7.4.1.1 变换器级系统集成
在可再生能源联合供电系统中，各输入源可以通过DC-DC或DC-AC变换器直接汇总到母线上，前者在电力、交通、通信等领域应用广泛，后者可直接为交流负荷供电。直流母线与发电单元的连接方式主要有两种，一种是系统中的每种可再生能源通过一个单输入DC-DC变换器与母线相连，如图7-15所示。单输入变换器构成的系统器件数量较多，一次性投资与后期维护费用较高。另外，从控制角度上讲，每个输入源在独立控制的同时也要保证与其他输入源协调工作，实际运行时需要建立端口间的通信网络，因此系统设计稍显复杂。
图7-15 基于单输入变换器的可再生能源联合供电系统示意图
另一种是所有的可再生能源通过一个多输入DC-DC变换器（Multi-input DC-DC Converter，MIC）与负载相连，如图7-16所示。MIC就是将单输入变换器中具有相同功能的元器件复用，因此在一定程度上有助于提高系统功率密度，降低成本，也便于能量集中管理。多输入变换器拓扑构成灵活性强，对可再生能源兼容性强；输入源的性质、幅值和特性可以相同，也可以不同；多个输入源可以分时或同时向负载供电。
图7-16 基于多输入变换器的可再生能源联合供电系统示意图
表7-1清晰地给出多输入变换器与传统单输入变换器相比的优势之处。纵观电力电子技术的发展史，其趋势必是低成本、结构紧凑、高效率，而多输入变换器符合发展规律，前景广阔，但随之而来的控制复杂性也给系统设计增加更多挑战。多输入变换器或称为多端口变换器，将各种可再生能源、储能和后备元件以及负载集中在一个变换器中，实现了变换器级的可再生能源发电系统集成。
表7-1 传统单输入变换器与多输入变换器构成供电系统的特点比较(www.xing528.com)
7.4.1.2 配电网级系统集成
除了以多端口变换器为代表的变换器级系统集成之外，一种面向未来的可再生电能配送和管理（Future Renewable Electric Energy Delivery and Management，FREEDM）系统中心正处于研究之中，以促进配电系统的现代化，其研究有助于制定有关未来智能电网实施与优化运行的标准。由FREEDM系统中心所设想的配电系统的结构如图7-17所示。
以电力电子变流器为基础的固态变压器（SST）是FREEDM配电系统的关键部件之一。除了具备普通配电变压器的功能外，SST还可直接连接分布供电单元和分布式储能单元，从而提高了配电系统的可靠性。此外，SST通过一个安全的通信网络实现配电智能化，以确保配电系统的稳定性和最佳的运行。另外FREEDM配电系统的另一个重要部件是故障识别设备，这是一个能够启用智能故障管理的快速保护装置。SST由于频率高，所以具有体积小、重量轻等优点。另外，它还能充分利用最先进的电力电子设备，这就使得SST具有额外的功能，例如按需向电网提供无功功率、电能质量管理、限流、储存管理以及终端使用的直流总线。如果将较差的负载功率因数和谐波与配电系统隔离，将提高整个系统的效率。此外，在相同的额定功率条件下，与普通变压器相比，选择新型材料用于半导体和磁性元件，有助于改善其效率。图7-18给出了SST与光伏（PV）发电、存储、电气负载以及插入式混合动力电动汽车（PHEV）的接口。
图7-17 基于配电系统设想的SST
图7-18 通过SST集成的DES，DER与智能负载
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