CN112117765A - 一种基于五端口电力电子变压器的配电供电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于五端口电力电子变压器的配电供电系统，包括大电网、第一断路器、五端口电力电子变压器和多个第二断路器；其中，所述五端口电力电子变压器中的端口包括直流端口和交流端口，且至少其中两个端口为交流端口；所述大电网与其中一个所述交流端口之间通过第一交流母线电连，且所述大电网与所述交流端口之间还串联有第一断路器；余下的所述交流端口和所述直流端口各自通过第二断路器连接有至少一个源荷设备。本发明解决了现有技术中传统配网中交流转换成直流的中间变换损耗高、配用电灵活性差、配用电环节匹配性低的技术问题。

Description

一种基于五端口电力电子变压器的配电供电系统
技术领域
本发明涉及配电供电系统技术领域，具体涉及一种基于五端口电力电子变压器的配电供电系统。
背景技术
随着社会用电量、用电模式的快速发展，越来越多的设备或产品采用直流供电，交直流混合供电的需求快速增长，再加上分布式可再生能源的不断涌现，大量家庭、工厂、空闲土地等安装了光伏发电或风力发电，其具有分布区域广、单位区域电能小、交直流并存等特点。然而目前传统配网中交流转换成直流的中间变换损耗高、配用电灵活性差、配用电环节匹配性低的问题日益凸现。在一些位置限制的场所下，很难安装交流变压器。导致大量分布式可再生能源无法接入到电网中，造成大量能源浪费，以及直流电供应缺口越来越大。
另外，随着电力电子技术的快速发展，控制技术的不断提高，交直流电能转换效率的不断提升，使得采用电力电子器件的电力电子变压器成为可能。电力电子变压器具有多端口、多级联、多流向、多形态的特点，包括多种电压等级、交直流混合输电，每个端口可实现功率双向流动，实现功率互济，具备谐波抑制及无功补偿功能，提升电网电能质量水平、系统效率及灵活组网能力，是国际配用电研究领域的重要发展方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于五端口电力电子变压器的配电供电系统，以解决现有技术中传统配网中交流转换成直流的中间变换损耗高、配用电灵活性差、配用电环节匹配性低的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：
一种基于五端口电力电子变压器的配电供电系统，包括大电网、第一断路器、五端口电力电子变压器和多个第二断路器；其中，
所述五端口电力电子变压器中的端口包括直流端口和交流端口，且至少其中两个端口为交流端口；
所述大电网与其中一个所述交流端口之间通过第一交流母线电连，且所述大电网与所述交流端口之间还串联有第一断路器；
余下的所述交流端口和所述直流端口各自通过第二断路器连接有至少一个源荷设备。
作为本发明的一种优选方案，余下的所述交流端口的数量为一个，所述直流端口的数量为三个，且余下的所述交流端口通过第二交流母线串联所述第二断路器。
作为本发明的一种优选方案，与所述大电网相连的所述交流端口的电压要求与所述第一交流母线一致；
余下的所述交流端口的电压要求与所述第二交流母线一致。
作为本发明的一种优选方案，所述直流端口包括第一直流端口、第二直流端口和第三直流端口，且，
所述第一直流端口上连接有第一直流母线；
所述第二直流端口上连接有第二直流母线；
所述第三直流端口上连接有第三直流母线。
作为本发明的一种优选方案，所述第一直流端口的电压要求与所述第一直流母线一致；
所述第二直流端口的电压要求与所述第二直流母线一致；
所述第三直流端口的电压要求与所述第三直流母线一致。
作为本发明的一种优选方案，所述直流端口各自通过第三断路器连接有光伏系统、风能系统和储能系统中的至少一种，以及直流负荷。
作为本发明的一种优选方案，余下的所述交流端口通过连接有光伏系统、风能系统和储能系统中的至少一种，以及交流负荷。
作为本发明的一种优选方案，所述第一交流母线上的电压为中压，且电压为35kV或10kV，频率为50Hz，波形为正弦波，共有三相，各相之间相差120°。
作为本发明的一种优选方案，所述第二交流母线上的电压为低压，且电压为380V或110V，频率为50Hz，波形为正弦波，共有三相，各相之间相差120°。
作为本发明的一种优选方案，所述第一直流母线上的电压为中压，且电压为20kV或10kV，共有正负或正零或负零两条母线；
所述第二直流母线上的电压为低压，且电压为750V、±375V或240V，共有正负或正零或负零两条母线；
所述第三直流母线上的电压为低压，且电压为750V、±375V或240V，共有正负或正零或负零两条母线。
本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：
通过五端口电力电子变压器的引入，解决了交直流混合系统和新能源、储能技术整合难的问题，利用五端口电力电子变压器有效解决了交直流混合系统中能量相互转化的问题，为用户提供了交直流混合供电，储能系统的接入，也提高了供电系统的供电可靠性；同时，本系统的网络架构对解决新能源不断接入电网及交直流混合存在的问题，以及解决交直流用电客户需求具有重要的意义。
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。
图1为本发明实施例提供的配电供电系统的结构框图。
1、大电网；2、第一断路器；3、五端口电力电子变压器；4、第二断路器；5、第三断路器；6、光伏系统；7、风能系统；8、储能系统。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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，本发明所采用的技术方案是，一种基于五端口电力电子变压器3的配电供电系统，包括大电网1、第一交流母线、第一断路器2、五端口电力电子变压器3(两个交流端口和三个直流端口)、第一直流母线、第二直流母线、第三直流母线、第二交流母线、第二断路器4、第三断路器5、光伏系统6、风能系统7、储能系统8、直流负荷、交流负荷。
大电网1通过第一交流母线与第一断路器2连接，第一断路器2另外一端与五端口电力电子变压器3的第一交流端口相连接；大电网1是指本系统外的电网，能源无穷大。
直流负荷通过第一直流母线与第三断路器5相连接，第三断路器5另外一端通过第一直流母线与第二断路器4相连接，第二断路器4另外一端通过第一直流母线与五端口电力电子变压器3的第一直流端口相连接；光伏系统6与第三断路器5串联后连接到第二断路器4和负载直流负荷的第三断路器5之间的第一直流母线上；风能系统7与第三断路器5串联后连接到第二断路器4和负载直流负荷的第三断路器5之间的第一直流母线上。
交流负荷通过第二交流母线与第三断路器5相连接，第三断路器5另外一端通过第二交流母线与第二断路器4相连接，第二断路器4另外一端通过第二交流母线与五端口电力电子变压器3的第二交流端口相连接；风能系统7和断路器串联后连接到第二断路器4与负载交流负荷的第三断路器5之间的第二交流母线上。
直流负荷通过第二直流母线与第三断路器5相连接，第三断路器5另外一端通过第二直流母线与第二断路器4相连接，第二断路器4另外一端通过第二直流母线与五端口电力电子变压器3的第二直流端口相连接；光伏系统6与第三断路器5串联后连接到第二断路器4和负载直流负荷的第三断路器5之间的第二直流母线上；风能系统7与第三断路器5串联后连接到第二断路器4和负载直流负荷的第三断路器5之间的第二直流母线上。
直流负荷通过第三直流母线与第三断路器5相连接，第三断路器5另外一端通过第三直流母线与第二断路器4相连接，第二断路器4另外一端通过第三直流母线与五端口电力电子变压器3的第三直流端口相连接；光伏系统6与第三断路器5串联后连接到第二断路器4和负载直流负荷的第三断路器5之间的第三直流母线上；风能系统7与第三断路器5串联后连接到第二断路器4和负载直流负荷的第三断路器5之间的第三直流母线上。
第一交流母线上的电压为中压，常用的有35kV、10kV，频率为50Hz，波形为正弦波，共有三相，各相之间相差120°。
第一直流母线上的电压为中压，常用的有20kV、10kV，共有正负或正零或负零两条母线。
第二交流母线上的电压为低压，常用的有380V、110V，频率为50Hz，波形为正弦波，共有三相，各相之间相差120°。
第二直流母线上的电压为低压，常用的有750V、±375V、240V，共有正负或正零或负零两条母线。
第三直流母线上的电压为低压，常用的有750V、±375V、240V，共有正负或正零或负零两条母线。
针对某一个供电系统中，第二直流母线和第三直流母线的电压等级可相同，也可以不相同。
第一断路器2与第一交流母线是同电压等级的交流断路器，其功能是能够切断和闭合交流母线中正常电流和故障电流。
多个第二断路器4和第三断路器5各自为与相应交流或直流母线同电压等级的断路器，其功能是能够切断和闭合电路中正常电流和故障电流。
五端口电力电子变压器3是指其具有五个能量输入输出端口，能量能够自由地从五个端口之间自由流动。五个端口中，第一交流端口电压要求与第一交流母线一致，第一直流端口的电压要求与第一直流母线一致，第二交流端口的电压要求与第二交流母线一致，第二直流端口的电压要求与第二直流母线一致，第三直流端口的电压要求与第三直流母线一致。
光伏系统6表示利用太阳能进行发电的成套系统，属于可再生能源。
风能系统7表示利用风力发电的成套系统，属于可再生能源。
储能系统8表示利用电池储能技术，将电能存储在电池中的成套系统。
交流负荷是指消耗交流电的设备或装备总称。
直流负荷是指消耗直流电的设备或装备总称。
以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于五端口电力电子变压器的配电供电系统，其特征在于，包括大电网、第一断路器、五端口电力电子变压器和多个第二断路器；其中，
所述五端口电力电子变压器中的端口包括直流端口和交流端口，且至少其中两个端口为交流端口；
所述大电网与其中一个所述交流端口之间通过第一交流母线电连，且所述大电网与所述交流端口之间还串联有第一断路器；
余下的所述交流端口和所述直流端口各自通过第二断路器连接有至少一个源荷设备。
2.根据权利要求1所述的一种基于五端口电力电子变压器的配电供电系统，其特征在于，余下的所述交流端口的数量为一个，所述直流端口的数量为三个，且余下的所述交流端口通过第二交流母线串联所述第二断路器。
3.根据权利要求2所述的一种基于五端口电力电子变压器的配电供电系统，其特征在于，与所述大电网相连的所述交流端口的电压要求与所述第一交流母线一致；
余下的所述交流端口的电压要求与所述第二交流母线一致。
4.根据权利要求2所述的一种基于五端口电力电子变压器的配电供电系统，其特征在于，所述直流端口包括第一直流端口、第二直流端口和第三直流端口，且，
所述第一直流端口上连接有第一直流母线；
所述第二直流端口上连接有第二直流母线；
所述第三直流端口上连接有第三直流母线。
5.根据权利要求4所述的一种基于五端口电力电子变压器的配电供电系统，其特征在于，所述第一直流端口的电压要求与所述第一直流母线一致；
所述第二直流端口的电压要求与所述第二直流母线一致；
所述第三直流端口的电压要求与所述第三直流母线一致。
6.根据权利要求2-5中任意一项所述的一种基于五端口电力电子变压器的配电供电系统，其特征在于，所述直流端口各自通过第三断路器连接有光伏系统、风能系统和储能系统中的至少一种，以及直流负荷。
7.根据权利要求2-5中任意一项所述的一种基于五端口电力电子变压器的配电供电系统，其特征在于，余下的所述交流端口通过连接有光伏系统、风能系统和储能系统中的至少一种，以及交流负荷。
8.根据权利要求2-5中任意一项所述的一种基于五端口电力电子变压器的配电供电系统，其特征在于，所述第一交流母线上的电压为中压，且电压为35kV或10kV，频率为50Hz，波形为正弦波，共有三相，各相之间相差120°。
9.根据权利要求2-5中任意一项所述的一种基于五端口电力电子变压器的配电供电系统，其特征在于，所述第二交流母线上的电压为低压，且电压为380V或110V，频率为50Hz，波形为正弦波，共有三相，各相之间相差120°。
10.根据权利要求4中任意一项所述的一种基于五端口电力电子变压器的配电供电系统，其特征在于，所述第一直流母线上的电压为中压，且电压为20kV或10kV，共有正负或正零或负零两条母线；
所述第二直流母线上的电压为低压，且电压为750V、±375V或240V，共有正负或正零或负零两条母线；
所述第三直流母线上的电压为低压，且电压为750V、±375V或240V，共有正负或正零或负零两条母线。
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