发明专利｜一种含有开关阵列的多微网交流互联系统

一种含有开关阵列的多微网交流互联系统，包括交流断路器、第一交流母线、第二交流母线、公共直流母线、能量池、开关阵列、模块化多电平换流器VSC，其中，配电网通过交流断路器与第二交流母线相连；开关阵列的三个端口分别和第一交流母线、第二交流母线、负荷相连；微电网内的分布式电源经VSC连接到第一交流母线上；各微电网的第一交流母线通过交流断路器和公共交流母线相连；能量池经VSC连接到公共交流母线上，参与各微网间的功率互济。微电网的运行模式分为孤岛模式、第一组合孤岛模式、第二组合孤岛模式、第一并行模式、第二并行模式。

本发明涉及电力系统中的微电网技术、电力电子技术领域，具体地，涉及一种运用电力电子器件和开关阵列组成的多微网交流互联结构。

申请人 天津大学

发明人 刘迎澍 陈曦

技术背景

多微网是具有发电、配电和用电环节的小型电力系统，可以在必要时为配电网提供支撑，当配电网出现故障时，可通过提供恢复服务，保障重要非故障区域的供电。作为由若干微电网、分布式电源、储能单元及各类负荷等组成的集群系统，多微网系统的结构将直接影响系统整体的运行稳定性和控制灵活性，并且间接地影响其提供电压、频率支撑和削峰填谷的能力。

传统的多微网直接并网模式会对配电网带来扰动，如专利“基于公共连接单元的多微网柔性互联结构”(专利号：CN107887934A)采用直流断路器、模块化多电平换流器、直流母线等对交直流微电网进行直流互联，同时每个微电网和配电网通过交流接口进行电能交换，其中交流接口的存在会使多微网系统内的电量波动影响到配电网的电能质量。

现有的多微网架构及其控制策略已不能满足拥有多种分布式电源和多类型负荷的复杂多微网系统的稳定高效运行，同时为了避免大规模分布式电源对电网的电能质量的影响，简化多微网系统内部的潮流方向和保护策略，需要更先进的多微网系统结构及控制策略。

发明内容

本发明的目的是提供一种含有开关阵列的多微网交流互联系统，用以避免多微网内的分布式电源出力波动对配电网的影响，保证整个系统运行稳定且控制方法简便。技术方案如下：

本发明所采用的技术方案如下：

一种含有开关阵列的多微网交流互联系统，包括交流断路器、第一交流母线、第二交流母线、公共直流母线、能量池、开关阵列、模块化多电平换流器VSC，其中，配电网通过交流断路器与第二交流母线相连；开关阵列的三个端口分别和第一交流母线、第二交流母线、负荷相连；微电网内的分布式电源经VSC连接到第一交流母线上；各微电网的第一交流母线通过交流断路器和公共交流母线相连；能量池经VSC连接到公共交流母线上，参与各微网间的功率互济。

微电网的运行模式分为孤岛模式、第一组合孤岛模式、第二组合孤岛模式、第一并行模式、第二并行模式。孤岛模式是指连接电网和第二交流母线的交流断路器处于断开状态，用于微电网交流互联的交流断路器处于断开状态，微电网内的负荷由自身的分布式电源满足。第一组合孤岛模式和第二组合孤岛模式是指两个或两个以上微电网组合运行时，连接电网和第二交流母线的交流断路器处于断开状态，用于微电网交流互联的交流断路器

处于闭合状态，微电网通过公共交流母线进行功率互济，满足组合系统内负荷的用电需求，其中向外界输送电能的微电网的运行模式为第一组合孤岛模式，从外界吸收电能的微电网的运行模式为第二组合孤岛模式。第一并行模式和第二并行模式是指，当多微网无法满足系统内全部负荷的用电需求时，连接电网和第二交流母线以及用于微电网交流互联的交流断路器闭合，通过各微电网内的开关阵列将多余的负荷接到第二交流母线上，由配电网直接进行供电，剩下的负荷由多微网内的分布式电源供电，其中向其他微电网输送电能的微电网的运行模式为第一并行模式，从其他微电网吸收电能的微电网的运行模式为第二并行模式。

优选地连接微电网内分布式电源和第一交流母线的VSC采用下垂控制或V/f控制，当微电网处于第一组合孤岛模式、第二组合孤岛模式或第一并行模式、第二并行模式时，VSC采用下垂控制，所有分布式电源共同分担负荷功率；当微电网处于孤岛模式时，VSC采用V/f控制，维持内部第一交流母线电压频率稳定；连接公共交流母线和能量池的VSC，采用下垂控制。

所述的开关阵列在微电网处于孤岛模式、第一组合孤岛模式、第二组合孤岛模式时，运行于第一交流母线模式，即开关阵列中的开关全部连接到微电网的第一交流母线；开关阵列在微电网处于第一并行模式、第二并行模式时，运行于匹配模式，即将多微网系统无法满足的负荷接到第二交流母线上，由配电网进行供电。

本发明的优点主要有：(1)如果多微网内的负荷功率超出各微电网分布式电源和储能及能量池组成的混合系统最大输出功率，则将多出的负荷功率通过开关阵列接到第二交流母线上，由配电网直接进行供电。由于没经过任何电力电子装置，不存在其他多微网系统的并网模式带来的变流器控制方法复杂及多余电能损耗等问题，同时微电网内部由于可再生能源的随机性和波动性导致的分布式电源电压频率的变化完全不会影响到配电网；(2)多微网系统中潮流方向简单且易于控制，有利于简化保护策略的制定和保护系统的设计；(3)充分利用不同微电网的用户用电习惯不同、发电特性不同等的互补性，有效避免了单个微电网系统运行时很容易出现的“可再生能源发电时而不足，时而因过量而弃用”等问题，同时减少了与配电网的电能交互频率，进一步减轻了多微网系统对配电网产生的影响。

发明要点简析

1 .一种含有开关阵列的多微网交流互联系统，包括交流断路器、第一交流母线、第二交流母线、公共直流母线、能量池、开关阵列、模块化多电平换流器VSC，其中，配电网通过交流断路器与第二交流母线相连；开关阵列的三个端口分别和第一交流母线、第二交流母线、负荷相连；微电网内的分布式电源经VSC连接到第一交流母线上；各微电网的第一交流母线通过交流断路器和公共交流母线相连；能量池经VSC连接到公共交流母线上，参与各微网间的功率互济。

微电网的运行模式分为孤岛模式、第一组合孤岛模式、第二组合孤岛模式、第一并行模式、第二并行模式。孤岛模式是指连接电网和第二交流母线的交流断路器处于断开状态，用于微电网交流互联的交流断路器处于断开状态，微电网内的负荷由自身的分布式电源满足。第一组合孤岛模式和第二组合孤岛模式是指两个或两个以上微电网组合运行时，连接电网和第二交流母线的交流断路器处于断开状态，用于微电网交流互联的交流断路器处于闭合状态，微电网通过公共交流母线进行功率互济，满足组合系统内负荷的用电需求，其中向外界输送电能的微电网的运行模式为第一组合孤岛模式，从外界吸收电能的微电网的运行模式为第二组合孤岛模式。第一并行模式和第二并行模式是指，当多微网无法满足系统内全部负荷的用电需求时，连接电网和第二交流母线以及用于微电网交流互联的交流断路器闭合，通过各微电网内的开关阵列将多余的负荷接到第二交流母线上，由配电网直接进行供电，剩下的负荷由多微网内的分布式电源供电，其中向其他微电网输送电能的微电网的运行模式为第一并行模式，从其他微电网吸收电能的微电网的运行模式为第二并行模式。

2 .根据权利要求1所述的互联系统，其特征在于，连接微电网内分布式电源和第一交流母线的VSC采用下垂控制或V/f控制，当微电网处于第一组合孤岛模式、第二组合孤岛模式或第一并行模式、第二并行模式时，VSC采用下垂控制，所有分布式电源共同分担负荷功率；当微电网处于孤岛模式时，VSC采用V/f控制，维持内部第一交流母线电压频率稳定；连接公共交流母线和能量池的VSC，采用下垂控制。

3 .根据权利要求1所述的互联系统，其特征在于，所述的开关阵列在微电网处于孤岛模式、第一组合孤岛模式、第二组合孤岛模式时，运行于第一交流母线模式，即开关阵列中的开关全部连接到微电网的第一交流母线；开关阵列在微电网处于第一并行模式、第二并行模式时，运行于匹配模式，即将多微网系统无法满足的负荷接到第二交流母线上，由配电网进行供电。