CN107104441A - 一种适用于带直流微电网接入的低压配电网双端供电结构 - Google Patents

一种适用于带直流微电网接入的低压配电网双端供电结构 Download PDF

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谈竹奎
徐玉韬
王冕
肖永
龙秋风
曾华荣
班国邦
陈仕军
徐梅梅
顾威
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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Abstract

本发明公开了一种适用于带直流微电网接入的低压配电网双端供电结构，第一配电柜和第二低压配电柜通过双电源自动切换开关ATS连接，第一低压配电柜和第二低压配电柜的低压母线通过柔性电力电子开关SNOP连接，直流微电网通过柔性电力电子开关SNOP的直流侧接入；柔性电力电子开关SNOP与双电源自动切换开关ATS并联连接；解决了现有技术含直流微电网的低压并联供电系统中，交流系统频率不稳定，无功功率造成的损耗，电源受电源电压大小与相位、等值阻抗大小与阻抗角以及负荷大小与功率因数等诸多因素的影响可能出现逆功率运行的状况，并且传统的ATS频繁切换，将造成机械开关触头变形，影响ATS的使用寿命等技术问题。

Description

一种适用于带直流微电网接入的低压配电网双端供电结构
技术领域
本发明属于供电技术，尤其涉及一种适用于带直流微电网接入的低压配电网双端供电结构。
背景技术
相比交流微电网，直流微电网可更高效地接纳风、光等分布式可再生能源发电系统、储能单元、电动汽车及其他直流用电负荷，直流微电网是未来智能配电系统的重要组成部分，可推进节能减排实现能源可持续发展。微电网内光伏、风机、燃料电池、储能单元等产生的电能大部分为直流电或非工频交流电；常用的手机、电脑、LED灯、变频空调和电动汽车等皆由直流驱动，若接入交流电网，需通过DC/DC、DC/AC和AC/DC等多级能量转换装置，若直接接入直流微电网，将省去较多交直流转换装置，减小成本，降低损耗。同时传统的基于辐射形网络的低压配电系统主要依靠上级电网供电，供电可靠性低。而直流微电网通过传统DC/AC转换器并网由于分布式电源的间歇性和波动性会影响电能质量。采用双端并联供电配备备用电源自动投入装置(简称备自投)的方式，由于需要停电转供，仍会出现几秒钟的短时停电。传统的双电源自动切换开关（Automatic Transfer Switch，ATS），由于在低压并联供电系统中，电源受电源电压大小与相位、等值阻抗大小与阻抗角以及负荷大小与功率因数等诸多因素的影响可能出现逆功率运行的状况，并且传统的ATS频繁切换，将造成机械开关触头变形，影响ATS的使用寿命。
发明内容：
本发明要解决的技术问题：提供一种适用于带直流微电网接入的低压配电网双端供电结构，以解决现有技术含直流微电网的低压并联供电系统中，交流系统频率不稳定，无功功率造成的损耗，电源受电源电压大小与相位、等值阻抗大小与阻抗角以及负荷大小与功率因数等诸多因素的影响可能出现逆功率运行的状况，并且传统的ATS频繁切换，将造成机械开关触头变形，影响ATS的使用寿命。
本发明技术方案：
一种适用于带直流微电网接入的低压配电网双端供电结构，它包括第一配电柜和第二低压配电柜，第一配电柜和第二低压配电柜通过双电源自动切换开关ATS连接，第一低压配电柜和第二低压配电柜的低压母线通过柔性电力电子开关SNOP连接，直流微电网通过柔性电力电子开关SNOP的直流侧接入；柔性电力电子开关SNOP与双电源自动切换开关ATS并联连接。
第一低压配电柜和第二低压配电柜分别通过第一开关和第二开关后与柔性电力电子开关SNOP连接。
所述的电力电子柔性开关SNOP包括两个三相四线制变流器VSC、直流侧电容和八个电感；两个三相四线制变流器的直流侧分别与直流侧电容连接，八个电感分别接在两个三相四线制变流器的输入端上。
直流微电网包括直流负荷、分布式电源和储能装置；直流负荷、分布式电源和储能装置分别并联在低压直流母线上，通过低压直流母线接入电力电子柔性开关SNOP直流侧。
本发明的有益效果：
本发明在两个电压配电柜之间将SNOP与ATS并联，正常运行时ATS断开，双电源通过SNOP连接，形成双电源闭环供电模式，同时将直流微电网并联于SNOP直流侧，由于直流电网只存在母电压水平这一衡量指标，不存在交流系统频率不稳定，无功功率等造成的损耗；将直流微电网并联接在SNOP直流侧，给重要直流负荷保证供电可靠性，同时直流微电网电源给SNOP直流侧提供电压支撑，且当一侧VSC出现故障，直流微电网仍可依靠另一侧VSC并网。当两侧电网停电时，可由直流微电网电源系统反供电，实现不间断供电。以提高低压配电网的供电可靠性及双电源线路的负载平衡能力；SNOP串联在两个低压配电柜的低压母线之间，当其中一条馈线或配电变压器因故障停运时，其所带负荷可通过SNOP由另一侧配电变压器供电，变流器提供低压配电系统电压和频率的支撑，实现不间断供电，从而避免线路出现短时停电问题；当两侧配电变压器正常供电时，可通过SNOP动态调节低压配电网的电压无功，改善低压母线电压水平；当两侧配电变压器正常供电时，可通过SNOP动态调节两侧配电变压器间的有功功率分布，避免逆功率、优化两台配电变压器之间的负载率，以实现两台配电变压器的经济运行；当SNOP出现故障或检修停运时，ATS才投运，按常规的低压配电网双端并联供电方式运行。
本发明与现有技术相比具有以下特点：
1、将直流微电网并联接在SNOP直流侧，给重要直流负荷保证供电可靠性，同时直流微电网电源给SNOP直流侧提供电压支撑，且当一侧VSC出现故障，直流微电网仍可依靠另一侧VSC并网。
2、当上级电网断电时，由直流微电网给电网反供电，实现不间断供电。
3、将SNOP直接并联在原有的ATS处，即可以使用，无需改造原有线路结构，避免ATS频繁切换造成的机械开关触头变形，影响ATS的使用寿命。
4、正常运行时，ATS断开，SNOP串接在低压母线上，实现双端电源低压并联供电，避免因线路故障导致的短时停电，以及双电源低压并联供电导致的电磁环流等问题。
5、SNOP的两个三相四线制换流器可以调节双配电变压器的功率输出，均衡双配电变压器低压并联供电时的负载，防止出现某一配电变压器过载而另一配电变压器轻载的现象。
6、SNOP的两个三相四线制换流器可以调节接入点低压母线电压水平，可确保低压侧母线的电压质量。
7、当SNOP出现故障或检修停运时，ATS投运，按常规的低压配电网双端并联供电方式运行，保证了供电可靠性。
解决了现有技术含直流微电网的低压并联供电系统中，交流系统频率不稳定，无功功率造成的损耗，电源受电源电压大小与相位、等值阻抗大小与阻抗角以及负荷大小与功率因数等诸多因素的影响可能出现逆功率运行的状况，并且传统的ATS频繁切换，将造成机械开关触头变形，影响ATS的使用寿命等技术问题。
附图说明：
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明柔性电力电子开关SNOP结构示意图。
具体实施方式：
一种适用于带直流微电网接入的低压配电网双端供电结构（见图1），它包括第一配电柜和第二低压配电柜，第一配电柜和第二低压配电柜通过双电源自动切换开关ATS连接，第一低压配电柜和第二低压配电柜的低压母线通过柔性电力电子开关SNOP连接，直流微电网通过柔性电力电子开关SNOP的直流侧接入；柔性电力电子开关SNOP与双电源自动切换开关ATS并联连接。
第一低压配电柜和第二低压配电柜分别通过第一开关和第二开关后与柔性电力电子开关SNOP连接。
所述的电力电子柔性开关SNOP包括两个三相四线制变流器VSC、直流侧电容和八个电感；两个三相四线制变流器的直流侧分别与直流侧电容连接，八个电感分别接在两个三相四线制变流器的输入端上。
直流微电网包括直流负荷、分布式电源和储能装置；直流负荷、分布式电源和储能装置分别并联在低压直流母线上，通过低压直流母线接入电力电子柔性开关SNOP直流侧。
三相四线制变流器的输入端接低压配电柜的A、B、C相和N线。
每一个三相四线制变流器由8个IGBT模块组成。
本发明在两个电压配电柜之间将SNOP与ATS并联，正常运行时ATS断开，双电源通过SNOP连接，形成双电源闭环供电模式，同时将直流微电网并联于SNOP直流侧，由于直流电网只存在母电压水平这一衡量指标，不存在交流系统频率不稳定，无功功率等造成的损耗；将直流微电网并联接在SNOP直流侧，给重要直流负荷保证供电可靠性，同时直流微电网电源给SNOP直流侧提供电压支撑，且当一侧VSC出现故障，直流微电网仍可依靠另一侧VSC并网。当两侧电网停电时，可由直流微电网电源系统反供电，实现不间断供电。以提高低压配电网的供电可靠性及双电源线路的负载平衡能力；SNOP串联在两个低压配电柜的低压母线之间，当其中一条馈线或配电变压器因故障停运时，其所带负荷可通过SNOP由另一侧配电变压器供电，变流器提供低压配电系统电压和频率的支撑，实现不间断供电，从而避免线路出现短时停电问题；当两侧配电变压器正常供电时，可通过SNOP动态调节低压配电网的电压无功，改善低压母线电压水平；当两侧配电变压器正常供电时，可通过SNOP动态调节两侧配电变压器间的有功功率分布，避免逆功率、优化两台配电变压器之间的负载率，以实现两台配电变压器的经济运行；当SNOP出现故障或检修停运时，ATS才投运，按常规的低压配电网双端并联供电方式运行。

Claims (4)

1.一种适用于带直流微电网接入的低压配电网双端供电结构，它包括第一配电柜和第二低压配电柜，第一配电柜和第二低压配电柜通过双电源自动切换开关ATS连接，其特征在于：第一低压配电柜和第二低压配电柜的低压母线通过柔性电力电子开关SNOP连接，直流微电网通过柔性电力电子开关SNOP的直流侧接入；柔性电力电子开关SNOP与双电源自动切换开关ATS并联连接。
2.根据权利要求1所述的一种适用于带直流微电网接入的低压配电网双端供电结构，其特征在于：第一低压配电柜和第二低压配电柜分别通过第一开关和第二开关后与柔性电力电子开关SNOP连接。
3.根据权利要求1所述的一种适用于带直流微电网接入的低压配电网双端供电结构，其特征在于：所述的电力电子柔性开关SNOP包括两个三相四线制变流器VSC、直流侧电容和八个电感；两个三相四线制变流器的直流侧分别与直流侧电容连接，八个电感分别接在两个三相四线制变流器的输入端上。
4.根据权利要求1所述的一种适用于带直流微电网接入的低压配电网双端供电结构，其特征在于：直流微电网包括直流负荷、分布式电源和储能装置；直流负荷、分布式电源和储能装置分别并联在低压直流母线上，通过低压直流母线接入电力电子柔性开关SNOP直流侧。
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