1.一种基于高频交流母线的住宅微电网,其特征在于:包括多绕组高频变压器T、四个全桥、四个电容、发电单元、储能单元、低压直流输出单元和三条交流母线接入支路;
多绕组高频变压器T具有四个绕组,分别为N1、N2、N3和N4;其中,N1、N2、N3为并联的三个副边绕组,N4为原边绕组;
四个全桥分别为第一全桥H1、第二全桥H2、第三全桥H3和第四全桥H4;
四个电容分别为第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4;
第一全桥H1的交流侧连接副边绕组N1,直流侧并联第一电容C1后接发电单元;
第二全桥H2的交流侧连接副边绕组N2,直流侧并联第二电容C2后接储能单元;
第三全桥H3的交流侧连接副边绕组N3,直流侧并联第三电容C3后接低压直流输出单元;
第四全桥H4的交流侧连接原边绕组N4,直流侧并联第三电容C4后通过并联的三条交流母线接入支路连接交流母线。
2.根据权利要求1所述的基于高频交流母线的住宅微电网,其特征在于:三条交流母线接入支路分别为第一交流母线接入支路、第二交流母线接入支路和第三交流母线接入支路;
第一交流母线接入支路包括全波整流桥H6,全波整流桥H6的交流侧接交流母线单元,直流侧与第四全桥H4的直流侧连接;
第二交流母线接入支路和第三交流母线接入支路包括第五全桥H5、三个开关和交流负荷;三个开关分别为第一开关、第二开关和第三开关;第五全桥H5的直流侧与第四全桥H4的直流侧连接,第五全桥H5的交流侧连接第三开关,第三开关的输出端具有两条支路,一条支路为串联第二开关后接入交流母线单元,形成第二交流母线接入支路;另一条支路为依次串联交流负荷和第一开关后接入交流母线单元,形成第三交流母线接入支路。
3.根据权利要求1或2所述的基于高频交流母线的住宅微电网,其特征在于:每个全桥均为可控全桥。
4.根据权利要求1所述的基于高频交流母线的住宅微电网,其特征在于:发电单元为光伏PV,用于接收光能;光伏PV通过交错拓扑结构与第一全桥H1连接;
交错拓扑结构包括滤波稳压电容Cp、电感L1和电感L2;
光伏PV的输入端与第一全桥H1直流侧连接,光伏的输出端并联电感L1和电感L2后与第一全桥H1的交流侧连接;滤波稳压电容Cp并联在光伏PV的输入端和输出端之间。
5.根据权利要求1所述的基于高频交流母线的住宅微电网,其特征在于:低压直流输出单元包括多个Buck变换器,产生不同电压等级的直流输出,提供给家庭直流电气负载。
6.根据权利要求5所述的基于高频交流母线的住宅微电网,其特征在于:低压直流输出单元包括4个Buck变换器,产生24V、15V、12V和5V的直流输出。
7.一种基于高频交流母线的住宅微电网的运行方法,其特征在于:能在四种工作模式下自由切换;其中,四种工作模式分别为:第一工作模式,通过第一交流母线接入支路的并网,具体包括如下步骤:
步骤A1、电网功率传递至多绕组高频变压器T:当交流母线连接电网时,电网功率通过交流母线经过全波整流桥H6和第四全桥H4,传到多绕组高频变压器T;
步骤A2、储能单元充电:在多绕组高频变压器T的耦合作用下,电网功率通过第二全桥H2传递给储能单元;储能单元通过SOC估算,判断自身的电池余量;若SOC估算小于设定值,则给储能单元进行充电,若SOC估算大于等于设定值,则停止给储能端口进行充电;
步骤A3、家庭直流电气负载供电:在给储能单元充电的同时,电网功率还通过第三全桥H3和低压直流输出单元,将直流电压变换为家庭设备常用的不同电压等级的低压直流输出电,从而直接供家庭直流电气负载进行使用;
第二工作模式,通过第二交流母线接入支路和第三交流母线接入支路的并网,具体包括如下步骤:
步骤B1、发电功率传递至多绕组高频变压器T:当发电单元的发电量充足,并工作在并网状态下时,发电功率通过第一全桥H1传递给多绕组高频变压器T;
步骤B2,储能单元充电:储能单元通过SOC估算,判断自身的电池余量;若SOC估算小于设定值,则发电功率通过第二全桥H2传递给储能单元进行充电,若SOC估算大于等于设定值,则停止给储能端口进行充电;
步骤B3、家庭直流电气负载供电:在给储能单元充电的同时,发电功率通过第三全桥H3和低压直流输出单元,将直流电压变换为家庭设备常用的不同电压等级的低压直流输出电,从而直接供家庭直流电气负载进行使用;
步骤B4、剩余能量馈入电网:当发电功率在给储能单元充电及家庭直流电气负载供电后,能量仍有剩余,则剩余的能量将通过第二交流母线接入支路和第三交流母线接入支路接入交流母线并馈入电网;
第三工作模式,发电单元参与的孤岛运行:当发电单元的发电量不足,且工作在孤岛状态下时,发电单元功率通过第一全桥H1传递给多绕组高频变压器T,而储能单元只能工作在放电状态,将能量通过第二全桥H2传给多绕组高频变压器T,发电单元的发电能量以及储能单元的放电能量均通过第三全桥H3和低压直流输出单元,将直流电压变换为家庭设备常用的不同电压等级的低压直流输出电,从而直接供家庭直流电气负载进行使用;
第四工作模式,无发电单元参与的孤岛运行:当发电单元停止发电,且工作在孤岛状态下时,储能单元只能工作在放电状态下,将放电能量通过第三全桥H3和低压直流输出单元,将直流电压变换为家庭设备常用的不同电压等级的低压直流输出电,从而直接供家庭直流电气负载进行使用。
8.根据权利要求7所述的基于高频交流母线的住宅微电网的运行方法,其特征在于:在第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式下,光伏通过交错拓扑结构与第一全桥H1连接;交错拓扑结构包括滤波稳压电容Cp、电感L1和电感L2;光伏PV的输入端与第一全桥H1直流侧的一端连接,光伏的输出端并联电感L1和电感L2后与第一全桥H1直流侧的另一端连接;滤波稳压电容Cp并联在光伏PV的输入端和输出端之间;电感L1和电感L2的加入,能降低高频电流波纹的影响;同时,利用滤波稳压电容Cp和第一电容C1之间的比值,控制达到最大功率点跟踪MPPT的过程,并能采用更小的输入分量,得到更宽的输入电压范围。
9.根据权利要求8所述的基于高频交流母线的住宅微电网的运行方法,其特征在于:第一电容C1用作多绕组高频变压器T和第一全桥H1之间的能量缓冲;光伏、交错拓扑结构和第一全桥H1之间形成光伏电压控制回路,利用光伏侧与网侧之间移相角作为控制变量,调整副边绕组N1的母线电压;由于第一全桥H1中开关管的占空比随光伏输出电压和副边绕组N1母线电压的幅值而变化,故而通过调节第一全桥H1中开关管的占空比,进而保证光伏输出电压,以保持MPPT。
10.根据权利要求8所述的基于高频交流母线的住宅微电网的运行方法,其特征在于:
在发电单元、储能单元、低压直流输出单元和三条交流母线接入支路的交流母线端口处均设置有移相角;通过对各端口处移相角的设置或调节,实现整个住宅微电网的能量流动;若交流母线连接电网时,储能单元端口和低压直流输出单元端口的移相角落后于与电网连接的交流母线端口;若发电单元能量充足时,则储能单元端口和低压直流输出单元端口的移相角落后于交流母线端口。