发明专利｜多单元多母线直流微电网架构及分区分层智能控制系统

摘要：本发明适用于电网规划技术领域，提供了一种多单元多母线直流微电网架构及分区分层智能控制系统，所述架构包括：第一大电网单元、第二大电网单元、混合储能单元、风储供电单元、光储供电单元、断路器单元、公共双直流母线单元和本地直流微电网单元，上述各个单元通过各自对应的两个刀闸分别与第一公共直流母线和第二公共直流母线连接，第一公共直流母线及第二公共直流母线上分别串联有母线断路器，本发明能够实现分布式电源的有序运行和可再生能源的高效利用，同时在主微电网无法提供电能的情况下，能够通过本地直流微电网提供电能，从而提高本系统中负荷的供电可靠性。

本发明属于电网规划技术领域，尤其涉及一种多单元多母线直流微电网架构及分区分层智能控制系统。

申请人：国网河北省电力有限公司邢台供电分公司;国家电网有限公司; 国网河北省电力有限公司

发明人：陈世超;陈岩; 张立娜; 郭建平; 申金龙; 赵庆华; 刘文生; 王兆君; 谷红彬; 王英军; 刘力强; 肖萌; 崔延平; 段泽龙; 史智源

技术背景：

随着经济的发展和现代化进程的不断推进，能源成为不可或缺的一部分，过去化石能源是最主要的能源形式。大规模的开发和利用化石能源，虽然极大地推动了经济的发展和社会的进步，但是化石能源是有限的资源类型，同时使用过程中还会产生大量的污染气体和温室气体，这样就促使了能源危机和环境问题不断凸显，极大地不利于人类社会的可持续发展。

为了解决这两大难题，可再生能源的开发和利用逐步被重视，以光伏发电和风力发电为代表的分布式电源蓬勃发展，将不同形式的可再生能源转换为电能加以利用，是一种有效的新能源利用途径。当分布式电源单机并网的时候，其间歇性和波动性会对公共电网产生较大的影响，极大地限制了可再生能源的有效利用。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种多单元多母线直流微电网架构及分区分层智能控制系统，以解决现有技术中分布式电源单机并网时导致的公共电网稳定性下降的问题。

本发明实施例提供了一种多单元多母线直流微电网架构，包括：第一大电网单元、第二大电网单元、混合储能单元、风储供电单元、光储供电单元、断路器单元、公共双直流母线单元和本地直流微电网单元，所述公共双直流母线单元包括第一公共直流母线和第二公共直流母线；

所述第一大电网单元、所述第二大电网单元、所述混合储能单元、所述风储供电单元、所述光储供电单元、所述断路器单元和所述本地直流微电网单元通过各自对应的两个刀闸分别与所述第一公共直流母线和所述第二公共直流母线连接，所述第一公共直流母线及所述第二公共直流母线上分别串联有母线断路器。

在一个实施例中，所述第一大电网单元包括依次连接的第一大电网、第一变压器和第一双向AC/DC变换器；所述第一双向AC/DC变换器另一端通过第一刀闸与所述第一公共直流母线连接，通过第二刀闸与所述第二公共直流母线连接；

所述第二大电网单元包括依次连接的第二大电网、第二变压器和第二双向AC/DC变换器；所述第二双向AC/DC变换器另一端通过第三刀闸与所述第一公共直流母线连接，通过第四刀闸与所述第二公共直流母线连接。

在一个实施例中，所述混合储能单元包括超级电容器、第一蓄电池、第一双向DC/DC变换器、第二双向DC/DC变换器和第三双向DC/DC变换器；

所述超级电容器依次通过所述第一双向DC/DC变换器和第一本地直流母线与所述第三双向DC/DC变换器的第一端连接，所述第一蓄电池依次通过所述第二双向DC/DC变换器和第一本地直流母线与所述第三双向DC/DC变换器的第一端连接；所述第三双向DC/DC变换器的第二端通过第五刀闸与所述第一公共直流母线连接，通过第六刀闸与所述第二公共直流母线连接。

在一个实施例中，所述风储供电单元包括风力发电机、第二蓄电池、第一DC/DC变换器、第四双向DC/DC变换器和第一AC/DC变换器；

所述风力发电机依次通过所述第一AC/DC变换器和第二本地直流母线与所述第一DC/DC变换器的第一端连接，所述第二蓄电池依次通过所述第四双向DC/DC变换器和第二本地直流母线与所述第一DC/DC变换器的第一端连接；所述第一DC/DC变换器的第二端通过第七刀闸与所述第一公共直流母线连接，通过第八刀闸与所述第二公共直流母线连接。

在一个实施例中，所述光储供电单元包括光伏电池、第三蓄电池、第二DC/DC变换器、第三DC/DC变换器和第五双向DC/DC变换器；

所述光伏电池依次通过所述第二DC/DC变换器和第三本地直流母线与所述第三DC/DC变换器的第一端连接，所述第三蓄电池依次通过所述第五双向DC/DC变换器和第三本地直流母线与所述第三DC/DC变换器的第一端连接；所述第三DC/DC变换器的第二端通过第九刀闸与所述第一公共直流母线连接，通过第十刀闸与所述第二公共直流母线连接。

在一个实施例中，所述本地直流微电网单元包括至少一个本地直流微电网子单元；

所述本地直流微电网子单元包括本地蓄电池、微燃机、直流负荷、交流负荷、第一本地DC/DC变换器、第二本地DC/DC变换器、第一本地AC/DC变换器、第一本地DC/AC变换器、第六双向DC/DC变换器和第四本地直流母线；

所述本地蓄电池通过所述第一本地DC/DC变换器与第四本地直流母线连接，所述微燃机通过所述第一本地AC/DC变换器与第四本地直流母线连接，所述直流负荷通过所述第二本地DC/DC变换器与第四本地直流母线连接，所述交流负荷通过所述第一本地DC/AC变换器与第四本地直流母线连接；

所述第四本地直流母线与第六双向DC/DC变换器的第一端连接，所述第六双向DC/DC变换器的第二端通过第十一刀闸与所述第一公共直流母线连接，通过第十二刀闸与所述第二公共直流母线连接。

在一个实施例中，所述本地直流微电网子单元还包括本地母线断路器；

所述本地母线断路器串联在呈环状结构的第四本地直流母线中，若所述本地母线断路器闭合，则所述本地直流微电网子单元呈环状结构，若所述本地母线断路器断开，则所述本地直流微电网子单元呈辐射状结构。

在一个实施例中，任意两个相邻的本地直流微电网子单元之间通过第七双向DC/DC变换器连接。

 本发明实施例提供了一种基于上述多单元多母线直流微电网架构的分区分层智能控制系统，包括中央处理器以及与第一大电网单元、第二大电网单元、所述混合储能单元、所述风储供电单元、所述光储供电单元和所述本地直流微电网单元各自对应的控制器；

所述中央处理器用于控制所述第一大电网单元、所述第二大电网单元、所述混合储能单元、所述风储供电单元、所述光储供电单元和所述本地直流微电网单元的功率值满足第一功率公式，并将所述第一大电网单元、所述第二大电网单元、所述混合储能单元、所述风储供电单元、所述光储能单元和所述本地直流微电网单元对应的功率值发送至对应的控制器。

在一个实施例中，所述第一功率公式为：

其中，P_g1表示所述第一大电网单元的输出功率，P_g2表示所述第二大电网单元的输出功率，Pb表示所述混合储能单元中第一蓄电池的输出功率，P_c表示所述混合储能单元中超级电容器的输出功率，P_w表示所述风储供电单元中风力发电机的输出功率，P_wb表示所述风储供电单元中第二蓄电池的输出功率，P_p表示所述光储供电单元中光伏电池的输出功率，P_pb表示所述光储供电单元中第三蓄电池的输出功率，P_di表示第i个本地直流微电网子单元吸收的功率，P_dbi表示第i个本地直流微电网子单元中本地蓄电池的输出功率，P_dmi表示第i个本地直流微电网子单元中微燃机的输出功率，P_dli表示第i个本地直流微电网子单元中的负荷总功率。

本实施例提供了一种多单元多母线直流微电网架构及分区分层智能控制系统，所述架构包括：第一大电网单元、第二大电网单元、混合储能单元、风储供电单元、光储供电单元、断路器单元、公共双直流母线单元和本地直流微电网单元，所述第一大电网单元、所述第二大电网单元、所述混合储能单元、所述风储供电单元、所述光储供电单元、所述断路器单元和所述本地直流微电网单元通过各自对应的两个刀闸分别与所述第一公共直流母线和所述第二公共直流母线连接，所述第一公共直流母线及所述第二公共直流母线上分别串联有母线断路器，本发明能够实现分布式电源的有序运行和可再生能源的高效利用，同时在主微电网无法提供电能的情况下，能够通过本地直流微电网提供电能，从而提高本系统中负荷的供电可靠性。

发明专利要点简析：

1 .一种多单元多母线直流微电网架构，其特征在于，包括：第一大电网单元、第二大电网单元、混合储能单元、风储供电单元、光储供电单元、断路器单元、公共双直流母线单元和

本地直流微电网单元，所述公共双直流母线单元包括第一公共直流母线和第二公共直流母线；

所述第一大电网单元、所述第二大电网单元、所述混合储能单元、所述风储供电单元、所述光储供电单元、所述断路器单元和所述本地直流微电网单元通过各自对应的两个刀闸分别与所述第一公共直流母线和所述第二公共直流母线连接，所述第一公共直流母线及所述第二公共直流母线上分别串联有母线断路器。

2.如权利要求1所述的多单元多母线直流微电网架构，其特征在于，所述第一大电网单元包括依次连接的第一大电网、第一变压器和第一双向AC/DC变换器；所述第一双向AC/DC

变换器另一端通过第一刀闸与所述第一公共直流母线连接，通过第二刀闸与所述第二公共直流母线连接；所述第二大电网单元包括依次连接的第二大电网、第二变压器和第二双向AC/DC变换器；所述第二双向AC/DC变换器另一端通过第三刀闸与所述第一公共直流母线连接，通过第四刀闸与所述第二公共直流母线连接。

3.如权利要求1所述的多单元多母线直流微电网架构，其特征在于，所述混合储能单元包括超级电容器、第一蓄电池、第一双向DC/DC变换器、第二双向DC/DC变换器和第三双向DC/DC变换器；

所述超级电容器依次通过所述第一双向DC/DC变换器和第一本地直流母线与所述第三双向DC/DC变换器的第一端连接，所述第一蓄电池依次通过所述第二双向DC/DC变换器和第一本地直流母线与所述第三双向DC/DC变换器的第一端连接；所述第三双向DC/DC变换器的第二端通过第五刀闸与所述第一公共直流母线连接，通过第六刀闸与所述第二公共直流母线连接。

4.如权利要求1所述的多单元多母线直流微电网架构，其特征在于，所述风储供电单元包括风力发电机、第二蓄电池、第一DC/DC变换器、第四双向DC/DC变换器和第一AC/DC变换器；

所述风力发电机依次通过所述第一AC/DC变换器和第二本地直流母线与所述第一DC/DC变换器的第一端连接，所述第二蓄电池依次通过所述第四双向DC/DC变换器和第二本地直流母线与所述第一DC/DC变换器的第一端连接；所述第一DC/DC变换器的第二端通过第七刀闸与所述第一公共直流母线连接，通过第八刀闸与所述第二公共直流母线连接。

5.如权利要求1所述的多单元多母线直流微电网架构，其特征在于，所述光储供电单元包括光伏电池、第三蓄电池、第二DC/DC变换器、第三DC/DC变换器和第五双向DC/DC变换器；

所述光伏电池依次通过所述第二DC/DC变换器和第三本地直流母线与所述第三DC/DC变换器的第一端连接，所述第三蓄电池依次通过所述第五双向DC/DC变换器和第三本地直流母线与所述第三DC/DC变换器的第一端连接；所述第三DC/DC变换器的第二端通过第九刀闸与所述第一公共直流母线连接，通过第十刀闸与所述第二公共直流母线连接。

6.如权利要求1所述的多单元多母线直流微电网架构，其特征在于，所述本地直流微电网单元包括至少一个本地直流微电网子单元；

所述本地直流微电网子单元包括本地蓄电池、微燃机、直流负荷、交流负荷、第一本地DC/DC变换器、第二本地DC/DC变换器、第一本地AC/DC变换器、第一本地DC/AC变换器、第六双向DC/DC变换器和第四本地直流母线；

所述本地蓄电池通过所述第一本地DC/DC变换器与第四本地直流母线连接，所述微燃机通过所述第一本地AC/DC变换器与第四本地直流母线连接，所述直流负荷通过所述第二本地DC/DC变换器与第四本地直流母线连接，所述交流负荷通过所述第一本地DC/AC变换器与第四本地直流母线连接；

所述第四本地直流母线与所述第六双向DC/DC变换器的第一端连接，所述第六双向DC/DC变换器的第二端通过第十一刀闸与所述第一公共直流母线连接，通过第十二刀闸与所述第二公共直流母线连接。

7 .如权利要求6所述的多单元多母线直流微电网架构，其特征在于，所述本地直流微电网子单元还包括本地母线断路器；

所述本地母线断路器串联在呈环状结构的第四本地直流母线中，若所述本地母线断路器闭合，则所述本地直流微电网子单元呈环状结构，若所述本地母线断路器断开，则所述本地直流微电网子单元呈辐射状结构。

8.如权利要求6所述的多单元多母线直流微电网架构及分区分层智能控制系统，其特征在于，任意两个相邻的本地直流微电网子单元之间通过第七双向DC/DC变换器连接。

9.一种基于权利要求1至8任一项所述的多单元多母线直流微电网架构的分区分层智能控制系统，其特征在于，所述系统包括中央处理器以及与第一大电网单元、第二大电网单元、所述混合储能单元、所述风储供电单元、所述光储供电单元和所述本地直流微电网单元各自对应的控制器；

所述中央处理器用于控制所述第一大电网单元、所述第二大电网单元、所述混合储能单元、所述风储供电单元、所述光储供电单元和所述本地直流微电网单元的功率值满足第一功率公式，并将所述第一大电网单元、所述第二大电网单元、所述混合储能单元、所述风储供电单元、所述光储能单元和所述本地直流微电网单元对应的功率值发送至对应的控制器。

10.如权利要求9所述的分区分层智能控制系统，其特征在于，所述第一功率公式为：

其中，P_g1表示所述第一大电网单元的输出功率，P_g2表示所述第二大电网单元的输出功率，Pb表示所述混合储能单元中第一蓄电池的输出功率，P_c表示所述混合储能单元中超级电容器的输出功率，P_w表示所述风储供电单元中风力发电机的输出功率，P_wb表示所述风储供电单元中第二蓄电池的输出功率，P_p表示所述光储供电单元中光伏电池的输出功率，P_pb表示所述光储供电单元中第三蓄电池的输出功率，P_di表示第i个本地直流微电网子单元吸收的功率，P_dbi表示第i个本地直流微电网子单元中本地蓄电池的输出功率，P_dmi表示第i个本地直流微电网子单元中微燃机的输出功率，P_dli表示第i个本地直流微电网子单元中的负荷总功率。