一种直流母线系统及其控制方法与流程

1.本发明属于变配电技术领域，具体涉及一种直流母线系统及其控制方法。


背景技术：

2.图1所示为现有技术中直流母线系统的一实施例100，电网110与经过第一开关120与ac/dc变换器130相连，建立直流母线电压，分布式光伏系统140、储能电池150、电动汽车160及其它直流负荷170直接连接在直流母线180上，结构简单。但是，对于大容量直流系统来说，线路电压抬升受到各功率变换设备的耐压影响，常规只能做到750v直流系统，此时线路损耗较大，如果要进一步降低线路损耗，就需要抬升线路电压，如提升到1500v，对于大功率整流器或者用电设备来说可以采用高电压igbt器件或者基于1200v器件的三电平技术，但是对于目前诸多中小功率用电设备、充电设备均基于600v的mos器件技术路线来说并不适用。
3.图2所示为直流母线系统的另一实施例200，与图1所示直流母线架构不同的是增加了直流负母线290，电网210与经过第一开关220与ac/dc变换器230相连，建立直流母线电压，分布式光伏系统240、储能电池250、电动汽车260及其它直流负荷270连接在直流母线280和直流负母线290之间，存在零电位漂移的问题，正负半母线电压不均压的问题比较突出，为了解决这个偏移问题，会增加设备控制的复杂度。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明提供了一种直流母线系统，能够解决母线上电压不对称的问题，减少线路损耗。
5.为了实现上述目的，本发明主要采用以下技术方案：
6.至少一个电网；
7.至少一个双分裂变压器，所述双分裂变压器与电网连接；
8.第一子系统和第二子系统，所述第一子系统和第二子系统并行连接在所述双分裂变压器的输出端，所述第一子系统和第二子系统布局相同且对称分布；
9.所述第一子系统包括第一直流正母线，所述第二子系统包括第二直流正母线，所述第一直流正母线和第二直流正母线上的实时电压大小相等，方向相反，第一子系统和第二子系统共用直流负母线，所述第一子系统和第二子系统在所述直流负母线上的电流矢量和为零。
10.在一些实施例中，所述第一子系统包括第一ac/dc变换器，所述第二子系统包括第二ac/dc变换器，所述第一ac/dc变换器的输入端通过一第一开关与所述双分裂变压器一输出端连接，所述第二ac/dc变换器的输入端通过一第一开关与所述双分裂变压器另一输出端连接，所述第一ac/dc变换器的输出端连接所述第一直流正母线，所述第二ac/dc变换器的输出端连接所述第二直流正母线。
11.在一些实施例中，所述第一直流正母线和第二直流正母线分别通过dc/ac变换器
连接交流负荷。
12.在一些实施例中，所述第一直流正母线、第二直流正母线分别经过dc/dc变换器与直流负载连接。
13.在一些实施例中，所述第一子系统还包括第一交流母线，所述第二子系统还包括第二交流母线，所述第一交流母线和第二交流母线分别通过第一开关与所述双分裂变压器连接，所述第一交流母线和第二交流母线上至少连接有1个交流负荷。
14.在一些实施例中，所述第一直流正母线通过dc/ac变换器与所述第一交流母线上的交流负荷连接，所述第二直流正母线通过dc/ac变换器与所述第二交流母线上的交流负荷连接。
15.在一些实施例中，所述第一交流母线与所述第一开关之间设置有第二开关，所述第二交流母线与所述第一开关之间设置有第三开关。
16.在一些实施例中，包括第一双分裂变压器、第二双分裂变压器、第一电网和第二电网，所述第一双分裂变压器与第一电网连接，所述第二双分裂变压器与第二电网连接，所述第一子系统和第二子系统的一端连接在所述第一双分裂变压器的输出端，所述第一子系统和第二子系统的另一端连接在所述第二双分裂变压器的输出端上。
17.针对上述直流母线系统，本发明还提供了一种直流母线系统的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：
18.步骤s1：采集直流正母线上的负载实时数据，判断直流正母线的工作模式；
19.步骤s2：若直流正母线工作在重载模式下，则进行储能调节，使公共直流负母线电流矢量和为零，实现直流正母线上的功率平衡；
20.步骤s3：若直流正母线工作在轻载模式下，分别调节第一ac/dc变换器或第二ac/dc变换器间歇性工作。
21.在一些实施例中，所述步骤s3还包括：
22.步骤31：在第一ac/dc变换器或第二ac/dc变换器开启阶段，直流正母线与光伏系统一起为负载供电；
23.步骤32：在第一ac/dc变换器或第二ac/dc变换器关闭阶段，负载能量的差值由光伏系统和储能设备提供。
24.本发明提供的直流母线系统，电网电压经双分裂变压器进行电压等级转换后，分别为第一子系统和第二子系统供电，各子系统独立运行，第一母线和第二母线基于各自独立的电压源运行，互不影响，供电安全性得到提高。将光伏系统、储能电池、电动汽车及其他直流负荷分别设计在第一直流正母线和第二直流正母线上，既可以系统性的统一调度控制，又可以针对第一直流正母线和第二直流正母线实现独立优化控制，增加了系统的灵活性。本发明提供的直流母线系统结合第一直流正母线和第二直流正母线各自分布式发电与负荷的实时采集数据，调节第一直流正母线和第二直流正母线各自的分布式储能装置充放电状态与实时数值，达到第一直流正母线和第二直流正母线功率可调整，减少线路损耗。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于
本领域的技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为现有技术直流母线系统一实施例的结构示意图。
27.图2为现有技术直流母线系统另一实施例的结构示意图。
28.图3为本发明提供的直流母线系统实施例一的结构示意图。
29.图4为本发明提供的直流母线系统实施例二的结构示意图。
30.图5为本发明提供的直流母线系统实施例三的结构示意图。
31.图6为本发明提供的直流母线系统实施例四的结构示意图。
32.图7为本发明提供的直流母线系统控制方法流程图。
33.附图标记说明：
34.100、200、300、400、500、600-直流母线系统；
35.130、230-ac/dc变换器，140、240-光伏系统，150、250-储能电池，160、260-电动汽车，170、270-直流负荷，180、280-直流正母线，290-直流负母线；
36.310、410、510-第一子系统，320、420、520-第二子系统，110、210、330、430-电网，531-第一电网，532-第二电网，340、440-双分裂变压器，541-第一分裂变压器，542-第二分裂变压器，120、220、350、450、551-第一开关，311、411、511-第一直流正母线，321、421、524-第二直流正母线，312、412-第一ac/dc变换器，322、422-第二ac/dc变换器，413、513-第一交流母线，423、523-第二交流母线，414、514-第二开关，424、524-第三开关，552-第四开关。
具体实施方式
37.下面将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.如图3所示，本发明提供了一种直流母线系统300，包括电网330、双分裂变压器340、第一子系统310和第二子系统320，双分裂变压器340与电网330连接，第一子系统310和第二子系统320通过双分裂变压器340与电网330连接，从电网330侧获取电源，通过双分裂变压器340进行电压等级转换。第一子系统310、第二子系统320分别通过一个第一开关350并行连接在双分裂变压器340的输出端。
39.如图3所示，第一子系统310和第二子系统320布局相同且对称分布，第一子系统310包括第一ac/dc变换器312，第二子系统320包括第二ac/dc变换器322，第一ac/dc变换器312和第二ac/dc变换器322的输入端分别通过第一开关350与双分裂变压器340连接。第一ac/dc变换器312的输出端连接第一直流正母线311和直流负母线312，第二ac/dc变换器312的输出端连接正母线321和直流负母线312，第一直流正母线311的电压范围在-vbus—0v之间之间，第二直流正母线321的电压范围在0v— vbus，所有设备包括各dc/ac变换器、ac/dc变换器均只承受一半的电网电压，却等效为常规直流母线系统的两倍电压母线。
40.第一子系统310和第二子系统320分别通过不同的dc/dc变换器与光伏系统、储能电池、电动汽车及其他直流负荷连接，或者通过dc/ac变换器与各种交流负荷连接。第一子系统310和第二子系统320呈布局相同、对称分布的结构。
41.正常运行时，从电网330侧获取电源，通过双分裂变压器340进行电压等级转换，第
一开关350闭合，第一子系统310和第二子系统320为系统内的直流负载有序供电，当电网330停电时，此系统会迅速启动离网运行状态，控制储能电池、电动汽车、光伏系统为用电设备有序供电。
42.根据实际环境和实际应用需求，在一些实施例中，直流母线系统300还可包括多个第一子系统310和第二子系统320成对出现的布局相同且对称分布的子系统，为不同的储能电池、电动汽车、直流负荷和交流负荷供电。
43.如图4所示，直流母线系统400的结构与直流母线系统300的结构相似，包括布局相同且对称分布的第一子系统410和第二子系统420，第一子系统410、第二子系统420分别通过第一开关450与双分裂变压器440连接，从电网430侧获取电源。在第一子系统410中，第一交流母线413通过第二开关414与第一开关450的输出端连接；在第二子系统420中，第二交流母线423通过第三开关424与第一开关450的输出端连接。第一交流母线413和第二交流母线423上对称连接有数量相等的交流负荷，在一些实施例中，第一直流正母线411和第二直流正母线421可分别通过dc/ac变换器为第一交流母线413、第二交流母线423上的交流负荷供电，当电网430停电时，第一直流正母线411和第二直流正母线421上的光伏系统、储能电池、电动汽车通过dc/ac变换器向交流负荷供电。
44.如图5和图6所示，直流母线系统500和直流母线系统600分别为双电源系统，在此以图5所示的直流母线系统500进行阐述。直流母线系统500包括第一电网531，第二电网532、第一双分裂变压器541、第二双分裂变压器542、布局相同且对称分布的第一子系统510和第二子系统520，第一子系统510和第二子系统520的一端分别通过一个第一开关551与第一双分裂变压器541连接，从第一电网531侧获取电源，第一子系统510和第二子系统520的另一端分别通过一个第四开关552与第二双分裂变压器542连接，从第二电网532侧获取电源。当断开第四开关552，闭合第一开关551时，由第一电网531向第一子系统510和第二子系统520供电；当断开第一开关551，闭合第四开关552时，由第二电网532向第一子系统510和第二子系统520供电，保证直流母线系统500能始终维持正常稳定工作。当然，为直流母线系统500供电的电源可以为多个，不局限于本发明图5所示的结构。
45.第一交流母线513的两端分别设置有一个第二开关514，第二交流母线523的两端分别设置有一个第三开关524，用于选择是否为第一交流母线513和第二交流母线523上的交流负荷供电，或者选择第一电网531或第二电网532为其供电。
46.本发明将光伏系统、储能电池、电动汽车及其他直流负荷分别设计在多个直流正母线上，既可以系统性的统一调度控制，又可以针对直流正母线实现独立优化控制，增加了系统的灵活性。如图7所示，本发明还提供了直流母线系统的控制方法，主要包括以下步骤：
47.步骤s1：采集直流正母线上各负载实时数据，判断直流正母线的工作模式；
48.采集直流正母线上各自分布式发电与直流负载的实时数据，判断直流正母线是工作在重载模式下还是轻载模式下，根据不同的工作模式分别进行调节，达到直流正母线功率可调整。
49.步骤s2：若直流正母线工作在重载模式下，则进行储能调节，使公共直流负母线电流矢量和为零，实现多个直流正母线上的功率平衡；
50.通过直流正母线各自的负载实时状况以及光伏系统发电状况，进行储能调节，实现直流正母线上的功率平衡，公共直流负母线电流矢量叠加为零，这样直流输电线路损耗
减半。
51.步骤s3：若直流正母线工作在轻载模式下，分别调节第一ac/dc变换器或第二ac/dc变换器间歇性工作。
52.与主电网连接的第一ac/dc变换器和第二ac/dc变换器工作在轻载状态下时，系统效率极低，可以通过系统控制与储能装置的灵活调度，实现整流端间歇性工作，提升能量转换效率，可以采用一定的打嗝工作模式，控制第一直流正母线和上的ac/dc变换器间隔关闭、开启一段时间，在第一ac/dc变换器或第二ac/dc变换器开启阶段，正、负母线与光伏系统一起为负载供电；在第一ac/dc变换器或第二ac/dc变换器关闭阶段，负载能量的差值由光伏系统和储能设备提供。
53.由于多个直流正母线的从主电网取电整流电源相互独立，多个直流正母线上的分布式光伏系统与分布式储能电池也各自独立，可以通过优化生产管理，主动控制部分关联生产负载在多个直流正母线之间的转移，实现系统的更优化运行。
54.基于本发明提供的直流母线系统，所有设备包括各dc/ac变换器、ac/dc变换器均只承受一半的电网电压，却等效为常规直流母线系统的两倍电压母线，因此，所使用的各功率转换设备不受目前常规设备电压限制。
55.可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。