CN105071377A - 一种供电岛 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种供电岛，包括SPC、LPC、DCS、应急电源系统和交流母线；其中，SPC由3m个串联变压器和3m个单相变换器组成的m套三单相变流系统构成；LPC由3n个串联变压器和3n个单相变换器组成的n套三单相变流系统构成，DCS由互为备用的两套三相三线变换器和直流母线构成；m路供电电源通过本发明提供的供电岛为n路重要负荷供电；可实现多路供电电源之间的无缝切换，快速电压支撑，应急电源系统无缝并网并维持负荷正常工作；可实现电压谐波、电流谐波、无功功率的补偿；平抑冲击负荷的有功波动，实现削峰填谷；消除多路电源或有源负荷直接并联产生的环流；隔离负荷故障时产生的故障电流，满足重要负荷对高可靠、高品质电能的需求。

Description

一种供电岛
技术领域
本发明属于电气工程技术领域，更具体地，涉及一种供电岛。
背景技术
现代社会生产生活中，诸如钢铁企业的电弧炉和轧钢机、石化企业的仪表和控制设备、铝电解企业的电解槽、煤矿井下通风系统、铁路调度指挥系统、电网调度自动化主站、工业以太网交换机、大型信息中心机房、广播电视网络公司机房、医疗手术设备、国家政府机关、政治会议中心、应急指挥中心、重要活动场馆、重要实验设备等重要负荷，一旦发生电力供应中断，将引起重大的政治影响、经济损失、人身伤亡以及社会公共秩序混乱。
针对重要负荷的可靠供电，双电源及多电源供电系统受到越来越多的关注。现有的供电系统大多采用不间断电源UPS、应急电源系统EPS、备自投装置BZT、静态转换开关STS、自动转换开关ATS等双电源备用供电方案，即当主电源电压发生跌落或突然断电时，系统会在短时间内切换到备用电源供电，从而保证负荷的连续供电；上述方案在一定程度上能够较好地解决不同领域的可靠供电问题，但存在以下不足：
(1)双电源及多电源供电系统，在并联供电或切换过程中会出现环流；
(2)切换时间较长、冲击电流较大，很难真正做到无缝切换；
(3)负荷故障时不能有效隔离故障电流，有源负荷(微网)不能直接并联，若并联则会出现环流；
(4)内部电网的电能质量得不到有效控制，电网电能质量会影响负荷的正常工作，冲击性或非线性负荷产生的电能质量问题也会污染电网；
(5)供电规模和适用范围受到一定限制，装置本身的可靠性不高；
在此情况下，在本领域亟需寻找一种技术方案，解决现有技术的上述问题，实现电网电源对负荷、尤其是重要负荷的可靠供电；将这种技术方案称为供电岛；供电岛布置在电网电源与负荷之间，无论电源侧或负荷侧出现何种故障或电能质量问题，供电岛内供电保持正常，为负荷提供可靠供电。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种供电岛，解决现有技术中的多电源供电系统在并联供电或切换过程中出现环流、切换时间长的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种供电岛，包括电源侧电能控制器(SourcePowerConditioner，SPC)、负荷侧电能控制器(LoadPowerConditioner，LPC)、直流变流系统(DCConvertSystem，DCS)、应急电源系统和交流母线；
其中，SPC的交流输入端作为连接外部电源的端口，其交流输出端与交流母线连接；SPC用于连接m路外部三相电源S1,S2…Si…Sm与交流母线；
其中，LPC的交流侧作为连接外部负荷的端口；n路负荷LD1，LD1…LDj…LDn通过LPC的交流侧与交流母线相连；
应急电源系统并接于交流母线；DCS的交流侧与交流母线相连；SPC和LPC的直流端口均通过直流母线汇接在DCS的直流侧；
SPC工作于整流或逆变状态时，输出可控的补偿电压，对电源的电压实行按相补偿，在电源故障时实现多路电源的无缝切换，快速支撑故障电源出口处的电压，同时还可补偿电源电压谐波，实现电源侧三相对称，消除多路电源直接并联产生的环流；
LPC工作于整流或逆变状态时，对负荷电压实行按相补偿，在负荷故障时实现故障电流的隔离，同时还可消除多路有源负荷(微网)直接并联产生的环流，补偿负荷电压谐波，实现负荷侧三相对称；
DCS则用于维持直流母线电压恒定，同时也用于实现对交流母线处电流谐波、无功功率的补偿；
当外部的电源全部故障时，所述应急电源系统提供应急电源系统，实现无缝并网，并具有平抑冲击性负荷的有功波动、实现削峰填谷、补偿电流谐波和无功功率的功能，实现交流母线电压、电流、有功、无功平稳和供电的连续性。
优选的，SPC包括m套直流侧并联的三单相变流系统；m套三单相变流系统的交流侧均串接于供电电源与交流母线之间，直流侧均汇接于直流母线；其中，m大于等于2；
具体的，三单相变流系统的交流输入端作为所述SPC的交流输入端，用于连接外部电源；三单相变流系统的交流输出端作为SPC的交流输出端，与交流母线连接；
其中，三单相变流系统包括3个变压器和3个单相变换器；其中，第一变压器副方第一端用于连接外部三相电源的A相，副方第二端作为SPC交流输出端，连接交流母线A相；
第一变压器的原方的两端均与第一单相变换器的交流端连接；第一单相变换器的直流端与直流母线连接；
其中，第二变压器副方第一端用于连接外部三相电源的B相，副方第二端作为SPC交流输出端，连接交流母线B相；
第二变压器的原方的两端均与第二单相变换器的交流端连接；第二单相变换器的直流端与直流母线连接；
其中，第三变压器副方第一端用于连接外部三相电源的C相，副方第二端作为SPC交流输出端，连接交流母线C相；
第三变压器的原方的两端均与第三单相变换器的交流端连接；第三单相变换器的直流端与直流母线连接；
三单相变流系统工作于整流或逆变状态时，对电压实行按相补偿，在电源电压故障时可快速支撑电源出口处电压；同时能补偿电源处的电压谐波，实现电网侧电压三相对称。
优选的，LPC包括n套直流侧并联的三单相变流系统，n套三单相变流系统的交流侧均串接于交流母线和负荷之间，直流侧均汇接于直流母线；其中，n大于等于2；
在LPC里，三单相变流系统的交流输入端连接交流母线，三单相变流系统的交流输出端作为LPC的交流输出端，用于连接负荷；
LPC里的三单相变流系统同样包括3个变压器和3个单相变换器；其中，第一变压器副方第一端用于连接外部负荷的A相，副方第二端作为LPC交流输入端，连接交流母线A相；
第一变压器的原方的两端均与第一单相变换器的交流端连接；第一单相变换器的直流端与直流母线连接；
其中，第二变压器副方第一端用于连接外部负荷的B相，副方第二端作为LPC交流输入端，连接交流母线B相；
第二变压器的原方的两端均与第二单相变换器的交流端连接；第二单相变换器的直流端与直流母线连接；
其中，第三变压器副方第一端用于连接外部负荷的C相，副方第二端作为LPC交流输入端，连接交流母线C相；
第三变压器的原方的两端均与第三单相变换器的交流端连接；第三单相变换器的直流端与直流母线连接；
三单相变流系统工作于整流或逆变状态时，对电压实行按相补偿，在负荷故障时快速隔离故障电流，同时补偿负荷处的电压谐波，实现负荷侧电压三相对称。
优选的，LPC采用n套三相快速电子开关实现，电子开关串接于交流母线与负荷之间，在负荷故障时隔离故障电流，与采用三单相变流系统的方案比较，具有低成本的优势。
优选的，DCS包括两套互为备用的三相三线变换器；互为备用的两套三相三线变换器的交流侧均并接于交流母线，直流侧均并接于直流母线；三相三线变换器工作于整流或逆变时，可维持直流母线电压恒定，同时实现交流母线处电流谐波、无功功率的补偿。
优选的，DCS采用两套互为备用的三相四线制变换器，其中性线N由变换器的第四桥臂或分裂电容方式引出；采用该结构可实现电网零序电流的补偿，实现交流母线处电流三相对称。
优选的，应急电源系统包括储能单元和发电机；储能单元包括逆变器和提供直流电的储能装置；其中，储能装置并接于逆变器的直流侧，逆变器的交流侧为储能单元的输出；储能单元的输出与发电机的交流侧均并接于交流母线；一方面，当m路电源全部故障时，储能单元快速响应并同时启动发电机，实现应急电源系统无缝并网，并维持负荷正常工作较长时间；
另一方面，储能单元还具有平抑冲击性负荷的有功波动，实现削峰填谷，补偿电流谐波和无功功率的功能，从而实现交流母线电压、电流、有功、无功平稳和供电的连续性。
优选的，应急电源系统包括储能单元和发电机；储能单元仅包括提供直流电的储能装置；储能单元直接并接于直流母线而发电机仍并接于交流母线；这种结构，省去了储能单元的逆变器，在节省成本的同时有利于维持直流母线电压平稳，但三相变换器的容量需增加。
优选的，交流母线采用单母线结构：ABC三相，每相只有一条线；汇接SPC、LPC、DCS、应急电源系统的交流端。
优选的，上述供电岛，还包括第二SPC、第二LPC、第二DCS和第二应急电源系统；且交流母线采用双母线结构，交流母线的ABC三相，每相均包括互为备用的两条线；而直流母线仍为一组，为公用直流母线；
第二SPC的交流输入端作为连接外部三相电源的端口，交流输出端与备用交流母线连接；m路外部三相电源S1,S2，…Si,…Sm还通过第二SPC与备用交流母线连接；
第二LPC的交流输出端口作为连接外部负荷的端口；n路负荷L1,L2，…Lj,…Ln还通过第二LPC的交流侧与备用交流母线连接；
第二应急电源系统并接于备用交流母线；第二DCS的交流侧与备用交流母线相连；第二SPC的直流端口、第二LPC的直流端口和第二DCS的直流端口均并接于直流母线；
SPC、LPC、DCS、应急电源系统和交流母线构成主用供电岛；第二SPC、第二LPC、第二DCS和第二应急电源系统构成备用供电岛，当其中一套供电岛发生故障时，无缝切换到另一套供电岛，进一步提高交流母线供电可靠性，应用于可靠性要求等级高的场合。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明提供的供电岛，通过SPC对各路电源电压的实时检测与快速补偿，实现多路供电电源之间的无缝切换；通过SPC的快速响应，能在电源故障时快速支撑电源出口处的电压，从而保证供电的高可靠性；
(2)本发明提供的供电岛，其优选方案中的应急电源系统，在电网电源均发生故障的情况下，通过器储能单元的快速响应并同时启动柴油发电机实现交流母线不间断无缝供电，进一步保证供电的高可靠性；
(3)本发明提供的供电岛，通过SPC和LPC对电源侧和负荷侧电压的实时检测与补偿，可消除电源侧和负荷侧电压谐波与不平衡，消除多路电源或有源负荷(微网)直接并联产生的环流，隔离负荷故障时产生的故障电流；实现电能质量的有效控制，使交流母线的电能质量维持在很高水平，从而保证供电的高品质性；
(4)本发明提供的供电岛，通过DCS对交流母线处的电流谐波和无功功率的补偿，通过储能系统平抑冲击负荷的有功波动，实现交流母线电压、电流、有功、无功平稳；进一步保证了供电的高品质性；
(5)本发明提供的供电岛，其优选方案里，采用三相四线制结构、以快速电子开关作LPC、储能系统接于直流母线或采用双交流母线结构，实现可靠供电岛的结构按需求加以拓展或改变，进一步满足重要负荷于不同需求下的高可靠、高品质供电；
(6)本发明提供的供电岛，其优选方案里，采用主用和备用两套装置，构成互为备用的两套子供电岛，当其中一套故障时，可无缝切换到另外一套子供电岛，进一步提高交流母线供电可靠性，应用于可靠性要求等级高的场合。
附图说明
图1是本发明提供的供电岛的结构示意图；
图2为三单相变流系统结构示意图；
图3为三相三线直流变流系统结构示意图；
图4为三相四线直流变流系统结构示意图；
图5为本发明实施例1提供的供电岛的结构示意图；
图6为本发明实施例2提供的供电岛的结构示意图；
图7为本发明实施例3提供的供电岛的结构示意图；
图8为本发明实施例4提供的供电岛的结构示意图；
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-供电岛、2-SPC、3-LPC、4-DCS、5-应急电源系统、6-单交流母线，7-三单相变流系统、8-单相变换器、9-三相三线变换器、10直流母线、11-变压器、12-三相四线变换器、三相四线变换器13、三相四线制母线14、15-快速电子开关、1.1-主用供电岛、2.1-主用SPC、3.1-主用LPC、4.1-主用DCS、5.1-主用应急电源系统、1.2-备用供电岛、2.2-备用SPC、3.2-备用LPC、4.2-备用DCS和5.2-备用应急电源系统、14.1-主用交流母线、14.2-备用交流母线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供的供电岛的结构如图1所示意的，包括SPC2、LPC3、DCS4、应急电源系统5、单交流母线6；
m路电源S1,S2，…Si，…Sm通过该供电岛为n路重要负荷L1,L2，…Lj,…Ln供电；m路电源通过SPC2的交流侧与交流母线相连；n路负荷通过LPC3的交流侧与交流母线6相连；应急电源系统5并接于交流母线6；DCS4的交流侧与交流母线相连，SPC2和LPC3的直流侧汇接于直流母线，与DCS4的直流端连接；
其中，SPC2在电源故障时实现多路电源的无缝切换，快速支撑故障电源出口处的电压，同时补偿电源电压谐波，消除多路电源直接并联产生的环流；LPC3在负荷故障时隔离故障电流，消除多路有源负荷直接并联产生的环流，补偿负荷电压谐波；DCS4用于维持直流母线电压恒定，实现交流母线处电流谐波、无功功率的补偿；当m路电源全部故障时，应急电源系统的储能单元快速响应，并即时启动发电机，实现应急电源系统无缝并网，并维持负荷正常工作较长时间；
储能单元同时平抑冲击性负荷的有功波动，实现削峰填谷，补偿电流谐波和无功功率；本发明提供的多供电电源的结构实现了m路供电电源为n路负荷提供高可靠、高品质电能的功能。
三单相变流系统7是构成SPC2和LPC3的基本模块；是由三个单相变换器8和三个变压器11构成的三相电压独立控制装置，其结构如图2所示；三个单相变换器8的交流侧分别与三个变压器11的原方连接，三个变压器的副方串接于三相线路之中；三个单相变换器的直流侧均汇接于直流母线。
三单相变流系统7工作于整流或逆变时，对电压实行按相补偿；在电源电压故障时，快速支撑电源出口处电压；在负荷故障时快速隔离故障电流，同时补偿电源和负荷处的电压谐波，实现电网电压三相对称；
由m套三单相变流系统构成的SPC实现多电源的无缝切换，消除多路电源直接并联产生的环流；n套三单相变流系统构成的LPC，消除多路电源或有源负荷(微网)直接并联产生的环流；
DCS4由直流母线10和互为备用的两套三相三线变换器9构成，其结构如图3所示，互为备用的两套三相三线变换器其交流侧并接于交流母线，直流侧并接于直流母线；三相三线变换器工作于整流或逆变时，维持直流母线电压恒定，同时实现交流母线处电流谐波、无功功率的补偿，从而保证交流母线高品质供电；
DCS还可以由直流母线10和互为备用的两套三相四线变换器12构成，其结构如图4所示，其中性线N由第四桥臂引出；该结构可实现电网零序电流的补偿，实现交流母线处电流三相对称。
应急电源系统由储能单元和发电机构成；其中储能单元由储能装置和逆变器构成；储能单元和发电机的交流侧均并接于交流母线，储能单元为一级应急电源系统，具有动态响应速度快，充放电电流大的特点，在电源故障时能实现电源的快速支撑；发电机为二级应急电源系统，由于其具有工作时间较长的特点，在电源故障时可维持负荷正常工作一段时间；当外部电源故障时，两者共同实现应急电源系统无缝并网，并维持负荷正常工作较长时间。
以下结合实施例具体阐述本发明提供的供电岛；
实施例1
实施例1的结构如图5所示；两个外部电源S1和S2通过实施例1提供供电岛1对双负荷LD1和LD2供电，采用三相四线制接线方式；包括1组三相四线制母线14，由2套三单相变流系统7构成的SPC2，由2套三单相变流系统7构成的LPC3，1套三相四线制DCS13，1套应急电源系统5；
其中，SPC的交流输入端作为连接外部电源ABC三相的端口，交流输出端与交流母线的ABC三相连接；2路外部三相电源S1、S2的ABC三相通过SPC与交流母线的ABC三相相连；
LPC的交流输出端口作为连接外部负荷ABC三相的端口；2路负荷LD1、LD2的ABC三相通过LPC的交流侧与交流母线ABC三相相连；
S1、S2的中性线和LD1、LD2的中性线均与交流母线的中性线相连；
应急电源系统并接于交流母线；DCS的交流侧与交流母线相连；SPC与LPC的直流端口均通过直流母线汇接在DCS的直流侧；
SPC包括2套并联的三单相变流系统7；2套三单相变流系统的交流侧均串接于供电电源与交流母线之间，直流侧均汇接于直流母线；
LPC包括2套并联的三单相变流系统7；2套三单相变流系统的交流侧均串接于交流母线和负荷之间，直流侧则均汇接于直流母线；
三单相变流系统7具有以下的特点：(1)交流侧输出电压可控；(2)交流侧输出电流可控；(3)可对ABC三相独立控制；由于交流侧输出的电压可控，因此可通过三单相变流系统对电源侧电压或负荷侧电压实行按相补偿；而另一方面，由于交流侧输出电流可控，可通过三单相变流系统对电源侧电流或负荷侧电流实行按相控制；
实施例1中，DCS采用一套三相四线变换器，其交流侧并接于交流母线，直流侧并接于直流母线；
实施例1中，应急电源系统包括储能单元和发电机；储能单元包括逆变器和提供直流电的储能装置，储能装置并接于逆变器的直流侧，逆变器的交流侧为储能单元的输出；储能单元的输出与发电机的交流侧均并接于交流母线；
交流母线采用单母线三相四线制结构：ABC三相和中性线N，均只有一条线；其ABC三相汇接SPC、LPC、DCS、应急电源系统的交流端，其中性线汇接电源、负荷、DCS和应急电源系统的中性线；
实施例1提供的供电岛采用三相四线制，其中的DCS为三相四线制结构，其中性线N由三相四线变换器12的第四桥臂引出；供电岛采用三相四线制还可实现对电源侧、负荷侧及交流母线处的零序电压或零序电流的补偿，消除电网中的不对称问题；在采用三相四线制的低压配电网中应用。
以下结合具体工况来阐述实施例1提供的供电岛的工作原理及功能：
(1)当电源S1、S2，负荷LD1、LD2均处于正常工作状态下，供电岛主要用于消除电源或有源负荷并联产生的环流；SPC根据电源S1和电压S2之间的电压差对电源电压进行补偿，使得经补偿后的两电源电压相等，消除环流；
(2)当电源S1、S2和负荷LD1、LD2出现电压谐波的状态下，供电岛主要用于消除电源的电压谐波对负荷侧的影响以及负荷的电压谐波对电源侧的影响；对电源而言，检测电源S1、S2端口的电压，获取电源中的电压谐波成分；由SPC输出反相的电压谐波抵消电源中的电压谐波，消除电源的电压谐波对负荷侧的影响；对于负荷侧的电压谐波，由LPC输出反相的电压谐波抵消负荷中的电压谐波，消除负荷侧的电压谐波对电源的影响；
(3)当电源S1、S2中某一路电网电源发生故障时，供电岛主要用于隔离故障电源，由正常电源主供电；以S1主供电而S1故障为例进行具体阐述：检测S1、S2端口的电压电流，当S1端口电压为零时，判定其发生短路故障；则由S1的三单相变流系统提供额定电压支撑端口电压，从而隔离故障电源，并控制S1线路输入功率降低到0；在S2的三单相变流系统控制下，电源主输出功率由S1无缝切换到S2；
(4)当电源S1、S2两路电网电压均发生故障时，由SPC隔离故障电源，由应急电源系统无缝并网实现供电岛的无缝供电；
(5)当负荷LD1、LD2发生故障时，供电岛主要用于隔离短路电流；以负荷LD1故障为例进行具体阐述：检测负荷端口电流，若负荷端口电流超出额定值，判定其发生短路故障，由LD1的三单相变流系统将输出电流控制为0，隔离负荷故障电流。
实施例2
实施例2的结构如图6所示，两个外部电源S1和S2通过实施例2提供供电岛1对双负荷LD1和LD2供电，采用三相三线制接线方式；包括1组三相三线制母线14，由2套三单相变流系统7构成的SPC2，由2组三相快速电子开关15构成LPC3，1组三相三线制DCS4，1套应急电源系统5；
其中，SPC的交流输入端作为连接外部电源的端口，交流输出端与交流母线连接；2路外部三相电源S1、S2通过SPC与交流母线相连；
LPC的交流端口作为连接外部负荷的端口；2路负荷LD1、LD2通过LPC的交流侧与交流母线相连；
应急电源系统并接于交流母线；DCS的交流侧与交流母线相连；SPC与LPC的直流端口均通过直流母线汇接在DCS的直流侧；
SPC包括2套并联的三单相变流系统；2套三单相变流系统的交流侧均串接于供电电源与交流母线之间，直流侧均汇接于直流母线；
LPC采用快速电子开关实现，2组三相快速电子开关串接于交流母线与负荷之间；
DCS为一套三相三线变换器，其交流侧并接于交流母线，直流侧并接于直流母线；
应急电源系统包括储能单元和发电机；储能单元包括逆变器和提供直流电的储能装置，储能装置并接于逆变器的直流侧，逆变器的交流侧为储能单元的输出；储能单元的输出与发电机的交流侧均并接于交流母线；
实施例2中，LPC采用电子开关实现，电子开关本体采用IGBT或其他电力电子器件；当重要负荷发生故障时，所对应的电子开关迅速动作，将故障负荷从系统中快速隔离，避免故障电流对其他重要负荷造成影响；采用电子开关作为LPC，在供电岛正常运行时，虽然无法解决有源负荷(微网)直接并联带来的环流问题，也无法补偿负荷侧电压谐波，但在负荷故障时保证了可靠供电岛的安全平稳，最大限度的保障了其余负荷持续正常工作；与采用三单相变流系统作LPC的方案相比，采用电子开关作LPC具有结构简单，整体损耗相对较小的特点；从成本和性能两方面综合考虑，既降低了成本，又能保证良好的工作性能，性价比较高。
实施例3
实施例3提供的供电岛的结构如图7所示；两个外部电源S1和S2通过实施例3提供供电岛1对双负荷LD1和LD2供电，采用三相三线制接线方式；实施例3提供供电岛1包括1组三相三线制母线14，由2套三单相变流系统7构成的SPC2，由2套三单相变流系统7构成的LPC3，1套三相三线制DCS4，1套应急电源系统5；
其中，SPC的交流输入端作为连接外部电源的端口，交流输出端与交流母线连接；2路外部三相电源S1、S2通过SPC与交流母线相连；
LPC的交流输出端口作为连接外部负荷的端口；2路负荷LD1、LD2通过LPC的交流侧与交流母线相连；
应急电源系统并接于交流母线；DCS的交流侧与交流母线相连；SPC与LPC的直流端口均通过直流母线汇接在DCS的直流侧；
SPC包括2套并联的三单相变流系统；2套三单相变流系统的交流侧均串接于供电电源与交流母线之间，直流侧均汇接于直流母线；
LPC包括2套并联的三单相变流系统，2套三单相变流系统的交流侧均串接于交流母线和负荷之间，直流侧则均汇接于直流母线；
DCS为一套三相三线变换器，其交流侧并接于交流母线，直流侧并接于直流母线；
应急电源系统包括储能单元和发电机；储能单元为直流电源直接与直流母线相连，而发电机仍并接于交流母线；
交流母线采用单母线三相三线制结构：ABC三相，每相只有一条线；汇接SPC、LPC、DCS、发电机的交流端；
实施例1与实施例2的应急电源系统的储能单元均通过逆变器接入交流母线，与实施例1和实施例2相比，实施例3提供的结构在省去储能系统的逆变器的同时有利于维持直流母线电压平稳，但由于储能单元的充放电需通过DCS实现，因此DCS的容量需依据储能单元的容量大小相应增大。
实施例4
实施例4提供的供电岛的结构如图8所示；两个外部电源S1和S2通过主用交流母线14.1与备用交流母线14.2为双负荷LD1、LD2供电，采用三相三线制接线方式；实施例4提供的供电岛，交流母线采用双母线结构，分别为主用交流母线14.1和备用交流母线14.2；SPC、LPC、DCS和应急电源系统为两套；一套包括主用SPC2.1、主用LPC3.1、主用DCS4.1和主用应急电源系统5.1，构成主用供电岛1.1；另一套包括备用SPC2.2、备用LPC3.2、备用DCS4.2和备用应急电源系统5.2，构成备用供电岛1.2，而主用供电岛1.1和备用供电岛1.2共用直流母线10；
在主用供电岛1.1中，SPC2.1的交流输入端作为连接外部电源的端口，交流输出端与主用交流母线14.1连接；2路外部三相电源S1、S2通过SPC2.1与主用交流母线连接；LPC3.1的交流输出端口作为连接外部负荷的端口；2路负荷LD1、LD2通过LPC3.1的交流侧与主用交流母线连接；应急电源系统5.1并接于主用交流母线；DCS4.1的交流侧与主用交流母线相连；SPC2.1与LPC3.1与DCS4.1的直流端口均并接于直流母线10；
SPC2.1包括2套直流侧并联的三单相变流系统；2套三单相变流系统的交流侧均串接于供电电源与主用交流母线之间，直流侧均汇接于公共直流母线10；
LPC3.1包括2套直流侧并联的三单相变流系统，2套三单相变流系统的交流侧均串接于主用交流母线和负荷之间，直流侧均汇接于直流母线10；
DCS4.1为一套三相三线变换器，其交流侧并接于主用交流母线，直流侧并接于直流母线10；
应急电源系统5.1包括储能单元和发电机；储能单元包括逆变器和提供直流电的储能装置，储能装置并接于逆变器的直流侧，逆变器的交流侧为储能单元的输出；储能单元的输出与发电机的交流侧均并接于主用交流母线；
在备用供电岛1.2中，SPC2.2的交流输入端作为连接外部电源的端口，交流输出端与备用交流母线14.2连接；2路外部三相电源S1、S2通过SPC2.2与备用交流母线连接；LPC3.2的交流输出端口作为连接外部负荷的端口；2路负荷LD1、LD2通过LPC3.2的交流侧与备用交流母线连接；应急电源系统5.2并接于备用交流母线；DCS4.2的交流侧与备用交流母线相连；SPC2.2与LPC3.2与DCS4.2的直流端口均并接于直流母线10；
SPC2.2包括2套直流侧并联的三单相变流系统；2套三单相变流系统的交流侧均串接于供电电源与备用交流母线之间，直流侧均汇接于直流母线10；
LPC3.2包括2套直流侧并联的三单相变流系统，2套三单相变流系统的交流侧均串接于备用交流母线和负荷之间，直流侧均汇接于直流母线10；
DCS4.2为一套三相三线变换器，其交流侧并接于备用交流母线，直流侧并接于公共直流母线10；
应急电源系统5.2包括储能单元和发电机；储能单元包括逆变器和提供直流电的储能装置，储能装置并接于逆变器的直流侧，逆变器的交流侧为储能单元的输出；储能单元的输出与发电机的交流侧均并接于备用交流母线；
双电源S1、S2通过主用交流母线14.1与备用交流母线14.2为双负荷LD1、LD2供电；当交流母线14.1故障，由主用供电岛1.1中的SPC2.1与LPC3.1切除故障母线14.1与电源和负荷的联系，由DCS4.1切除故障母线14.1与公共直流母线的联系，而由备用供电岛1.2通过其备用交流母线14.2为负荷供电；进一步提高了供电岛供电的可靠性，应用于对可靠性要求高的场合。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种供电岛，其特征在于，包括电源侧电能控制器、负荷侧电能控制器、直流变流系统、应急电源系统和交流母线；
所述电源侧电能控制器的交流输入端作为连接外部电源的端口，其交流输出端与交流母线连接；所述负荷侧电能控制器的交流侧作为连接外部负荷的端口；所述应急电源系统并接于交流母线；所述直流变流系统的交流侧与交流母线相连；所述电源侧电能控制器和负荷侧电能控制器的直流端口均通过直流母线汇接在直流变流系统的直流侧；
所述电源侧电能控制器工作于整流或逆变状态时，输出可控的补偿电压，对电源的电压实行按相补偿，在电源故障时实现多路电源的无缝切换；并补偿电源电压谐波，消除多路电源直接并联产生的环流，实现电源侧三相对称；
所述负荷侧电能控制器工作于整流或逆变状态时，对负荷电压实行按相补偿，在负荷故障时实现故障电流的隔离；并用于消除多路有源负荷直接并联产生的环流，补偿负荷电压谐波，实现负荷侧三相对称；
所述直流变流系统用于维持直流母线电压恒定，同时实现对交流母线处电流谐波、无功功率的补偿；
当外部电网电源全部故障时，所述应急电源系统提供电源，实现无缝并网，并具有平抑冲击性负荷的有功波动、实现削峰填谷、补偿电流谐波和无功功率的功能，实现交流母线电压、电流、有功、无功平稳和供电的连续性。
2.如权利要求1所述的供电岛，其特征在于，所述电源侧电能控制器包括m套直流侧并联的三单相变流系统；m套三单相变流系统的交流侧均串接于供电电源与交流母线之间，直流侧均汇接于直流母线；其中，m为大于等于2的整数；
所述三单相变流系统的交流输入端作为所述电源侧电能控制器的交流输入端，用于连接外部电源；所述三单相变流系统的交流输出端作为电源侧电能控制器的交流输出端，与交流母线连接；
所述三单相变流系统包括3个变压器和3个单相变换器；其中，第一变压器副方第一端用于连接外部三相电源的A相，副方第二端作为电源侧电能控制器交流输出端，连接交流母线A相；
第一变压器的原方的两端均与第一单相变换器的交流端连接；第一单相变换器的直流端与直流母线连接；
其中，第二变压器副方第一端用于连接外部三相电源的B相，副方第二端作为电源侧电能控制器交流输出端，连接交流母线B相；
第二变压器的原方的两端均与第二单相变换器的交流端连接；第二单相变换器的直流端与直流母线连接；
其中，第三变压器副方第一端用于连接外部三相电源的C相，副方第二端作为电源侧电能控制器交流输出端，连接交流母线C相；
第三变压器的原方的两端均与第三单相变换器的交流端连接；第三单相变换器的直流端与直流母线连接；
三单相变流系统工作于整流或逆变状态时，对电压实行按相补偿，在电源电压故障时可快速支撑电源出口处电压；同时能补偿电源处的电压谐波，实现电网侧电压三相对称。
3.如权利要求1或2所述的供电岛，其特征在于，所述负荷侧电能控制器包括n套直流侧并联的三单相变流系统，n套三单相变流系统的交流侧均串接于交流母线和负荷之间，直流侧均汇接于直流母线；其中，n为大于等于2的整数；
在所述负荷侧电能控制器里，三单相变流系统的交流输入端连接交流母线，三单相变流系统的交流输出端作为负荷侧电能控制器的交流输出端，用于连接负荷；
所述负荷侧电能控制器里，三单相变流系统同样包括3个变压器和3个单相变换器；其中，第一变压器副方第一端用于连接外部负荷的A相，副方第二端作为负荷侧电能控制器交流输入端，连接交流母线A相；
第一变压器的原方的两端均与第一单相变换器的交流端连接；第一单相变换器的直流端与直流母线连接；
其中，第二变压器副方第一端用于连接外部负荷的B相，副方第二端作为负荷侧电能控制器交流输入端，连接交流母线B相；
第二变压器的原方的两端均与第二单相变换器的交流端连接；第二单相变换器的直流端与直流母线连接；
其中，第三变压器副方第一端用于连接外部负荷的C相，副方第二端作为负荷侧电能控制器的交流输入端，连接交流母线C相；
第三变压器的原方的两端均与第三单相变换器的交流端连接；第三单相变换器的直流端与直流母线连接；
三单相变流系统工作于整流或逆变状态时，对电压实行按相补偿，在负荷故障时快速隔离故障电流，同时补偿负荷处的电压谐波，实现负荷侧电压三相对称。
4.如权利要求1或2所述的供电岛，其特征在于，所述负荷侧电能控制器采用n套三相快速电子开关实现，电子开关串接于交流母线与负荷之间，在负荷故障时隔离故障电流。
5.如权利要求1至4任一项所述的供电岛，其特征在于，所述直流变流系统包括两套互为备用的三相三线变换器；互为备用的两套三相三线变换器的交流侧均并接于交流母线，直流侧均并接于直流母线；
所述三相三线变换器工作于整流或逆变时，可维持直流母线电压恒定，同时实现交流母线处电流谐波、无功功率的补偿。
6.如权利要求1至4任一项所述的供电岛，其特征在于，所述直流变流系统采用两套互为备用的三相四线制变换器，其中性线N由变换器的第四桥臂或分裂电容方式引出；采用该结构实现电网零序电流的补偿，实现交流母线处电流三相对称。
7.如权利要求1至6任一项所述的供电岛，其特征在于，所述应急电源系统包括储能单元和发电机；储能单元包括逆变器和提供直流电的储能装置；所述储能装置并接于逆变器的直流侧，逆变器的交流侧为储能单元的输出；储能单元的输出与发电机的交流侧均并接于交流母线；
当m路电源全部故障时，储能单元快速响应并同时启动发电机，实现应急电源系统无缝并网；储能单元还具有平抑冲击性负荷的有功波动，实现削峰填谷，补偿电流谐波和无功功率的功能，实现交流母线电压、电流、有功、无功平稳和供电的连续性。
8.如权利要求1至6任一项所述的供电岛，其特征在于，所述应急电源系统包括储能单元和发电机；储能单元仅包括提供直流电的储能装置；储能单元直接并接于直流母线，发电机并接于交流母线。
9.如权利要求1至8任一项所述的供电岛，其特征在于，所述交流母线采用单母线结构：交流母线的ABC三相，每相只有一条线。
10.如权利要求1所述的供电岛，其特征在于，还包括第二电源侧电能控制器、第二负荷侧电能控制器、第二直流变流系统和第二应急电源系统；且所述交流母线采用双母线结构，交流母线的ABC三相，每相均包括互为备用的两条线；
所述第二电源侧电能控制器的交流输入端作为连接外部三相电源的端口，交流输出端与备用交流母线连接；第二负荷侧电能控制器的交流输出端口作为连接外部负荷的端口；
所述第二应急电源系统并接于备用交流母线；所述第二直流变流系统的交流侧与备用交流母线相连；所述第二电源侧电能控制器的直流端口、第二负荷侧电能控制器的直流端口和第二直流变流系统的直流端口均并接于直流母线；
所述电源侧电能控制器、负荷侧电能控制器、直流变流系统、应急电源系统和交流母线构成主用供电岛；所述第二电源侧电能控制器、第二负荷侧电能控制器、第二直流变流系统和第二应急电源系统构成备用供电岛，当其中一套供电岛发生故障时，无缝切换到另一套供电岛。
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