CN110970922A - 一种交直流混合分布式可再生能源系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种交直流混合分布式可再生能源系统，包括若干电力电子变压器，以及与电力电子变压器相配合连接的若干套直流断路器，还包括供不同的分布式电源以及交流负载和直流负载接入的不同电压等级的若干个交流电压源和直流电压源，交流电压源和直流电压源通过端口以并联连接的方式连接电力电子变压器，且若干个交流电压源中的一个交流电压源以市电线路进线分别接入电力电子变压器作为输入电压。本发明采用多端口多功能电力电子变压器作为系统能量路由器，合理配置直流断路器以实现系统的稳定高效运行，同时通过电力电子变压器组网实现多种分布式可再生能源高比例接入、交直流配用电多级混联。
Description
技术领域
本发明涉及可再生能源技术领域，具体涉及一种交直流混合分布式可再生能源系统。
背景技术
当前分布式可再生能源已成为推进能源转型的重要途径，在我国负荷密集区域特别是沿海地区具有巨大发展潜力，以IT类负载、变频空调及电动汽车为代表的广义直流用能设备比例快速升高，风电、光伏等分布式能源已成为未来能源系统的发展趋势。传统交流配网中交直流能量变换环节多，损耗高、配用电灵活性差、配用电环节匹配性低的问题日益凸现，直流负荷接入传统交流配网将严重降低系统能效。
目前数据中心(IT类负载)等重要负荷迅猛发展，其能耗高并且对电能质量及供电可靠性要求苛刻，如发生电压瞬时下降或短时中断将对生产造成极大影响，数据中心已有储能系统在容量和可靠性方面越来越无法满足要求。
急需设计一种全新的交直流混合的分布式可再生能源系统，减少配用电过程中交直流转化的中间环节，满足多种交直流负荷、分布式能源以及储能系统可靠接入，提高配用电的经济性、可靠性和灵活性。
发明内容
为此，本发明提供一种交直流混合分布式可再生能源系统，采用多端口多功能电力电子变压器作为系统能量路由器，合理配置直流断路器以实现系统的稳定高效运行，同时通过电力电子变压器组网实现多种分布式可再生能源高比例接入、交直流配用电多级混联；通过储电、储热等综合储能系统，实现源、网、荷、储高效互补，同时改善多种分布式能源高比例接入对电网的影响。
为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：
一种交直流混合分布式可再生能源系统，包括若干电力电子变压器，以及与电力电子变压器相配合连接的若干套直流断路器，还包括供不同的分布式电源以及交流负载和直流负载接入的不同电压等级的若干个交流电压源和直流电压源；交流电压源和直流电压源通过端口以并联连接的方式连接电力电子变压器，且若干个交流电压源中的一个交流电压源以市电线路进线分别接入电力电子变压器作为输入电压。
可选的，所述电力电子变压器的数量为四个，各所述电力电子变压器的功率为1MW；
所述直流断路器的数量为四套，四套所述直流断路器包括两套±375V直流断路器和两套10kV直流断路器；
若干个所述交流电压源包括10kV市电交流电压源和380V交流电压源；若干个所述直流电压源具体包括10kV直流电压源和±375V直流电压源。
可选的，四台1MW多功能电力电子变压器分别引出四回变压器进线，并分别串联一套0.5mH电抗器装置用于限制短路电流；380V AC侧采用单母线接线，接入风力发电机、光热发电机和交流负载。
可选的，所述直流断路器采用部分出线配置，在两回±375V DC光伏并网回路分别设置一组±375V直流断路器，每组包括两只分别连接正负极的直流断路器。
可选的，四台电力电子变压器分别为#1、#2、#3、#4电力电子变压器；
#1、#2电力电子变压器组网运行组成第一小网；#3、#4电力电子变压器组网运行组成第二小网，第一小网和/或第二小网用于支撑系统的分布式电源、负载等独立运行；
#1、#2、#3、#4四台电力电子变压器组网运行组成大网。
可选的，所述分布式电源包括分布式光伏电源、分布式风机电源、分布式储能电源以及光热发电机中的一种或多种。
可选的，所述电力电子变压器具有四个端口，四个端口具体为：10kV AC侧进线端口、10kV DC侧端口、±375V DC侧端口和380V AC侧端口；所述10kV AC侧进线端口的容量为1MW，所述10kV DC侧端口的容量为0.5MW，所述±375V DC侧端口的容量为1MW，所述380V AC侧端口的容量为0.5MW。
可选的，10kV AC侧进线端口为电网主供电源进线；10kV DC侧端口的采用单母线接线，通过DC/DC变换器接入分布式光伏电源；±375V DC侧端口采用单母线接线接入分布式光伏电源、储能电池和直流负载。
可选的，在10kV DC直流母线上直流断路器采用“T”型方案：两台变压器进线处分别配置两套10kV直流断路器，两套直流断路器通过电缆直连，并T接两回电缆线路出线分别接入两回光伏发电支路，该新出线路以两台10kV直流断路器为线路开关。
本发明的实施方式具有如下优点：
本发明相比于传统交直流配用电分散式的变流器，多端口电力电子变压器的变流器采用大功率集中式模块，不仅减少了配用电交直流变换环节和数量，而且大功率集中式模块的效率要高于分散式小功率变流器，从而提高了交直流配用电系统的效率，多端口电力电子变压器内部的变流器功率模块可以复用，在不增加成本的前提上，提高了多端口电力电子变压器的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明实施方式中一种交直流混合分布式可再生能源系统结构框图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供了一种交直流混合分布式可再生能源系统，采用多端口多功能电力电子变压器作为系统能量路由器，合理配置直流断路器以实现系统的稳定高效运行，同时通过电力电子变压器组网实现多种分布式可再生能源高比例接入、交直流配用电多级混联。通过储电、储热等综合储能系统，实现源、网、荷、储高效互补，同时改善多种分布式能源高比例接入对电网的影响。
此基于电力电子变压器组网运行的新型交直流混合分布式可再生能源系统，包括10kV交流电压AC、10kV直流电压DC、380V交流电压AC和±375V直流电压DC四个电压等级，供分布式光伏、分布式风机、储能、光热发电机等各种分布式电源以及交流负载和直流负载接入。
本实施例中所提供的交直流混合分布式可再生能源系统的主要设备包括四台1MW容量多端口多功能电力电子变压器，2套±375V、10kV直流断路器。
其中，系统采用单回10kV市电线路进线，分别接入四台1MW电力电子变压器AC10kV端口，四台变压器互为热备用供电方式。
具体的，四台1MW电力电子变压器可以根据负载变化情况，通过相关控制措施，合理地投入功率模块，以达到能量效率最优。
进一步地，1MW电力电子变压器的各端口容量为：10kV AC侧进线端口容量1MW，10kV DC侧端口容量0.5MW，±375V DC侧端口容量1MW，380V AC侧端口容量0.5MW，采用双向四端口设置，其中10kV AC侧为电网主供电源进线。10kV DC侧采用单母线接线，通过DC/DC变换器接入光伏；±375V DC侧采用单母线接线，接入光伏、储能电池和直流负载，四回变压器进线分别引自四台1MW多功能电力电子变压器，并分别串联一套0.5mH电抗器装置，以限制短路电流；380V AC侧采用单母线接线，接入风力发电机、光热发电机和交流负载。
直流断路器推荐采用部分出线配置，即在两回±375V DC光伏并网回路分别设置一组±375V直流断路器，其中正负极各设有一只。
本实施例中，10kV DC直流母线上直流断路器采用“T”型方案：两台变压器进线处分别配置2套10kV直流断路器，2套直流断路器通过电缆直连，并T接两回电缆线路出线分别接入两回光伏发电支路，该新出线路以2台10kV直流断路器为线路开关，不另设专门出线开关。
四台电力电子变压器保持同样的功能及外特性，分别为#1、#2、#3、#4电力电子变压器。
#1、#2电力电子变压器组网运行组成一个“小网”，即各端口功率可以实现灵活调剂，实现稳态功率寻优；同时，当其中一台故障时，可以实现负载转移、故障消除后系统自动恢复运行等，保证#1、#2运行时的高经济性及高可靠性。
#3、#4电力电子变压器组网运行组成一个“小网”，即各端口功率可以实现灵活调剂，实现稳态功率寻优；同时，当其中一台故障时，可以实现负载转移、故障消除后系统自动恢复运行等，保证#3、#4运行时的高经济性及高可靠性。其中任意一个“小网”可支撑系统的分布式电源、负载等独立运行。
#1、#2、#3、#4四台电力电子变压器可组网运行组成一个“大网”，“大网”内电力电子变压器所有互联端口功率可灵活调剂、自由分配，四台之间可功率寻优；同时，当其中一台或多台故障时，可以实现负载转移、故障消除后系统自动恢复运行等，提高整个系统的经济性、灵活性及可靠性。
具体实施过程如下：
交流10kV母线就近从大电网中接入作为4台电力电子变压器的输入电压，为系统的“源”。
四端口多功能电力电子变压器分别接的电压等级为交流10kV、交流380V、直流10kV及直流±375V。
距离较远的太阳能光伏系统通过DC/DC变换器接入10kV直流母线，通过10kV直流远距离传输，以减少电能损耗；就地的太阳能光伏系统、电池储能系统通过DC/DC变换器接入±375V直流母线，当大电网输入电压中断时能及时作为备用电源对负载进行供电，最大程度减少停电事故发生，同时在用电低谷时光伏发出的电能能通过电力电子变压器传输到大电网中，实现功率的双向传输。
分布式能源可作为电力电子变压器负荷功率调节控制，在负荷需求小时可采用分布式能源进行供电，尽可能完备的对分布式能源就地消纳，有助于提高经济性。
#1、#2电力电子变压器组网运行组成一个“小网”，各端口功率可以实现灵活调剂，实现稳态功率寻优；同时，当其中一台故障时，可以实现负载转移、故障消除后系统自动恢复运行等，保证#1、#2运行时的高经济性及高可靠性。#3、#4电力电子变压器组网运行组成一个“小网”，各端口功率可以实现灵活调剂，实现稳态功率寻优；此外，当其中一台故障时，可以实现负载转移、故障消除后系统自动恢复运行等，保证#3、#4运行时的高经济性及高可靠性。其中任意一个“小网”可支撑系统的分布式电源、负载等独立运行。
#1、#2、#3、#4四台电力电子变压器可组网运行组成一个“大网”，“大网”内电力电子变压器所有互联端口功率可灵活调剂、自由分配，四台之间可功率寻优；光热发电机及风机接入380V交流母线，实现分布式能源的有效接入。
交流负载主要接入系统380V交流母线，直流负载主要通过变压器及UPS接入10kV交流，±375kV直流母线通过DC/DC变换装置变为240V直流供I T设备使用。
所有连接线路均采用电缆连接，可靠性增强的同时减少了占地面积。
本发明是在面对未来新能源系统情况下提出的一种新型交直流混合分布式能源系统，该系统能实现大电网和分布式能源的协同配合以及功率的双向流动，便于电网的优化运行和控制，避免了传统分布式能源接入大电网时对主网造成的干扰。此外，本发明能够对不同负载需求采用不同电压类型进行供电，极大的增强了能量传输效率，降低了能量损耗。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种交直流混合分布式可再生能源系统，其特征在于，包括若干电力电子变压器，以及与所述电力电子变压器相配合连接的若干套直流断路器，还包括供不同的分布式电源以及交流负载和直流负载接入的不同电压等级的若干个交流电压源和直流电压源；所述交流电压源和所述直流电压源通过端口以并联连接的方式连接所述电力电子变压器，且若干个所述交流电压源中的一个所述交流电压源以市电线路进线分别接入所述电力电子变压器作为输入电压。
2.根据权利要求1所述的一种交直流混合分布式可再生能源系统，其特征在于，所述电力电子变压器的数量为四台，各所述电力电子变压器的功率为1MW；
所述直流断路器的数量为四套，四套所述直流断路器包括两套±375V直流断路器和两套10kV直流断路器；
若干个所述交流电压源包括10kV市电交流电压源和380V交流电压源；若干个所述直流电压源具体包括10kV直流电压源和±375V直流电压源。
3.根据权利要求2所述的一种交直流混合分布式可再生能源系统，其特征在于，四台1MW所述电力电子变压器分别引出四回变压器进线，并分别串联一套0.5mH电抗器装置用于限制短路电流；380V AC侧采用单母线接线，接入风力发电机、光热发电机和交流负载。
4.根据权利要求2所述的一种交直流混合分布式可再生能源系统，其特征在于，所述直流断路器采用部分出线配置，在两回±375V DC光伏并网回路分别设置一组±375V直流断路器，每组包括两只分别连接正负极的直流断路器。
5.根据权利要求2所述的一种交直流混合分布式可再生能源系统，其特征在于，四台电力电子变压器分别为#1、#2、#3、#4电力电子变压器；
#1、#2电力电子变压器组网运行组成第一小网；#3、#4电力电子变压器组网运行组成第二小网，第一小网和/或第二小网用于支撑系统的分布式电源、负载等独立运行；
#1、#2、#3、#4四台电力电子变压器组网运行组成大网。
6.根据权利要求1所述的一种交直流混合分布式可再生能源系统，其特征在于，所述分布式电源包括分布式光伏电源、分布式风机电源、分布式储能电源以及光热发电机中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种交直流混合分布式可再生能源系统，其特征在于，所述电力电子变压器具有四个端口，四个端口具体为：10kV AC侧进线端口、10kV DC侧端口、±375V DC侧端口和380V AC侧端口；所述10kV AC侧进线端口的容量为1MW，所述10kV DC侧端口的容量为0.5MW，所述±375V DC侧端口的容量为1MW，所述380V AC侧端口的容量为0.5MW。
8.根据权利要求7所述的一种交直流混合分布式可再生能源系统，其特征在于，所述10kV AC侧进线端口为电网主供电源进线；所述10kV DC侧端口的采用单母线接线，通过DC/DC变换器接入分布式光伏电源；所述±375V DC侧端口采用单母线接线接入分布式光伏电源、储能电池和直流负载。
9.根据权利要求7所述的一种交直流混合分布式可再生能源系统，其特征在于，在所述10kV DC侧端口的母线上的直流断路器采用“T”型方案：两台变压器进线处分别配置两套10kV直流断路器，两套直流断路器通过电缆直连，并T接两回电缆线路出线分别接入两回光伏发电支路，该新出线路以两台10kV直流断路器为线路开关。
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