CN112152219A - 一种应用于办公生活园区的交直流混合配电网系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于办公生活园区的交直流混合配电网系统，包括电力电子变压器、负荷侧和综合能源侧，电力电子变压器具有依据电压等级设置的多个端口，综合能源侧和电力电子变压器通过端口双向连接，综合负载侧通过端口与电力电子变压器连接，电力电子变压器依据各端口的潮流方向对综合能源侧进行调控。采用多端口多功能电力电子变压器作为系统能量路由器，合理配置故障电流控制器以实现系统的稳定高效运行，同时通过电力电子变压器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。

Description

一种应用于办公生活园区的交直流混合配电网系统
技术领域
本发明涉及配电网技术领域，具体涉及一种应用于办公生活园区的交直流混合配电网系统。
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，其变流环节严重降低了系统能效。面向分布式可再生能源可靠消纳及直流负荷经济用能的重大需求，交直流混合电网在经济性、可靠性及灵活性等方面存在明显优势。
目前配网中交直流能量变换损耗高、配用电灵活性差、配用电环节匹配性低的问题日益凸现，并且传统能源日趋耗竭，能源结构低碳化的压力与日俱增。采用交直流配用电技术能够有效减少配用电过程中交直流转化的中间环节，提高配用电的效率、可靠性和灵活性，妥善解决分布式新能源和储能系统接入以后的系统稳定问题，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应用于办公生活园区的交直流混合配电网系统，以解决现有技术中配网中交直流能量变换损耗高、配用电灵活性差和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：
一种应用于办公生活园区的交直流混合配电网系统，包括电力电子变压器、负荷侧和综合能源侧，所述电力电子变压器具有依据电压等级设置的多个端口，所述综合能源侧和所述电力电子变压器通过所述端口双向连接，所述综合负载侧通过所述端口与所述电力电子变压器连接，所述电力电子变压器依据各端口的综合能源侧中分布式可再生能源出力-负荷∑与0值的大小关系计算系统的潮流方向，所述电力电子变压器依据所述潮流方向对所述综合能源侧进行调控。
作为本发明的一种优选方案，所述电力电子变压器各个端口所对应的电压等级为交流10KV、交流380V及直流±375V，所述电力电子变压器的各个端口分别设置有与电压等级向相对应的10KV交流母线、380V交流母线和±375直流母线，所述综合能源侧通过所述10KV交流母线、380V交流母线和±375直流母线与所述电力电子变压器进行双向连接以实现三个电压等级之间的潮流双向流动，所述综合能源侧通过所述380V交流母线和所述±375直流母线向所述综合负荷侧供电。
作为本发明的一种优选方案，所述综合能源侧包括大电网，以及作为分布式可再生能源供应端的风机发电单元、光热发电单元和光伏发电单元，所述大电网通过所述10KV交流母线与所述电力电子变压器双向连接，所述风机发电单元和所述光热发电单元均通过所述380V交流母线与所述电力电子变压器双向连接，所述光伏发电单元通过所述±375直流母线与所述电力电子变压器双向连接。
作为本发明的一种优选方案，当所述∑＜0时所述电力电子变压器判定整个交直流混合配电网系统的综合负荷侧能就地消纳再生能源出力，所述电力电子变压器对所述大电网上电能进行调控以补充缺额部分，电力潮流从10kV交流母线经电力电子变压器流向±375V直流母线和380V交流母线。
作为本发明的一种优选方案，当所述∑＞0时所述电力电子变压器判定为整个交直流混合配电网系统有余电上网，电力潮流从±375V直流母线经电力电子变压器流向10kV交流母线和380VAC母线。
作为本发明的一种优选方案，当∑＝0时，整个交直流混合配电网系统的分布式可再生能源出力和负荷平衡，10kV交流母线与电力电子变压器之间达到功率平衡，电力潮流从±375V直流母线经电力电子变压器流向380V交流母线。
作为本发明的一种优选方案，所述综合负载侧包括接入所述380V交流母线的交流负载以及接入所述±375直流母线的直流负载。
作为本发明的一种优选方案，所述380V交流母线采用单母线接线方式接入所述交流负载，所述交流负载在所述大电网输入电压中断期间由所述大电网供电切换为由所述风机发电单元和所述光热发电单元通过所述380V交流母线进行供电，且所述风机发电单元和所述光热发电单元在用电低谷期间依次通过所述380V交流母线和所述电力电子变压器接入所述大电网。
作为本发明的一种优选方案，所述±375直流母线采用单母线接线方式接入所述直流负载，所述直流负载在所述大电网输入电压中断期间由所述大电网供电切换为由所述光伏发电单元通过所述±375直流母线进行供电，且所述光伏发电单元在用电低谷期间依次通过所述±375直流母线和所述电力电子变压器接入所述大电网。
作为本发明的一种优选方案，所述交流负载包括机房用电设备和消防应急用电设备，所述直流负荷包括充电桩、直流空调及直流照明设备。
本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：
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，合理配置故障电流控制器以实现系统的稳定高效运行，同时通过电力电子变压器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。
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为本发明实施例的系统整体框图。
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，本发明提供了一种应用于办公生活园区的交直流混合配电网系统，其采用多端口多功能电力电子变压器作为系统能量路由器，合理配置故障电流控制器以实现系统的稳定高效运行，同时通过电力电子变压器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。
具体实施方式为，多功能电力电子变压器采用基于高频隔离双主动全桥DC/DC变换器(dualactivebridge，DAB)，多功能电力电子变压器DAB功率单元采用高压输入侧串联和低压输出侧并联的拓扑结构，提高了系统的电压等级和容量等级，适用于高电压和低电压交直流系统的连接和功率变换。DAB的基本原理是通过全桥变换交直流混合的分布式可再生能源技术，将直流变换为中高频的交流信号(一般为占空比为50％的方波)，通过变压器耦合到另一侧，并通过全桥变换器，将中高频的交流信号变换为直流信号。中高频变压器不仅实现了电压的隔离和匹配，也实现了能量的暂态存储，应用中，通过改变两侧交流信号的相位差，可以有效调节有功功率的传输。DAB具有无功功率需求小、高频、高效和高功率密度，以及元器件的电压和电流利用率高的优点。
本交直流混合配电网系统共分为3个电压等级，其中10kV交流电压(AC)侧为电网电源进线，直接接入电力电子变压器进线侧；±375V直流电压(DC)母线接入分布式可再生能源(光伏发电)和直流负荷，380V交流电压(AC)母线仅接入交流负荷。根据各母线段分布式可再生能源出力和负荷的大小关系，分别计算各母线段∑(分布式可再生能源出力-负荷)与0值的大小关系可以得出交直流混合配电网系统的潮流方向。电力电子变压器作为核心关键设备，实现三个电压等级之间的潮流双向流动，对实现交直流混合配电网系统内多源优化能量调控和源网荷高效互补起着重要作用。
(1)当∑(分布式可再生能源出力-负荷)＜0时，整个交直流混合配电网系统的用电负荷能就地消纳再生能源出力，缺额部分由电网提供。电力潮流从10kV交流母线经电力电子变压器流向±375VDC母线和380VAC母线。
(2)当∑(分布式可再生能源出力-负荷)＞0时，整个交直流混合配电网系统有余电上网。电力潮流从±375V直流母线经电力电子变压器流向10kV交流母线和380VAC母线。
(3)当∑(分布式可再生能源出力-负荷)＝0时，整个交直流混合配电网系统的分布式可再生能源出力和负荷平衡。10kV交流母线与电力电子变压器之间达到功率平衡，电力潮流从±375V直流母线经电力电子变压器流向380V交流母线。
故障电流控制器推荐采用部分出线配置，即在两回±375V直流母线回路分别设置一组±375V故障电流控制器(正负极各一只)，故障电流控制器基于IGCT固态开断技术，容量1.5MW，可在83微秒以内开断5kA故障电流，具备通流能力大、极速开断、可控性高等优势。
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)

1.一种应用于办公生活园区的交直流混合配电网系统，包括电力电子变压器、负荷侧和综合能源侧，其特征在于：所述电力电子变压器具有依据电压等级设置的多个端口，所述综合能源侧和所述电力电子变压器通过所述端口双向连接，所述综合负载侧通过所述端口与所述电力电子变压器连接，所述电力电子变压器依据各端口的综合能源侧中分布式可再生能源出力-负荷∑与0值的大小关系计算系统的潮流方向，所述电力电子变压器依据所述潮流方向对所述综合能源侧进行调控。
2.根据权利要求1所述的一种应用于办公生活园区的交直流混合配电网系统，其特征在于：所述电力电子变压器各个端口所对应的电压等级为交流10KV、交流380V及直流±375V，所述电力电子变压器的各个端口分别设置有与电压等级向相对应的10KV交流母线、380V交流母线和±375直流母线，所述综合能源侧通过所述10KV交流母线、380V交流母线和±375直流母线与所述电力电子变压器进行双向连接以实现三个电压等级之间的潮流双向流动，所述综合能源侧通过所述380V交流母线和所述±375直流母线向所述综合负荷侧供电。
3.根据权利要求2所述的一种应用于办公生活园区的交直流混合配电网系统，其特征在于：所述综合能源侧包括大电网，以及作为分布式可再生能源供应端的风机发电单元、光热发电单元和光伏发电单元，所述大电网通过所述10KV交流母线与所述电力电子变压器双向连接，所述风机发电单元和所述光热发电单元均通过所述380V交流母线与所述电力电子变压器双向连接，所述光伏发电单元通过所述±375直流母线与所述电力电子变压器双向连接。
4.根据权利要求2所述的一种应用于办公生活园区的交直流混合配电网系统，其特征在于：当所述∑＜0时所述电力电子变压器判定整个交直流混合配电网系统的综合负荷侧能就地消纳再生能源出力，所述电力电子变压器对所述大电网上电能进行调控以补充缺额部分，电力潮流从10kV交流母线经电力电子变压器流向±375V直流母线和380V交流母线。
5.根据权利要求2所述的一种应用于办公生活园区的交直流混合配电网系统，其特征在于：当所述∑＞0时所述电力电子变压器判定为整个交直流混合配电网系统有余电上网，电力潮流从±375V直流母线经电力电子变压器流向10kV交流母线和380VAC母线。
6.根据权利要求2所述的一种应用于办公生活园区的交直流混合配电网系统，其特征在于：当∑＝0时，整个交直流混合配电网系统的分布式可再生能源出力和负荷平衡，10kV交流母线与电力电子变压器之间达到功率平衡，电力潮流从±375V直流母线经电力电子变压器流向380V交流母线。
7.根据权利要求2所述的一种应用于办公生活园区的交直流混合配电网系统，其特征在于：所述综合负载侧包括接入所述380V交流母线的交流负载以及接入所述±375直流母线的直流负载。
8.根据权利要求7所述的一种应用于办公生活园区的交直流混合配电网系统，其特征在于：所述380V交流母线采用单母线接线方式接入所述交流负载，所述交流负载在所述大电网输入电压中断期间由所述大电网供电切换为由所述风机发电单元和所述光热发电单元通过所述380V交流母线进行供电，且所述风机发电单元和所述光热发电单元在用电低谷期间依次通过所述380V交流母线和所述电力电子变压器接入所述大电网。
9.根据权利要求7所述的一种应用于办公生活园区的交直流混合配电网系统，其特征在于：所述±375直流母线采用单母线接线方式接入所述直流负载，所述直流负载在所述大电网输入电压中断期间由所述大电网供电切换为由所述光伏发电单元通过所述±375直流母线进行供电，且所述光伏发电单元在用电低谷期间依次通过所述±375直流母线和所述电力电子变压器接入所述大电网。
10.根据权利要求7所述的一种应用于办公生活园区的交直流混合配电网系统，其特征在于：所述交流负载包括机房用电设备和消防应急用电设备，所述直流负荷包括充电桩、直流空调及直流照明设备。
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