CN216959346U - 针对综合能源站的交直流微网路由器系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种针对综合能源站的交直流微网路由器系统，其特征是：包括交流子微网、高压直流子微网、低压直流子微网、通信电源子微网、交直流子微网接口变换器、高低压子微网接口变换器和通信子微网接口变换器，交流子微网通过交直流子微网接口变换器与高压直流子微网互联，高压直流子微网通过高低压子微网接口变换器与低压直流子微网互联，低压直流子微网通过通过通信子微网接口变换器与通信电源子微网互联。有益效果：交直流微网路由器作为综合能源站内低压能量枢纽，为各类交直流负荷提供了统一供电接口，可实现综合能源站内分布式发电的集中就地消纳；能够支撑较大容量规模的综合能源站交直流混合微电网。

Description

针对综合能源站的交直流微网路由器系统

技术领域

本实用新型属于电力电子变压器技术领域，尤其涉及一种针对综合能源站的交直流微网路由器系统。

背景技术

现有技术的交直流混合微电网主要是以电能路由器装置为核心。电能路由器装置具备各类即插即用接口，通常具有自治控制、远程协调、通信等功能。其基本特点是：①基于电力电子技术进行全柔性控制；②集成传统变压器、断路器、潮流控制装置和电能质量控制等装置；③可实现交直流混合微电网的无缝切换；④分布式电源、负荷的即插即用；⑤可实现数据通信和智能控制。因此，由电能路由器装置整合分布式电源及负荷所形成的供电单元是交直流混合微电网的一种主要实现方式。目前，投入实际运行的电能路由器装置的典型技术参数如表1所示，

表1电能路由器装置主要技术参数表

公知的电能路由器装置的主要缺陷是容量规模较小、可扩展性差、即插即用接口数量有限。在当前综合能源站应用场景中，对微网路由器装置提出了更高的要求：①需具备多种分布式电源及负荷接口，如常规光伏、薄膜光伏、风机、UPS电源、电动汽车充电桩、站内控制保护负荷、通信负荷等，满足上述多种分布式电源及负荷的大容量功率交换(MW级)需求；②需具备多种电压等级接口，由于综合能源站内负荷的多样性，微网路由器应提供较丰富的供电电压序列，通常需具备交流380V、220V，直流750V (±375V)、220V(110V)、48V等电压等级，并提供较多即插即用接口；③考虑综合能源站内设备布置的多样化，站内微网路由器应能灵活布置，同时具备较好的经济性和配置灵活性。

由表1所示的电能路由器不能满足综合能源站应用场景中对微网路由器的技术要求。

实用新型内容

本实用新型是为了克服现有技术中的不足，提供一种针对综合能源站的交直流微网路由器系统，能够提供多电压等级接口和不间断供电能力，支撑综合能源站内多场景、多类型重要负荷的不间断供电，实现综合能源站内分布式电源消纳和站用变压器削峰填谷。

本实用新型为实现上述目的，通过以下技术方案实现，一种针对综合能源站的交直流微网路由器系统，其特征是：包括交流子微网、高压直流子微网、低压直流子微网、通信电源子微网、交直流子微网接口变换器、高低压子微网接口变换器和通信子微网接口变换器，

所述交流子微网提供380V电压等级交流母线以及负荷的接口；

所述高压直流子微网采用双极型接线，为充电桩、UPS电源及直流负荷供电；

所述低压直流子微网给综合能源站内控制、保护、信号、自动装置、 UPS设备提供低压直流电源；

所述通信电源子微网提供站内调度数据网负荷、远动负荷及通信设备负荷的供电；

所述交流子微网通过交直流子微网接口变换器与高压直流子微网互联，所述高压直流子微网通过高低压子微网接口变换器与低压直流子微网互联，所述低压直流子微网通过通信子微网接口变换器与通信电源子微网互联。

所述交流子微网的电压等级选择为380V。

所述交流子微网通过快速静态开关接入电网，实现与大电网能量交换、计划并/离网平滑切换及非计划孤岛平滑切换功能。

所述交流子微网设置两段380V交流母线，两端交流母线间不设置联络开关，构成直流系统双重化供电方式，满足UPS电源系统的供电。

所述高压直流子微网电压等级设置±375V两段高压直流母线，两段高压直流母线通过光储一体机接入分布式光伏发电和储能电池。

所述低压直流子微网采用两段直流母线联络接线，两段直流母线通过分段断路器用于低压直流母线的短时并列运行，每段直流母线配置1套模块化并联电池系统作为后备电源。

所述通信电源子微网电压等级为-48V，采用两段单母线带联络接线。每组母线配置一组通信备用电池。

所述交直流子微网接口变换器采用电压源型双向变换器，变换器的交流侧接入交流子微网母线，其直流侧接入高压直流母线。

所述高低压子微网接口变换器采用单向降压BUCK变换器，变换器的高压侧接入高压直流母线，其低压侧接入低压直流母线。

所述通信子微网接口变换器采用多模块单向降压BUCK变换器，可以提高冗余度及驱动48V开关。

有益效果：交直流微网路由器作为综合能源站内低压能量枢纽，为各类交直流负荷提供了统一供电接口，避免了综合能源站内各供电系统的冗余配置和重复投资，可实现综合能源站内分布式发电的集中就地消纳；能够支撑较大容量规模的综合能源站交直流混合微电网；在相同容量需求的情况下，交直流微网路由器采用预制舱式布置于户外，占用空间和所需投资均较大，且不便于扩建，可实现微网路由器的灵活布置。

附图说明

图1是本实用新型的连接示意图；

图2是本实用新型的整体结构连接图；

图3是图1中的交流子微网拓扑图；

图4是图1中的高压直流子微网连接图；

图5是图1中的低压直流子微网连接图；

图6是图1中的通信电源子微网连接图；

图7是电压源型双向变换器连接图；

图8是高低压子微网接口变换器连接图；

图9是多模块单向降压BUCK变换器连接图；

图10a是系统正常运行模式下的能量流动示意图；

图10b是交流电网失电模式下的能量流动示意图；

图10c是低压并联电池A检修模式的能量流动示意图；

图10d是低压并联电池B检修模式的能量流动示意图；

图10e是通信备用电池A检修模式的能量流动示意图；

图10f是通信备用电池B检修模式的能量流动示意图。

图中：①、交流子微网，②、高压直流子微网，③、低压直流子微网，④、通信电源子微网，⑤、交直流子微网接口变换器，⑥、高低压子微网接口变换器，⑦、通信子微网接口变换器。

具体实施方式

以下结合较佳实施例，对依据本实用新型提供的具体实施方式详述如下：详见附图1-9，本实施例提供了一种针对综合能源站的交直流微网路由器系统，包括交流子微网①、高压直流子微网②、低压直流子微网③、通信电源子微网④、交直流子微网接口变换器⑤、高低压子微网接口变换器⑥和通信子微网接口变换器⑦，所述交流子微网提供380V电压等级交流母线以及负荷的接口；所述高压直流子微网采用双极型接线，为充电桩、 UPS电源及直流负荷供电；所述低压直流子微网给综合能源站内控制、保护、信号、自动装置、UPS设备提供低压直流电源；所述通信电源子微网提供站内调度数据网负荷、远动负荷及通信设备负荷的供电；所述交流子微网通过交直流子微网接口变换器与高压直流子微网互联，所述高压直流子微网通过高低压子微网接口变换器与低压直流子微网互联，所述低压直流子微网通过通信子微网接口变换器与通信电源子微网互联。所述交流子微网的电压等级选择为380V，所述交流子微网的负荷是综合能源站内常规的交流负荷、UPS电源负荷和交流充电桩，所述交流子微网配置光伏逆变器，满足小规模分布式光伏发电接入要求。所述交流子微网通过快速静态开关接入电网，实现与大电网能量交换、计划并/离网平滑切换及非计划孤岛平滑切换功能。所述交流子微网设置两段380V交流母线，两端交流母线间不设置联络开关，构成直流系统双重化供电方式，满足UPS电源系统的供电。所述高压直流子微网电压等级设置±375V两段高压直流母线，两段高压直流母线通过光储一体机接入分布式光伏发电和储能电池。所述低压直流子微网采用两段直流母线联络接线，两段直流母线通过分段断路器用于低压直流母线的短时并列运行，每段直流母线配置1套模块化并联电池系统作为后备电源。所述通信电源子微网电压等级为-48V，采用两段单母线带联络接线。每组母线配置一组通信备用电池。所述交直流子微网接口变换器采用电压源型双向变换器，变换器的交流侧接入交流子微网母线，其直流侧接入高压直流母线。所述高低压子微网接口变换器采用单向降压BUCK变换器，变换器的高压侧接入高压直流母线，其低压侧接入低压直流母线。所述通信子微网接口变换器采用多模块单向降压BUCK变换器，可以提高冗余度及驱动48V开关。

实施例工作原理和实施过程

本实用新型的直流微网路由器的各子微网既相互独立，又相互联系构成整体结构，对综合能源站交直流微网路由器的基本要求是提供各类分布式电源及负荷的即插即用接口，实现分布式电源和负荷的灵活接入，满足功率交换要求。

微网路由器包含7个组成部分：交流子微网①；高压直流子微网②；低压直流子微网③；通信电源子微网④；交直流子微网接口变换器⑤；高低压子微网接口变换器⑥；通信子微网接口变换器⑦。其中，交直流子微网接口变换器(⑤)为双向AC/DC换流器，高低压子微网接口变换器(⑥) 采用单向DC/DC变换器，通信子微网接口变换器采用单向DC/DC变换器。

a)交流子微网

交流子微网结构图如图3所示。由于综合能源站内有低压交流负荷需求，故交流子微网的电压等级选择为380V，由交流子微网提供380V电压等级交流母线以及负荷接口。交流子微网的负荷为综合能源站内常规交流负荷、UPS电源负荷、交流充电桩等，在系统正常运行时，高压直流子微网作为交流子微网的负荷，在主网故障失电时，高压直流子微网作为交流子微网的电源，因此，与常规变电站交流供电系统不同，本技术方案所提微网路由器可为有高可靠性供电需求的低压负荷供电。此外，交流子微网配置光伏逆变器，满足小规模分布式光伏发电接入要求。交流子微网通过快速静态开关接入电网，实现与大电网能量交换、计划并/离网平滑切换及非计划孤岛平滑切换功能，如图3中虚线框所示。考虑到需满足UPS电源系统、直流系统双重化供电的要求，交流子微网设置2段380V交流母线，且两端交流母线间不设置联络开关，均可独立提供高可靠性供电。

b)高压直流子微网

高压直流子微网结构图如图4所示。本技术方案所提微网路由器将布置于综合能源站的低压交直流负荷中心，且供电范围较小(通常不超过200 米)。高压直流子微网电压等级为750V(±375V)，设置750V(±375V) 高压直流母线，采用双极型接线，以满足电动汽车充电桩、UPS电源及其他高压直流负荷的供电要求。配置光储一体机，分布式光伏发电、储能电池通过光储一体机接入2段高压直流母线，以提高分布式光伏发电和储能装置间的电能传输、存储效率和系统集成度，如图4中虚线框所示。高压直流子微网通过交直流子微网接口变换器与交流子微网互联，通过高低压子微网接口变换器与低压直流子微网互联。

c)低压直流子微网

低压直流子微网结构图如图5所示。根据综合能源站规模及微网路由器的供电范围，低压直流子微网的电压等级可根据实际需求选择为110V 或220V，当规模和供电范围较小，可选择110V，反之，可选择220V。低压直流子微网直流母线采用两段单母线带联络接线，联络开关(分段断路器)仅用于低压直流母线的短时并列运行，由于低压直流负荷是综合能源站及能源系统安全稳定运行的重要保障，故低压直流子微网中每段直流母线配置1套模块化并联电池系统作为后备电源，如图5中虚线框所示，采用模块化并联电池系统可满足配置灵活性和可扩展性要求。低压直流子微网通过高低压子微网接口变换器与高压直流子微网互联，通过通信子微网接口变换器与通信电源子微网互联；

d)通信电源子微网

通信电源子微网结构图如图6所示。通信电源子微网电压等级为-48V，采用两段单母线带联络接线。通信负荷的事故放电时间要求通常比低压直流负荷长，为保证孤岛运行时通信负荷的不间断供电，每组母线配置1组通信备用电池。通信电源子微网通过通信子微网接口变换器与低压直流子微网互联；

e)交直流子微网接口变换器

如图7所示，交直流子微网接口变换器采用电压源型双向变换器 (VSC)，变换器交流侧接入交流子微网母线，直流侧接入高压直流母线；

f)高低压子微网接口变换器

如图8所示，高低压子微网接口变换器采用单向降压BUCK变换器，高压侧接入高压直流母线，低压侧接入低压直流母线；

g)通信子微网接口变换器

如图9所示，通信子微网接口变换器采用多模块单向降压BUCK变换器，以提高冗余度并利于驱动48V开关动作。

交直流微网路由器不同运行模式下能量流动过程

图10a-f为交直流微网路由器不同运行模式下能量流动示意图，各子微网按照所在母线段分为子微网A和子微网B。系统正常运行模式下，交直流微网路由器所带负荷均由交流电网供电，子微网A和子微网B之间无能量交换，仅有纵向能量流动，如图10a所示；交流电网失电模式下，各子微网所带负荷由分布式电源和高压直流子微网内的储能装置供电，高压直流子微网负责支撑其他子微网母线电压，子微网A和子微网B之间无能量交换，仍仅有纵向能量流动，如图10b所示；低压并联电池检修模式下，对于综合能源站来说，低压直流子微网母线不可无蓄电池运行，因此，低压直流子微网A和低压直流子微网B在低压并联电池检修时相互支撑，形成横向能量流动，如图10c、d所示；通信备用电池检修模式下，对于综合能源站来说，通信电源子微网母线不可无蓄电池运行，因此，通信电源子微网A和通信电源子微网B在通信备用电池检修时相互支撑，形成横向能量流动；如图10e、f所示，对于由元件故障导致的某子微网退出运行的情况，均按照该子微网的下级子微网进入孤岛运行状态原则进行切换，以保证其他子微网的不间断运行，此外，对于图10所示的各模式叠加其他故障的情况，仍参考上述系统切换原则，具体的能量流动方式不再赘述。

交直流微网路由器为分布式电源及负荷提供即插即用接口，是分布式电源消纳和能量主动管理的实现载体，作为低压能量枢纽，微网路由器应尽量位于分布式电源及负荷的中心位置，以减小供电半径，降低损耗，提高供电质量。

本实用新型能够支撑较大容量规模的综合能源站交直流混合微电网；具备较多的即插即用接口和较好的可扩展性；为综合能源站提供了低压交直流能量枢纽。

上述参照实施例对该一种针对综合能源站的交直流微网路由器系统进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本实用新型总体构思下的变化和修改，应属本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种针对综合能源站的交直流微网路由器系统，其特征是：包括交流子微网、高压直流子微网、低压直流子微网、通信电源子微网、交直流子微网接口变换器、高低压子微网接口变换器和通信子微网接口变换器，

所述交流子微网提供380V电压等级交流母线以及负荷的接口；

所述高压直流子微网采用双极型接线，为充电桩、UPS电源及直流负荷供电；

所述低压直流子微网给综合能源站内控制、保护、信号、自动装置、UPS设备提供低压直流电源；

所述通信电源子微网提供站内调度数据网负荷、远动负荷及通信设备负荷的供电；

所述交流子微网通过交直流子微网接口变换器与高压直流子微网互联，所述高压直流子微网通过高低压子微网接口变换器与低压直流子微网互联，所述低压直流子微网通过通过通信子微网接口变换器与通信电源子微网互联。

2.根据权利要求1所述的针对综合能源站的交直流微网路由器系统，其特征是：所述交流子微网的电压等级选择为380V。

3.根据权利要求1或2所述的针对综合能源站的交直流微网路由器系统，其特征是：所述交流子微网通过快速静态开关接入电网，实现与大电网能量交换、计划并/离网平滑切换及非计划孤岛平滑切换功能。

4.根据权利要求3所述的针对综合能源站的交直流微网路由器系统，其特征是：所述交流子微网设置两段380V交流母线，两端交流母线间不设置联络开关，构成直流系统双重化供电方式，满足UPS电源系统的供电。

5.根据权利要求1所述的针对综合能源站的交直流微网路由器系统，其特征是：所述高压直流子微网电压等级设置±375V两段高压直流母线，两段高压直流母线通过光储一体机接入分布式光伏发电和储能电池。

6.根据权利要求1所述的针对综合能源站的交直流微网路由器系统，其特征是：所述低压直流子微网采用两段直流母线联络接线，两段直流母线通过分段断路器用于低压直流母线的短时并列运行，每段直流母线配置一套模块化并联电池系统作为后备电源。

7.根据权利要求1所述的针对综合能源站的交直流微网路由器系统，其特征是：所述通信电源子微网电压等级为-48V，采用两段单母线带联络接线；每组母线配置一组通信备用电池。

8.根据权利要求1所述的针对综合能源站的交直流微网路由器系统，其特征是：所述交直流子微网接口变换器采用电压源型双向变换器，变换器的交流侧接入交流子微网母线，其直流侧接入高压直流母线。

9.根据权利要求1所述的针对综合能源站的交直流微网路由器系统，其特征是：所述高低压子微网接口变换器采用单向降压BUCK变换器，变换器的高压侧接入高压直流母线，其低压侧接入低压直流母线。

10.根据权利要求1所述的针对综合能源站的交直流微网路由器系统，其特征是：所述通信子微网接口变换器采用多模块单向降压BUCK变换器，可以提高冗余度及驱动48V开关。

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