CN210007404U - 一种直流输配电技术研究分析平台 - Google Patents

Abstract

一种直流输配电技术研究分析平台，包括交流母线、高/中压直流母线、低压直流母线、整流器、能量路由器、模块化多电平换流器、电网换相换流器、直流变压器、双向变流器、交直流电源和负载；整流器的交流侧通过交流断路器与交流母线连接，直流侧通过直流断路器与高/中压直流母线连接；能量路由器交流侧通过交流断路器和与交流母线连接，两个直流侧分别与高/中压直流母线和低压直流母线连接；模块化多电平换流器的直流侧与高/中压直流母线连接，交流侧通过启动回路、交流变压器、交流断路器与交流母线连接；电网换相换流器的直流侧与高/中压直流母线连接，交流侧通过交流变压器、交流断路器与交流母线连接。本实用新型具有高度可扩展性和较好的经济性。

Description

一种直流输配电技术研究分析平台

技术领域

本实用新型涉及输配电技术领域，具体是一种直流输配电技术研究分析平台。

背景技术

近年来，我国大力推广直流输电技术的工程应用，并将该技术延伸到配电领域，形成直流配电技术。

在直流输电技术方面，其研究分析工作主要集中在基于LCC的常规直流输电技术和基于MMC的柔性直流输电技术；在直流配电技术方面，其研究分析工作目前尚处于初级阶段，由于较交流配电均显现巨大优势，拥有可预见的巨大发展前景。

由于直流输配电技术是目前电力电子技术在电力系统中的应用制高点，具有系统结构、控保策略灵活多变，应用形式、技术革新层出不穷的特点，因此有必要设计一种经济、实用、灵活的直流输配电技术研究分析平台，以便更好、更高效的开展研究分析工作。

然而，目前直流输配电技术研究分析平台往往以数字仿真为主，无法有效精确反映理论与实际相结合存在问题，而物理动态模拟系统则普遍存在适应性、灵活性差等缺点，造成了工作量和重复建设成本大大增加，降低了物理验证的工作效率。因此，有必要针对现有的实际需求，研究一种直流输配电技术研究分析平台。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种直流输配电技术研究分析平台，为直流输配电技术的控保策略、故障暂态、综合能源协调等方面的研究分析工作提供一个经济、实用、灵活的研究平台和测试环境，具有高度可扩展性。

本实用新型的目的是以下技术方案实现的：

一种直流输配电技术研究分析平台，包括交流母线、高/中压直流母线、低压直流母线、整流器、能量路由器、模块化多电平换流器、电网换相换流器、直流变压器、双向变流器、交直流电源和负载；整流器的交流侧通过第一交流断路器与交流母线连接，直流侧通过第一直流断路器与高/中压直流母线连接；能量路由器的两个交流侧分别通过第二交流断路器和第三交流断路器与交流母线连接，能量路由器的第一直流侧通过第二直流断路器与高/中压直流母线连接，能量路由器的第二直流侧通过第三直流断路器与低压直流母线连接；模块化多电平换流器的直流侧与高/中压直流母线连接，交流侧依次通过启动回路、第一交流变压器、第四交流断路器与交流母线连接；电网换相换流器的直流侧与高/中压直流母线连接，交流侧依次通过第二交流变压器、第五交流断路器与交流母线连接，直流变压器、双向变流器设置在低压直流母线与交直流电源和负载之间。

进一步的，交流母线上设有第六交流断路器，连接在第二交流断路器和第三交流断路器之间。

进一步的，高/中压直流母线上设有第六直流断路器，连接在第一直流断路器和第二直流断路器之间。

进一步的，直流变压器与低压直流母线之间通过第四直流断路器连接。

进一步的，双向变流器的直流侧通过第五直流断路器与低压直流母线连接，交流侧与交直流电源和负载连接。

本实用新型通过扩展交/直流断路器、交/直流变压器、启动回路、模块化多电平换流器(MMC)，可构建适用于基于MMC的各种柔性直流输电系统结构的研究分析平台，具有高度可扩展性；只需构建单端MMC换流阀、LCC换流阀，以及能量路由器(AC/DC/DC/AC)、双向变流器(DC/AC)、直流变压器(DC/DC)各一个，即可覆盖目前直流输配电技术领域的主要研究领域，具有较好的经济性。

附图说明

图1是本实用新型直流输配电技术研究分析平台的结构示意图。

图中：1—交流母线，2—高/中压直流母线，3—低压直流母线， 4—整流器(AC/DC)，5—能量路由器(AC/DC/DC/AC)，6—第一交流断路器，7—第一直流断路器，8—第二交流断路器，9—第三交流断路器，10—第二直流断路器，11—第三直流断路器，12—模块化多电平换流器(MMC)，13—启动回路(包括启动电阻和旁路断路器)， 14—第一交流变压器，15—第四交流断路器，16—第五交流断路器， 17—第二交流变压器，18—电网换相换流器(LCC)，19—第四直流断路器，20—第五直流断路器，21—直流变压器(DC/DC)，22—双向变流器(DC/AC)，23—交直流电源和负载，24—第六交流断路器， 25—第六直流断路器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述。

图1所示为本实用新型直流输配电技术研究分析平台的结构示意图，所述直流输配电技术研究分析平台包括交流母线1、直流母线、断路器、变压器、启动回路、接地极、模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)、电网换相换流器(LineCommutated Converter，LCC)18(采用晶闸管)、整流器(AC/DC)4、双向变流器(DC/AC)22、直流变压器(DC/DC)21、能量路由器5。直流母线根据电压等级，分为高压、中压、低压直流母线，可根据实际交流母线电压等级和实验需要进行配置，本实施例包括高/中压直流母线2和低压直流母线3，用于全面覆盖国家规定的直流配电电压等级。断路器包括交流断路器、直流断路器，用于系统拓扑结构的灵活配置和硬件设备的保护。

整流器(AC/DC)4的交流侧通过第一交流断路器6与交流母线 1连接，直流侧通过第一直流断路器7与高/中压直流母线2连接。

能量路由器(AC/DC/DC/AC)5的两个交流侧分别通过第二交流断路器8和第三交流断路器9与交流母线1连接，能量路由器5的第一直流侧通过第二直流断路器10与高/中压直流母线2连接，能量路由器5的第二直流侧通过第三直流断路器11与低压直流母线3连接。交流母线1上设有第六交流断路器24，连接在第二交流断路器8和第三交流断路器9之间。第三交流断路器9主要是用于能量路由器5 的最后一级AC，第六交流断路器24可以将能量路由器5的AC出口与交流母线1(电源母线)分开，实现能量路由器AC出口电压等级的灵活控制，第三直流断路器11可以实现直流配电部分与直流输电部分的电气隔离。

模块化多电平换流器(MMC)12的直流侧与高/中压直流母线2 连接，交流侧依次通过启动回路13、第一交流变压器14、第四交流断路器15与交流母线1连接；电网换相换流器(LCC)18的直流侧与高/中压直流母线2连接，交流侧依次通过第二交流变压器17、第五交流断路器16与交流母线1连接。电网换相换流器(LCC)18的作用是模拟常规直流的整流侧或逆变侧，通过控制保护策略的改变，可以用来研究常规直流送端或受端的交直流交互影响。

高/中压直流母线2上设有第六直流断路器25，连接在第一直流断路器7和第二直流断路器10之间，第六直流断路器25可以实现模块化多电平换流器(MMC)12柔直部分与电网换相换流器(LCC) 18常规直流部分在直流侧的电气隔离与连接，为不同研究场景提供条件。

本实施例还设置有直流变压器(DC/DC)21，直流变压器(DC/DC) 21设置在低压直流母线3与交直流电源和负载23之间，直流变压器 (DC/DC)21与低压直流母线3之间通过第四直流断路器19连接。直流变压器(DC/DC)21的作用是作为直流电源接口，或者为直流负载供电。

交直流电源和负载16这里是举例说明，代表光伏直流电源、蓄电池负载、一般交流负载或者电源等等，不是指特定的组件，只是一种示意。

本实施例还设置有双向变流器(DC/AC)22，其通过整流器4 对输入电源进行AC/DC变换给电池充电，电池放电时通过整流器4 进行DC/AC变换给电网提供能量，其直流侧通过第五直流断路器20 与低压直流母线3连接，交流侧与交直流电源和负载23连接。双向变流器(DC/AC)22的作用(1)是用于为交流负载供电，(2)是作为交流电源接口，(3)是与逆变器DC/AC配合，模拟端对端直流配电系统，根据实际需要进行控制保护策略选择。

本实用新型通过交/直流断路器的开通、关断设置，结合接地极，可将平台应用于基于MMC的对称单极柔性直流输电系统送/受端、基于LCC的常规直流输电系统送/受端、单/双/三端直流配电系统，以及交直流混合系统等方面的研究分析，通过交直流断路器的控制，可以实现MMC及其启动回路、换流变的独立运行，模拟对称单极柔性直流输电系统送/受端；可以实现LCC及其换流变、接地极的独立运行，模拟常规直流单极运行的送/受端；可以实现能量路由器5、直流变压器21、双向变流器22与低压交流母线的独立运行，通过控制能量路由器5、直流变压器21、双向变流器22的功率输送方向，模拟单/双/三端直流配电系统；可以实现MMC、LCC的供交流母线的独立运行，模拟并联混合多馈直流输电系统。具体如下：

1、系统正常运行时，交流母线1-整流器(AC/DC)4-高/中压直流母线2-MMC12-交流母线1，构成单极对称的柔性直流输电单端系统；

2、系统正常运行时，交流母线1-整流器(AC/DC)4-高/中压直流母线2-LCC18-交流母线18，构成常规直流单极单端系统；

3、系统正常运行时，交流母线1-能量路由器(AC/DC/DC/AC) 5-交流母线1，实现能量路由器的三级交流输出；交流母线1-能量路由器(AC/DC/DC/AC)5-高/中压直流母线2，实现能量路由器的一级直流输出；交流母线1-能量路由器(AC/DC/DC/AC)5-低压直流母线3，实现能量路由器的二级直流输出；

4、系统正常运行时，利用能量路由器5、直流变压器21、双向变流器22、低压直流母线3可实现单电源、双电源、三电源供电的切换。

本实用新型具有如下特点：

(1)具有较好的经济性，只需要构建单端MMC换流阀、LCC 换流阀，以及能量路由器(AC/DC/DC/AC)、双向变流器(DC/AC)、直流变压器(DC/DC)各一个，即可覆盖目前直流输配电技术领域的主要研究领域。

(2)具有高度可扩展性，通过扩展交/直流断路器、交/直流变压器、启动回路、模块化多电平换流器(MMC)，可构建适用于基于 MMC的各种柔性直流输电系统结构的研究分析平台。

(3)在直流配电方面，本实用新型通过设置能量路由器 (AC/DC/DC/AC)，更加贴近了目前的直流配电技术前沿，结构更加清晰。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种直流输配电技术研究分析平台，其特征在于：包括交流母线(1)、高/中压直流母线(2)、低压直流母线(3)、整流器(4)、能量路由器(5)、模块化多电平换流器(12)、电网换相换流器(18)、直流变压器(21)、双向变流器(22)、交直流电源和负载(23)；整流器(4)的交流侧通过第一交流断路器(6)与交流母线(1)连接，直流侧通过第一直流断路器(7)与高/中压直流母线(2)连接；能量路由器(5)的两个交流侧分别通过第二交流断路器(8)和第三交流断路器(9)与交流母线(1)连接，能量路由器(5)的第一直流侧通过第二直流断路器(10)与高/中压直流母线(2)连接，能量路由器(5)的第二直流侧通过第三直流断路器(11)与低压直流母线连接；模块化多电平换流器(12)的直流侧与高/中压直流母线(2)连接，交流侧依次通过启动回路(13)、第一交流变压器(14)、第四交流断路器(15)与交流母线(1)连接；电网换相换流器(18)的直流侧与高/中压直流母线(2)连接，交流侧依次通过第二交流变压器(17)、第五交流断路器(16)与交流母线(1)连接，直流变压器(21)、双向变流器(22)设置在低压直流母线(3)与交直流电源和负载(23)之间。

2.如权利要求1所述的直流输配电技术研究分析平台，其特征在于：交流母线(1)上设有第六交流断路器(24)，连接在第二交流断路器(8)和第三交流断路器(9)之间。

3.如权利要求1所述的直流输配电技术研究分析平台，其特征在于：高/中压直流母线(2)上设有第六直流断路器(25)，连接在第一直流断路器(7)和第二直流断路器(10)之间。

4.如权利要求1所述的直流输配电技术研究分析平台，其特征在于：直流变压器(21)与低压直流母线(3)之间通过第四直流断路器(19)连接。

5.如权利要求1所述的直流输配电技术研究分析平台，其特征在于：双向变流器(22)的直流侧通过第五直流断路器(20)与低压直流母线(3)连接，交流侧与交直流电源和负载(23)连接。

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