態；饋電工作模式，所述直流電容向新能源供電系統的電網饋電，此時所述AC/DC雙向隔離變換器處于DC/DC/AC工作狀態且全橋電路H1處于有源逆變狀態。
[0011 ] 所述新能源供電系統包括風能供電系統或太陽能供電系統。
[0012]本發明還公開了一種基于如上所述的基于新能源互連的功率融通型平衡供電系統的供電方法，包括三種工作模式:
[0013]充電工作模式:當新能源供電系統的電網功率大于新能源供電系統的負載時，所述新能源供電系統交流電經AC/DC雙向隔離變換器AC/DC轉換變成高壓直流電，再經正向DC/DC轉換將低壓直流電給直流電容充電；
[0014]供電工作模式:當新能源供電系統異常時，所述直流電容的低壓直流電經DC/DC雙向隔離變換器DC/DC轉換成高壓直流電，再經反向DC/AC轉換成高壓交流電，直接供給新能源供電系統的負載；
[0015]饋電工作模式:當新能源供電系統的電網功率不足時，所述直流電容的低壓直流經AC/DC雙向隔離變換器的DC/DC轉換成高壓直流電，再經反向DC/AC轉換成與新能源供電系統的電網電壓等幅、同頻同相的交流電，回饋至新能源供電系統的電網。
[0016]作為上述技術方案的進一步改進:
[0017]處于充電工作模式時，當所述直流電容的電壓高于預設電壓時，所述直流電容向外電網釋放電能；處于供電工作模式或饋電工作模式時，當所述直流電容的電壓低于預設電壓時，所述外電網向直流電容充電。
[0018]當處于充電工作模式時，所述AC/DC雙向隔離變換器中的全橋電路H1處于整流狀態，用于將高壓交流電整流成高壓直流電，所述全橋電路H2和全橋電路H3處于正向DC/DC轉換狀態，用于將高壓直流電轉換成低壓直流電。
[0019]當處于供電工作模式時，所述AC/DC雙向隔離變換器中的全橋電路H2和全橋電路H3處于反向DC/DC轉換狀態，用于將低壓直流電轉換成高壓直流電，所述全橋電路H1處于無源逆變狀態，用于將高壓直流電轉換成高壓交流電。
[0020]當處于饋電工作模式時，所述AC/DC雙向隔離變換器中的全橋電路H2和全橋電路H3處于反向DC/DC轉換狀態，用于將低壓直流電轉換成高壓直流電，所述全橋電路H1處于有源逆變狀態，用于將高壓直流電轉換成與新能源供電系統的電網電壓等幅、同頻同相的交流電。
[0021]與現有技術相比，本發明的優點在于:
[0022]本發明的基于新能源互連的功率融通型平衡供電系統，能夠實現新能源供電系統與外電網之間的能量互連共享，既可將新能源供電系統的多余電能饋入外電網供其它用戶使用，在新能源供電系統電網電能不足時又可通過直流電容從外電網實時補充電能，持續向新能源供電系統的負載供電；AC/DC雙向隔離變換器可將新能源供電系統與外電網相互隔離，降低了新能源供電系統的沖擊電壓對外電網的干擾；當有故障出現時，可快速切斷能源之間的雙向流動。本發明的基于新能源互連的功率融通型平衡供電方法，不僅具有如上系統所述的優點，而且當新能源供電系統電壓跌落、涌流和瞬時供電中斷時，直流電容儲能可以起到緩沖作用，補充不足電量，改善電能質量，維持系統穩定；當新能源供電系統電網功率下降時，通過直流電容可向新能源供電網絡饋電，緩解電網壓力，提高電網功率。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明的供電系統的結構示意圖。
[0024]圖2為本發明的供電系統中AC/DC雙向隔離變換器的電路原理圖。
[0025]圖3為本發明的供電系統處于充電工作模式時的能量流向圖。
[0026]圖4為本發明的供電系統處于供電工作模式時的能量流向圖。
[0027]圖5為本發明的供電系統處于饋電工作模式時的能量流向圖。
[0028]圖6為本發明的供電方法在充電工作模式下全橋電路H1的控制方框圖。
[0029]圖7為本發明的供電方法在充電工作模式下全橋電路H2和H3的控制方框圖。
[0030]圖8為本發明的供電方法在供電工作模式下全橋電路H1的控制方框圖。
[0031]圖9為本發明的供電方法在供電工作模式下全橋電路H2和H3的控制方框圖。
[0032]圖10為本發明的供電方法在饋電工作模式下全橋電路H1的控制方框圖。
[0033]圖11為本發明的供電方法在饋電工作模式下全橋電路H2和H3的控制方框圖。
【具體實施方式】
[0034]以下結合說明書附圖和具體實施例對本發明作進一步描述。
[0035]如圖1至圖5所示，本實施例的基于新能源互連的功率融通型平衡供電系統，包