CN205544317U - 一种含有重要负荷的新能源与电动汽车接入的城市直流配电系统 - Google Patents

Abstract

一种含有重要负荷的新能源与电动汽车接入的城市直流配电系统，包括：一个双向AC/DC变流器；一个总断路器/开关；一个动力电池组，一个用于动力电池组的DC/DC变换器；至少一个光伏发电电池板，至少一个用于光伏发电的DC/DC变换器;至少一个充电桩，至少一个用于充电桩的DC/DC变换器；一个站内负荷，一个用于站内负荷的DC/AC逆变器；至少一个分断路器/开关，至少一个小区配电箱和居民负荷，至少一个重要负荷用换流箱，至少一个重要负荷。本实用新型在不改变原配电网线路结构和不影响用户负荷用电的情况下，仅在配电线路一侧引入直流微网系统，利用区域发电设备以及储能设备来减小大负荷对电网的冲击，具有成本低、节能环保、可靠性高、可扩展性好等优点。

Description

一种含有重要负荷的新能源与电动汽车接入的城市直流配电系统

技术领域

本实用新型专利属于配电网输电功率增容技术领域，具体涉及一种含有重要负荷的新能源与电动汽车接入的城市直流配电系统。

背景技术

伴随着雾霾现象日益严重，温室气体的过度排放，全球气候变暖加剧，大气污染严重，电动汽车逐渐成为了高效清洁环保的方向，在节能减排、遏制气候变暖以及减少人类对传统化石能源的依赖方面具备传统汽车不可比拟的优势，各国政府、汽车生产商以及能源企业呼吁大力发展电动汽车，于是近年来电动汽车成为研究热点。电动汽车充电形式可以分为快充和慢充两种，其中快充通常在专业的充电站完成，充电桩使用大功率直流充电形式，充电功率在数十到数百千瓦；因此，当大量电动汽车接入配电网后，势必会对配电网形成很大的负荷冲击，引发配电网负荷过载问题。现有交流配电网线路容量很难满足电动汽车大规模接入后的线路容量需求，现有充电桩也很难满足电动汽车对充电设施的需求。为了满足电动汽车数量激增对充电设施以及线路容量的需求，必须对现有充电设施规模以及配电线路进行扩建；为了适应高渗透率电动汽车接入对配电网容量的需求，必须采取措施对配电网进行扩容。目前，针对电动汽车充电设施的需求问题，主要解决方案是在城市中不断增设充电桩数量，该方案可解决电动汽车充电设施需求问题，但充电设施的分散性和电动汽车充电时间的集中性，使得充电管理繁杂多变，用户亦须掌握充电设施的实时使用状况，以减少充电等待时间现有的城市充电桩的结构示意图如图1所示，为了减少大量电动汽车充电负荷对配网的冲击，常用的技术方案是直接对输电电缆进行升级改造，采用过流能力更大的电缆，从而实现输电容量的提高，这种方法不仅工程量巨大，对所涉及改造线路周围的居民生活影响较大，同时还存在成本昂贵，施工周期长等问题。

实用新型内容

针对现有技术存在的上述不足，为解决现有配电网输电容量提高方案存在成本高、工程量大、施工周期长及对用户影响严重等问题。本实用新型提出一种含有重要负荷的新能源与电动汽车接入的城市直流配电系统，在不改变线路电缆的情况下，引入直流微网系统，就地采用新能源发电设备和储能设备，为所需负荷供电，来达到减少负荷冲击目的，该方案具有不改变输电线路结构的优点，但需要额外增加一些其他的新能源发电设备、变换器以及电池组等，该直流微网系统用于面对电动汽车大规模接入之后配电网峰值负荷的增加。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种含有重要负荷的新能源与电动汽车接入的城市直流配电系统，包括：

一个变电站，

至少一个传统负荷，

一个总断路器开关，

至少一个连接分断路器开关的小区配电箱，

至少一个含有重要负荷用的小区配电箱、一个重要负荷；

还包括一个电动汽车充换电站，该电动汽车充换电站包含：

一个AC/DC双向变流器，

一条直流配电线路DC bus ，

一个连接DC/DC变流器的动力电池组，

至少一个连接第一DC/DC变流器的光伏发电电池板，

一个连接DC/AC逆变器的站内负荷，

至少一个连接第二DC/DC变流器的电动汽车充电桩；

所述变电站与AC/DC双向变流器、传统负荷的交流母线AC bus相连；

所述AC/DC双向变流器的直流侧与直流母线DC bus 相连，AC/DC双向变流器的交流侧与变电站相连；

所述DC/DC变流器的低压侧与动力电池组相连，DC/DC变流器的高压侧与直流母线DC bus 相连；

所述第一DC/DC变流器的低压侧与光伏发电电池板相连，第一DC/DC变流器的高压侧与直流母线DC bus 相连；

所述DC/AC逆变器的交流侧与站内负荷相连，DC/AC逆变器的直流侧与直流母线DC bus 相连；

所述第二DC/DC变流器的低压侧与电动汽车充电桩相连，第二DC/DC变流器的高压侧与直流母线DC bus 相连；

所述总断路器开关设在变电站出口侧，然后再与AC/DC双向变流器以及小区配电箱和含有重要负荷用小区配电箱的重要负荷相连；

所述分断路器开关的一侧与连接小区配电箱的传统负荷相连，分断路器开关的另一侧与交流母线AC bus相连。

所述的含有重要负荷用小区配电箱一侧与重要负荷相连，另一侧与交流母线AC bus相连。

该系统接入了一套含有AC/DC双向变流器的直流配网系统，该系统可以利用内部新能源发电以及储能设备供电，再通过AC/DC双向变流器达到稳定并网。

该系统重点考虑到了小区重要负荷的供电可靠性问题，在配电网的总线路中和支路的用户换流箱中分别加装了断路器/开关，以确保重要负荷的供电可靠性。

所述的居民传统负荷不受影响的情况下引入了直流配电系统、电动汽车充电桩等可从光伏发电吸收电能，重要负荷用换流箱和AC/DC双向变流器是双向连通的，光伏发电电池板以及动力电池组可向重要负荷返送电能。

该系统中的电能传输均为直流电能形式。

相比于现有的提高配电网线路输电容量的技术，本实用新型一种含有重要负荷的新能源与电动汽车接入的城市直流配电系统，具有如下优点：

1）、本实用新型无需改变原配电网线路结构，且无需更换或升级现有配电网所使用的电缆。

2）、输电线路容量无需提升，所需的额外负荷可以通过直流微网中引入的清洁能源发电以及储能系统来供给，以满足不同规模电动汽车接入后对配电线路容量的需求。

3）、本实用新型中双向AC/DC变流器采用双向结构，可实现电能反送，应对故障等紧急情况下的重要负荷或传统负荷的电能需求。

4）、本实用新型中装设有总断路器/开关和用户支路分断路器/开关，可在配网系统发生故障时，按需控制各断路器/开关的通断，以将故障对配电网的影响降至最低。

5）、本实用新型仅需在现有配电系统中引入一套含有新能源的直流微网系统，工程量小，实现方便，可行性高。

附图说明

图1是一种现有的交流配电系统的结构示意图。

图2是本实用新型适用于含有重要负荷的新能源接入充电站直流配电系统实施例的结构示意图。

具体实施方式

如图2所示，一种含有重要负荷的新能源与电动汽车接入的城市直流配电系统，包括：

一个变电站1，

至少一个传统负荷13，传统负荷13指的是现阶段采用220V交流居民用电供电的负荷。

一个总断路器开关14，

至少一个连接分断路器开关15的小区配电箱12，

至少一个含有重要负荷用的小区配电箱12、一个重要负荷；

还包括一个电动汽车充换电站，该电动汽车充换电站包含：

一个AC/DC双向变流器2，

一条直流配电线路DC bus 3，

一个连接DC/DC变流器4的动力电池组8，

至少一个连接第一DC/DC变流器5的光伏发电电池板9，

一个连接DC/AC逆变器6的站内负荷10，

至少一个连接第二DC/DC变流器7的电动汽车充电桩11；

所述变电站1与AC/DC双向变流器2、传统负荷的交流母线AC bus相连；

所述AC/DC双向变流器2的直流侧与直流母线DC bus 3相连，AC/DC双向变流器2的交流侧与变电站1相连；

所述DC/DC变流器4的低压侧与动力电池组8相连，DC/DC变流器4的高压侧与直流母线DC bus 3相连；

所述第一DC/DC变流器5的低压侧与光伏发电电池板9相连，第一DC/DC变流器5的高压侧与直流母线DC bus 3相连；

所述DC/AC逆变器6的交流侧与站内负荷10相连，DC/AC逆变器6的直流侧与直流母线DC bus 3相连；

所述第二DC/DC变流器7的低压侧与电动汽车充电桩11相连，第二DC/DC变流器7的高压侧与直流母线DC bus 3相连；

所述总断路器开关14设在变电站1出口侧，然后再与AC/DC双向变流器2以及小区配电箱12和含有重要负荷用小区配电箱的重要负荷相连；

所述分断路器开关15的一侧与连接小区配电箱12的传统负荷13相连，分断路器开关15的另一侧与交流母线AC bus相连。

所述的含有重要负荷用小区配电箱一侧与重要负荷相连，另一侧与交流母线AC bus相连。

AC/DC双向变流器2将变电站1出来的10kV AC整流为800V DC传输到直流母线DC bus 3；DC/AC逆变器6将800V DC 逆变为220V AC供站内负荷使用；第二DC/DC变流器7将800V DC降压为380V DC供充电桩使用。第一DC/DC变流器5将光伏发电电池板9发的电升压为800V DC并网使用亦或是通过DC/DC变换器4降压至动力电池组8储存。小区配电箱12将10kV AC降压为220V AC供居民使用，重要负荷用小区配电箱作用相同。断路器/开关在线路故障短路时，将其他各支路线路断开，保证电网以及直流微网对重要负荷的供电。

本实用新型的工作模式有以下几种：

1、当系统正常运行时，外部交流网络的交流电经过AC/DC双向变流器2整流为直流电，再经直流配电网中输电线路和DC/DC变换器4、DC/AC逆变器6、第二DC/DC变换器7将电能分别供给动力电池组8、站内负荷10和电动汽车充电桩11。同样外部交流网络通过小区配电箱给传统负荷和重要负荷直接供电。

2、当配电网发生故障时，根据故障点位置来控制总断路器开关14和用户支路中的分断路器开关15。当故障发生在配电网的供电主线部分，即外部交流网络发生故障时，总断路器开关14立即断开，切断故障区与非故障区的联系，同时含光伏发电电池板9以及动力电池组8的支路通过双向AC/DC变流器2向重要负荷反送电能，而不含重要负荷的支路中，光伏发电电池板9和动力电池组8依旧通过双向AC/DC变流器2向所在支路的传统负荷13供电，尽可能保证紧急情况下小区内所有负荷用电不受影响；当仅依靠直流微网支路中的光伏电池9和动力电池组8反送的电能不足以保证重要负荷的用电需求时，切断不含重要负荷的用户支路中的分断路器开关15，切除传统负荷13，光伏发电9和动力电池组8中的储能供给重要负荷，优先满足重要负荷的用电需求，确保重要负荷的工作状态不受影响。当故障消除时，配电网恢复正常工作，配电网的电能重新由外部网络提供，此时动力电池组8消纳和储蓄电能。

3、当配电网中某用户支路发生故障时，立即断开故障所在支路的分断路器开关15，将故障支路与配网分离，其他非故障居民用户支路则不受故障支路影响而保持正常工作状态；当故障支路的故障排除后，再通过控制分断路器开关15将该支路重新投入配电网系统，以期尽可能减小故障对配网运行的影响。

图2所示的本实用新型具体实施例中， AC/DC双向变流器2、小区配电箱12连接的变压器、重要负荷用换流箱内的变换器和DC/DC变换器4、第一DC/DC变换器5和第二DC/DC变换器7、DC/AC逆变器6的电压等级均以一实例进行设计和阐述，在在实际应用中可根据实际系统容量需求来选择和确定电压等级。

综上所述，本实用新型的直流配电系统在不改变原配电网线路结构，且无需更换或升级电缆，在不影响原居民负荷用电的情况下，使用新型清洁能源发电以及储能设备作为供电源供应电动汽车大量接入所需的额外容量，具有对原配电线路损耗小、节能环保、可靠性高、可扩展性好的优点，且所提升配电网输电容量的幅度完全能够满足电动汽车规模化接入对配电网传输容量的需求，是一种适用于含有重要负荷的新能源与电动汽车的接入城市直流配电系统。

本实用新型的上述实施范例仅仅是为说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本实用新型的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。

Claims (1)

1.一种含有重要负荷的新能源与电动汽车接入的城市直流配电系统，其特征在于，包括：

一个变电站（1），

至少一个传统负荷（13），

一个总断路器开关（14），

至少一个连接分断路器开关（15）的小区配电箱（12），

至少一个含有重要负荷用的小区配电箱（12）、一个重要负荷；

还包括一个电动汽车充换电站，该电动汽车充换电站包含：

一个AC/DC双向变流器（2），

一条直流配电线路DC bus （3），

一个连接DC/DC变流器（4）的动力电池组（8），

至少一个连接第一DC/DC变流器（5）的光伏发电电池板（9），

一个连接DC/AC逆变器（6）的站内负荷（10），

至少一个连接第二DC/DC变流器（7）的电动汽车充电桩（11）；

所述变电站（1）与AC/DC双向变流器（2）、传统负荷的交流母线AC bus相连；

所述AC/DC双向变流器（2）的直流侧与直流母线DC bus （3）相连，AC/DC双向变流器（2）的交流侧与变电站（1）相连；

所述DC/DC变流器（4）的低压侧与动力电池组（8）相连，DC/DC变流器（4）的高压侧与直流母线DC bus （3）相连；

所述第一DC/DC变流器（5）的低压侧与光伏发电电池板（9）相连，第一DC/DC变流器（5）的高压侧与直流母线DC bus （3）相连；

所述DC/AC逆变器（6）的交流侧与站内负荷（10）相连，DC/AC逆变器（6）的直流侧与直流母线DC bus （3）相连；

所述第二DC/DC变流器（7）的低压侧与电动汽车充电桩（11）相连，第二DC/DC变流器（7）的高压侧与直流母线DC bus （3）相连；

所述总断路器开关（14）设在变电站1出口侧，然后再与AC/DC双向变流器（2）以及小区配电箱（12）和含有重要负荷用小区配电箱的重要负荷相连；

所述分断路器开关（15）的一侧与连接小区配电箱（12）的传统负荷（13）相连，分断路器开关（15）的另一侧与交流母线AC bus相连；

所述的含有重要负荷用小区配电箱一侧与重要负荷相连，另一侧与交流母线AC bus相连。