CN104333033A - 一种配电系统和配电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力配电及保护技术领域，尤其是一种直流区域配电系统和基于此配电系统所形成的配电保护方法。其中，配电系统包括中压直流母线、低压直流母线、直流低压负载、交流低压负载、交流中压负载和若干个交流发电机；每个交流发电机发出的交流电均通过一整流器转换成直流电供给中压直流母线，中压直流母线通过一级逆变器将中压直流电逆变为中压交流电供给交流中压负载、通过一级斩波器将中压直流电降压为低压直流电供给低压直流母线；低压直流母线通过二级斩波器将低压直流电降压为直流低压负载所需要的电压、通过二级逆变器将低压直流电逆变为交流低压负载所需要的电压。本发明实现了电能的转换、输送和分配，扩展了直流电力系统的工程应用范围。

Description

一种配电系统和配电方法
技术领域
本发明涉及电力配电及保护技术领域，尤其是一种直流区域配电系统和基于此配电系统所形成的配电保护方法。
背景技术
近年来，直流电力系统成为研究的热点，在电动汽车、地铁、船舶、高压直流输电等方面的研究成果层出不穷。随着电力电子器件性能的不断提升、新型电力电子器件的出现、控制方式的日益成熟，直流电力系统在电能质量、效率、结构等方面的优越性将得到更大的体现。
然而，在现有的直流电力系统中，直流断路器的缺乏却成为制约其进入工程应用中的一个重要因素。至今，许多直流系统中仍使用基于交流系统设计制造的断路器来实现保护功能。不同于交流系统，直流电力系统中没有电流过零点，因此，在直流电力系统中采用传统的交流断路器分断直流电弧要困难很多，需要附加电路人工产生电流过零点来分析故障。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种系统结构简单、电能质量高、基于直流区域配电所形成的配电系统；本发明的另一个目的在于提供一种针对上述直流系统所采用的配电保护方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种配电系统，它包括中压直流母线、低压直流母线、直流低压负载、交流低压负载、交流中压负载和若干个交流发电机；每个所述交流发电机发出的交流电均通过一整流器转换成直流电供给中压直流母线，所述中压直流母线通过一级逆变器将中压直流电逆变为中压交流电供给交流中压负载、通过一级斩波器将中压直流电降压为低压直流电供给低压直流母线；所述低压直流母线通过二级斩波器将低压直流电降压为直流低压负载所需要的电压、通过二级逆变器将低压直流电逆变为交流低压负载所需要的电压。
优选地，所述中压直流母线上还连接有储能装置。
优选地，所述整流器具有三相桥式不可控整流电路结构。
优选地，所述一级逆变器和二级逆变器均为三相桥式逆变器。
优选地，所述一级斩波器和二级斩波器均为降压型Buck变换器。
一种配电方法，该方法针对上述的配电系统进行配电保护，它包括
S1：直流母线保护设置，对中压直流母线进行纵向差动保护；
S2：交流负载区域保护设置，在一级逆变器和二级逆变器的直流侧输入端均串联一个二极管；
S3：直流负载区域保护设置，对一级斩波器和二级斩波器的阈值、动作时间进行设置。
优选地，所述S1：直流母线保护设置中，中压直流母线连接有若干条支路；当流入中压直流母线区域的电流等于流出该区域的电流，则判定整个系统没有短路故障；反之，判定整个电路存在故障，通过切断系统中相关的断路器进行故障隔离。
由于采用了上述方案，本发明通过众多电力电子变换器可以实现电能的转换、输送和分配，扩展了直流电力系统的工程应用范围；整个系统结构简单、电能转换及输出效果显著；同时，通过相应的配电保护方法使得整个系统的控制变得更加灵活和快速。
附图说明
图1是本发明实施例的系统原理图；
图2是本发明实施例的交流负载区域保护设置的电路布置图；
图3是本发明实施例的直流负载区域保护设置的电路布置图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1所示，本实施例提供的一种配电系统，它包括中压直流母线1、低压直流母线2、直流低压负载3、交流低压负载4、交流中压负载5和若干个交流发电机6；其中，每个交流发电机6发出的交流电均通过一整流器7转换成直流电以供给中压直流母线1，中压直流母线1再通过一级逆变器8将中压直流电逆变为中压交流电以供给交流中压负载5、通过一级斩波器9将中压直流电降压为低压直流电以供给低压直流母线2；低压直流母线2再通过二级斩波器10将低压直流电降压为直流低压负载3(如直流区域内的各种逆变器、斩波器等器件)所需要的电压、通过二级逆变器11将低压直流电逆变为交流低压负载4所需要的电压(如380V/50Hz)。如此，通过众多电力电子变换器可以实现电能的转换、输送和分配，扩展了直流电力系统的工程应用范围。
进一步地，为保证在交流发电机6停止工作的情况下，不影响整个配电系统中相关电力器件的正常工作，本实施例的中压直流母线1上还连接有储能装置12，储能装置12可以采用锂离子电池等，以形成各相关电力器件的备用电源。
进一步地，为保证整个系统的性能并最大限度的简化系统结构，本实施例的整流器7采用具有三相桥式不可控整流电路结构，一级逆变器8和二级逆变器11均为三相桥式逆变器，而一级斩波器9和二级斩波器10均采用降压型Buck变换器。
针对上述配电系统，本实施例还提供了一种配电方法，以对上述配电系统进行配电保护，它包括以下几个方面：
S1：直流母线保护设置，对中压直流母线1进行纵向差动保护；由于母线短路电流的大小主要是由在网运行的发电机功率决定的，在不同的工作情况下，各个线路电流的大小不定；因此采用纵向差动保护则可使得整个母线无论连接多少条支路；当流入中压直流母线1区域的电流等于流出该区域的电流，则判定整个系统没有短路故障；反之，判定整个电路存在故障，通过切断系统中相关的断路器进行故障隔离。
S2：交流负载区域保护设置，在一级逆变器8和二级逆变器11的直流侧输入端均串联一个二极管(如图2)；如此，电流只能从直流侧流向交流侧，当直流侧发生故障时，交流侧不会向直流侧回馈电流，从而保证整个系统的安全。
S3：直流负载区域保护设置(如图3)，对一级斩波器9和二级斩波器10的阈值、动作时间进行选择性设置，如此可利用斩波器关断晶闸管将故障区与低压直流母线2进行隔离。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种配电系统，其特征在于：它包括中压直流母线、低压直流母线、直流低压负载、交流低压负载、交流中压负载和若干个交流发电机；每个所述交流发电机发出的交流电均通过一整流器转换成直流电供给中压直流母线，所述中压直流母线通过一级逆变器将中压直流电逆变为中压交流电供给交流中压负载、通过一级斩波器将中压直流电降压为低压直流电供给低压直流母线；所述低压直流母线通过二级斩波器将低压直流电降压为直流低压负载所需要的电压、通过二级逆变器将低压直流电逆变为交流低压负载所需要的电压。
2.如权利要求1所述的一种配电系统，其特征在于：所述中压直流母线上还连接有储能装置。
3.如权利要求1或2所述的一种配电系统，其特征在于：所述整流器具有三相桥式不可控整流电路结构。
4.如权利要求1或2所述的一种配电系统，其特征在于：所述一级逆变器和二级逆变器均为三相桥式逆变器。
5.如权利要求1或2所述的一种配电系统，其特征在于：所述一级斩波器和二级斩波器均为降压型Buck变换器。
6.一种配电方法，其特征在于：该方法针对如权利要求1-5中任一项所述的配电系统进行配电保护，它包括
S1：直流母线保护设置，对中压直流母线进行纵向差动保护；
S2：交流负载区域保护设置，在一级逆变器和二级逆变器的直流侧输入端均串联一个二极管；
S3：直流负载区域保护设置，对一级斩波器和二级斩波器的阈值、动作时间进行设置。
7.如权利要求6所述的一种配电系统和配电方法，其特征在于：所述S1：直流母线保护设置中，中压直流母线连接有若干条支路；当流入中压直流母线区域的电流等于流出该区域的电流，则判定整个系统没有短路故障；反之，判定整个电路存在故障，通过切断系统中相关的断路器进行故障隔离。
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