CN109301824B - 基于双路系统电源支撑的零扰动柔性配电系统 - Google Patents

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    • Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Abstract

本发明公开了一种基于双路系统电源支撑的零扰动柔性配电系统，属于电力系统技术领域，包括：稳定控制模块、电容器、整流输入模块、逆变输出模块和DC/DC变换输出模块；整流输入模块包括至少两套交流整流装置，两套交流整流装置的交流输入端子与系统电源连接，两套交流整流装置的直流输出端子均与直流母线连接；电容器连接于直流母线上；逆变输出模块包括多台逆变器，每台逆变器的输入端子均与直流母线连接；DC/DC变换输出模块包括多台DC/DC变换器，每台DC/DC变换器的输入端子均与直流母线连接；稳定控制模块分别与整流输入模块、逆变输出模块和DC/DC变换输出模块进行数据交互。

Description

基于双路系统电源支撑的零扰动柔性配电系统
技术领域
本发明属于电力系统技术领域，尤其涉及一种基于双路系统电源支撑的零扰动基于双路系统电源支撑的零扰动柔性配电系统。
背景技术
众所周知，电力系统是由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能，再经输电、变电和配电将电能供应到各用户。为实现这一功能，电力系统在各个环节和不同层次还具有相应的信息与控制系统，对电能的生产过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，以保证用户获得安全、经济、优质的电能。
近年来，随着社会工业的快速发展，电力系统的稳定性越来越受到人们的重视，在电力系统中，经常出现由倒闸操作、上级站故障、本线路故障或相邻线路故障引起的配电系统电压暂降或供电中断问题，上述故障的出现经常会给用户带来一定的危害，因此，设计开发一种能够阻断系统故障对配电终端设备影响的基于双路系统电源支撑的零扰动柔性配电系统显得是尤为重要。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提出了一种基于双路系统电源支撑的零扰动柔性配电系统。该基于双路系统电源支撑的零扰动柔性配电系统采用双路独立交流电源变换成直流实现并列运行，在任何一路供电电源发生瞬时(毫秒级)、短时(秒级)或长时扰动时，保证对配电终端设备实现零扰动供电。采用直流并网技术实现系统电源对配电终端设备的双路在线连续供电支撑，阻断系统故障对配电终端设备的影响。
本发明的目的在于提供一种基于双路系统电源支撑的零扰动柔性配电系统，至少包括：
整流输入模块，所述整流输入模块包括至少两套交流整流装置，两套交流整流装置的交流输入端子与系统电源连接，两套交流整流装置的直流输出端子均与直流母线连接；
用于滤除谐波和逆变器无功输出调节的电容器，所述电容器连接于直流母线上；
逆变输出模块，所述逆变输出模块包括多台逆变器，每台逆变器的输入端子均与直流母线连接；
DC/DC变换输出模块，所述DC/DC变换输出模块包括多台DC/DC变换器，每台DC/DC变换器的输入端子均与直流母线连接；
稳定控制模块，所述稳定控制模块分别与整流输入模块、逆变输出模块和DC/DC变换输出模块进行数据交互，所述稳定控制模块根据负荷的有功和无功变化实时调节逆变器的工作参数，模拟大系统支撑。
进一步：所述稳定控制模块的核心处理器为数字信号处理器或多核ARM处理器中的一个或两个。
进一步：所述基于双路系统电源支撑的零扰动柔性配电系统还包括保护电路，所述保护电路包括欠压保护模块、短路保护模块、过热保护模块、过载保护模块、接地故障保护模块中的一个模块或多个模块。
进一步：所述基于双路系统电源支撑的零扰动柔性配电系统还包括在线监测整流和逆变模块的运行参数的监控模块。
进一步：所述基于双路系统电源支撑的零扰动柔性配电系统还包括通信电路，所述通信电路包括：RS485或现场总线或电信运营商提供支撑的无线通信模块。
更进一步：所述稳定控制模块根据负荷的有功和无功变化实时调节逆变器的工作参数，模拟大系统支撑具体包括如下步骤：
1)稳定控制模块以系统电压为参考调节逆变器输出电压，调节逆变器输出频率、相位与系统频率、相位保持一致；
2)稳定控制模块调节逆变器的有功和无功输出，实时满足负荷变化的需求；
3)以上控制通过稳定控制模块调节逆变器输出电压和电流实现，逆变器需配备充足的容量，保证柔性配电系统对电压和电流的动态需求。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：
本发明采用双路独立交流电源变换成直流实现并列运行，在任何一路供电电源发生瞬时(毫秒级)、短时(秒级)或长时扰动时，保证对配电终端设备实现零扰动供电。采用直流并网技术实现系统电源对配电终端设备的双路在线连续供电支撑，阻断系统故障对配电终端设备的影响。本发明的上述技术方案，可广泛用于精密制造、医疗、航空、航天等要求高质量连续供电的行业，主要适用于交流0.4kV、交流10kV和交流35kV电压等级配电系统，也可配置DC/DC变换模块提供直流220V不间断电源。
附图说明
图1是本发明第一优选实施例的电路框图；
图2是本发明第二优选实施例的电路框图。
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。
首先对本发明中多个关键词进行注释：
关键字
供电中断：供电电压降低到0.1倍额定电压以下，且持续时间超过1分钟。
电压暂降：是指供电电压有效值在短时间内突然大幅下降又恢复正常的现象，IEEE将其定义为电压下降到额定值的90％至10％，典型持续时间为0.01-60s。
零扰动：在一路电源发生瞬时、短时或长时扰动时，负荷供电无电压中断或电压暂降。
系统电源：指电网公司(如国家电网、南方电网等)提供的电源。
请参阅图1和图2，详细阐述一种基于双路系统电源支撑的零扰动柔性配电系统的结构和工作原理：
请参阅图1，针对于对于0.4kV电压等级，基于双路系统电源支撑的零扰动柔性配电系统一般配备两套输入为三相AC0.4kV的交流整流装置(具备多电源时可配多套)，并联于直流母线，在直流母线上连接一组电容器，配置一套输出为三相AC0.4kV的逆变装置，配置一套输出为DC220V的DC/DC变换装置，配置一套核心控制设备—基于双路系统电源支撑的零扰动柔性配电系统稳定控制装置。
请参阅图2，针对于对于10kV和35kV电压等级，基于双路系统电源支撑的零扰动柔性配电系统的核心设备配置与0.4kV系统相同，通过变压器实现交流电压等级的变换。
本发明的技术方案主要包括如下几大核心模块：
整流输入模块：
采用两路AC0.4kV交流输入，两路整流电路在两路输入同时供电或者一路输入供电时均能够保证逆变输出所需的能量，整流电路采用谐波抑制技术，防止整流电路产生谐波污染电网。
整流电路采用可控整流，可接受柔性配电稳定控制器的控制，合理分配负荷电流。
两路整流电路的输出可直接并联于直流母线。
电容器：
固定连接于直流母线，用于滤除谐波和逆变器无功输出调节。
逆变输出模块：
采用脉冲宽度调制技术(PWM)实现直流转变成交流，逆变器交流输出波形为纯净的正弦波。采用多模块并联N+1冗余设计，提高逆变器的可靠性，当任一模块发生任何类型的故障时，系统自动将该模块退出运行，其余模块可分担全部负荷，故障模块可在线更换。
逆变器实时跟踪系统电源电压的幅值、频率和相角，始终保持输出电压与系统电源同步，保证可随时无缝切换至旁路状态。
逆变器接受柔性配电稳定控制器的控制，可动态调整有功和无功的输出。
DC/DC变换输出模块：
采用脉冲宽度调制技术(PWM)将来自整流模块输出直流转变为可控稳定的直流配电电源，直流配电电源电压一般为DC220V，可直接为大多数采用开关电源或变频控制器的低压电器设备供电。采用多模块并联N+1冗余设计，提高DC/DC变换器的可靠性，当任一模块发生任何类型的故障时，系统自动将该模块退出运行，其余模块可分担全部负荷，故障模块可在线更换。
稳定控制模块：
稳定控制模块基于高性能微处理器，采用先进的DSP(数字信号处理器)或多核ARM处理器，为保证可靠性，按冗余配置，设计两套完全相同的控制器，按热备用模式运行。
采用直流逆变输出长期供电时，由于系统电源对无功需求和有功负荷变化的支撑被阻断，稳定控制模块需根据负荷的有功和无功变化实时调节逆变器的输出电流的幅值和角度，实时保持逆变器的有功和无功输出与负荷平衡，逆变器输出电压、频率和电压相位与系统保持一致，模拟大系统支撑，逆变器需配备充足的容量，具备充分的动态响应特性，保证基于双路系统电源支撑的零扰动柔性配电系统在负荷任意变化时稳定运行。
保护电路：
为保证基于双路系统电源支撑的零扰动柔性配电系统的安全运行，配备欠压保护、短路保护、过热保护、过载保护、接地故障保护等，保护电路为智能型，在发生故障时能及时准确地切除故障部件，并记录故障数据，便于快速检修恢复正常使用。
智能监控及通讯电路
智能监控模块在线监测整流和逆变模块的运行参数，实时诊断各模块的健康状态，并具有安全报警功能，具有与监控后台或云服务平台通讯功能，配备RS-485等通讯接口，可以将设备运行的各项主要数据、告警和故障信息实时上传监控后台系统或云平台，云平台可以根据用户的定制需求及时向移动终端推送信息，也可通过监控主机或移动终端主动查询信息。
表1、本专利优选实施例的具体技术参数
Figure BDA0001867168000000051
Figure BDA0001867168000000061
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 (6)

1.一种基于双路系统电源支撑的零扰动柔性配电系统，其特征在于：采用双路独立交流电源变换成直流实现并列运行，在任何一路系统电源发生瞬时、短时或长时扰动时，保证对配电终端设备实现零扰动供电；采用直流并网技术实现系统电源对配电终端设备的双路在线连续供电支撑；其中：瞬时为毫秒级，短时为秒级；至少包括：
整流输入模块，所述整流输入模块包括至少两套交流整流装置，两套交流整流装置的交流输入端子与系统电源连接，两套交流整流装置的直流输出端子均与直流母线连接；
用于滤除谐波和逆变器无功输出调节的电容器，所述电容器连接于直流母线上；
逆变输出模块，所述逆变输出模块包括多台逆变器，每台逆变器的输入端子均与直流母线连接；
DC/DC变换输出模块，所述DC/DC变换输出模块包括多台DC/DC变换器，每台DC/DC变换器的输入端子均与直流母线连接；
稳定控制模块，所述稳定控制模块分别与整流输入模块、逆变输出模块和DC/DC变换输出模块进行数据交互，所述稳定控制模块根据负荷的有功和无功变化实时调节逆变器的工作参数，模拟大系统支撑。
2.根据权利要求1所述基于双路系统电源支撑的零扰动柔性配电系统，其特征在于：所述稳定控制模块的核心处理器为数字信号处理器或多核ARM处理器中的一个或两个。
3.根据权利要求1所述基于双路系统电源支撑的零扰动柔性配电系统，其特征在于：所述基于双路系统电源支撑的零扰动柔性配电系统还包括保护电路，所述保护电路包括欠压保护模块、短路保护模块、过热保护模块、过载保护模块、接地故障保护模块中的一个模块或多个模块。
4.根据权利要求1所述基于双路系统电源支撑的零扰动柔性配电系统，其特征在于：所述基于双路系统电源支撑的零扰动柔性配电系统还包括在线监测整流和逆变模块的运行参数的监控模块。
5.根据权利要求1所述基于双路系统电源支撑的零扰动柔性配电系统，其特征在于：所述基于双路系统电源支撑的零扰动柔性配电系统还包括通信电路，所述通信电路包括：RS485或现场总线或电信运营商提供支撑的无线通信模块。
6.根据权利要求1-5任一项所述基于双路系统电源支撑的零扰动柔性配电系统，其特征在于：所述稳定控制模块根据负荷的有功和无功变化实时调节逆变器的工作参数，模拟大系统支撑具体包括如下步骤：
1）稳定控制模块以系统电压为参考调节逆变器输出电压，调节逆变器输出频率、相位与系统频率、相位保持一致；
2）稳定控制模块调节逆变器的有功和无功输出，实时满足负荷变化的需求；
3）以上控制通过稳定控制模块调节逆变器输出电压和电流实现，逆变器需配备充足的容量，保证柔性配电系统对电压和电流的动态需求。
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