用于实现分布式发电的配电系统技术方案

技术编号:13957723 阅读:84 留言:0更新日期:2016-11-02 16:53
一种具有分布式发电的配电系统,包括安装在电力使用点处(POU)处的能量处理单元(EPU)。在当前的传统发电和配电系统中,被传递到最终消费者的电力质量是由于数种破坏性技术和立法影响(尤其随着连接在跨低压(LV)配电网络的任何点处的无数种私人拥有和操作的家用和商用分布式发电(DEG)装置逐渐增多)而降级。该具有分布式发电的配电系统解决这个越来越严峻的DEG问题。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】版权声明本专利文件的公开的一部分包括受到版权保护的材料。版权所有者不反对任何人复制呈现在专利和商标局专利文件或记录中的专利文件或专利公开内容,但在其它方面却保留所有版权权利。国内优先权要求本申请依据35U.S.C.§119要求以下美国临时申请案的优先权:2013年10月11日提交的第61/889,543号、2013年10月28日提交的第61/896,635号、2013年10月28日提交的第61/896,639号、2013年11月26日提交的第61/908,763号、2013年12月10日提交的第61/913,932号、2013年12月10日提交的第61/913,934号和2013年12月10日提交的第61/913,935号,所述申请案的全部内容是以引用方式并入本文。
本专利技术涉及发电和配电。更具体地说,本专利技术涉及用于解决当前传统电气系统中由于技术演进和立法影响(诸如分布式发电(DEG))产生的日益增多的电力质量降级的方法和系统。
技术介绍
当前传统电气系统和被传递到用户的电力质量是由于数种破坏性技术和立法影响(尤其随着连接在跨低电压LV配电网络的任何点处的无数种私人拥有和操作的家用和商用分布式发电(DEG)装置迅速日益增多)而降级。被传递到最终消费者的电力质量的这种日益增多的降级(尤其电压波动、电流和频率起伏)可负面地影响性能或甚至损坏电气设备、电气用具和连接到用户住宅中的电力系统的电子装置,且甚至可使更广领域的LV配电网络、变电站保护设备、高电压(HV)输电电网和甚至发电厂跳闸和断电。参考图1,在1800年代末期启动的传统交流(AC)电力系统中,由于低电压组件和距离过短而限制了输电能力。因此无数种分离的独立发电厂(IPP)随着中央发电厂而不断涌现并向局部区域或局部电力岛供电。当时,每一个局部区域或局部电力岛存在一定范围的电压和各种频率。包括大量白炽灯电力照明的负载是简单的。参考图2,随着电力技术的发展,运用HV绝缘体和开关,允许输电电压增加,因此实现较高电力在较长距离内的传递。电压等级从爱迪生的初始220VDC局部电网迅速地增加到2.3KVAC的第一AC电网(1893年),每隔几年上升到765KVAC(1960年末期)。由于较长输电电网导致覆盖电力岛,商业领域、竞争技术标准中开始出现矛盾,且最终出现垄断。随着日益增多的使用电力、可靠性成疑和电力行业中的矛盾的增长,许多国家开始立法来对其电力行业进行监管控制。在美国,基于向消费者传递高质量的可靠电力的目标,监管迅速增长的电力行业以创建国家标准变得至关重要,这也将允许多个电网互连以在全国创建稳定的电力网络。联邦政府在1992年国会通过了联邦级别的能源电力监管立法。因此FERC(联邦能源监管委员会)承担监管来自中央电力公用设施的电力质量的责任,所述中央电力公用设施拥有发电厂、端对端的输电和配电网络。然后在1996年,为了增加竞争和优化电力成本,FERC
进一步解除对电力行业的监管并规定发电、输电和配电必须通过合法的独立实体来进行。这为输电电网上创建了竞争市场,使得发电厂可在输电网电网上作电力批发销售,而经销商可从输电公司作电力批发购买。许多国家在1900年制定了类似的已解除监管的竞争电力结构。在美国,在1965年的大规模东北部断电之后,创建了NERC(北美可靠性委员会)以维护并执行系统标准和电力质量可靠性。再然后,在2003年8月14日东北部和加拿大的另一次大规模断电之后,联邦政府在2007年6月对输电运营商通过了由NERC联合FERC合法地强制的更严格的监管法规和处罚。参考图3,一直到今天,伴随着解除监管立法出现了DEG,其能够将小型发电机连接到HV输电电网。随着发电的更进一步技术发展(诸如CHP微涡轮机、燃料电池设施和尤其可再生能源诸如光伏(PV)、太阳热能和风能))外加投资成本的降低,家用和商用住宅的私营业主已宣布购买并安装这些小型DEG装置。过去几年引入后续更新和修改的上网电价(FIT)政策加速了这些小型私人拥有和操作的家用和商用DEG装置的安装。FIT强制输电运营商向DEG装置的业主以最低价格支付已产生并返回添加到能量电网中的过多电力。因此,现在无数种私人拥有和操作的家用和商用DEG装置日益增多地连接到局部LV配电网络,其不但对用于最终消费者的电力质量产生了巨大影响,而且增加了广大地区的大规模电网断电的现实可能性。尤其输电电网因运转备用的减少而出现跳闸(运转备用的减少是由于大型中央公用设施因由数量不断增长的已安装DEG装置产生另外的电力而卸载)的机会增加。来自这些私人拥有和操作的家用和商用DEG装置的叠加到配电网络和输电电网上的所得电压、电流和频率起伏增加了系统跳闸保护开关设备(通常按紧密度容限和长期建立的传统电力规范进行调整)断流的可能性。另外,由于配电网络上的这些电压的增加,当DEG接口控制电子器件在超过经调节电压极限而禁用DEG接口时,这不但切断了来自DEG设施的任何DEG能量回收,而且消除了最终消费者的任何FIT回收。因此,沿
局部配电网络连接的DEG接口(例如,附近的PV设施)越多,随着配电网络电压由于大量过多能量被DEG设施传递到配电网络中而增加,将被DEG接口控制电子器件禁用的这些DEG接口的数量就越多,其中对于最终消费者来说没有能量回收或FIT。电力质量是在以下规范下定义,关键参数是被传递到用户的电力的一致且稳定的电压、谐波和频率。随着连接到电气系统的日益增多的电子装置和设备(其是复杂的电气负载)的出现,尤其随着家用和商用(而非工业,诸如在美国)电力需求的增加,因为这些电子装置向电气系统提供更复杂的负载,所以这些电子装置可引入电力不稳定性,且这些电子装置通常位于家用和商用住宅中,使得来自LV配电网络的电力需求增加,从而随着跨配电网络的负载和功率因子的变化而增加了电压不稳定性。当传统中央发电公用设施拥有完全相等的端对端的发电、输电和配电时,其同意且可满足由政府和监管机构规定和执行的已立法的严格电力质量标准。随着许多国家的电力行业更进一步解除监管的出现和FIT的扩张,允许日益增多的无数种私人拥有和操作的家用和商用DEG装置连接到LV配电网络以及增加复杂负载和改变功率因子,电力质量(尤其电压不稳定性)的降级日益严峻且局部和大面积大规模断电的潜在性增加。电气设备、电气用具、电子器件和尤其电动机全部被设计为最优地在已立法的电压和频率严格设置的传统标准下执行。经受这些电压和频率起伏的电气和电子装置在设置严格的传统容限之外可能失灵、降低性能且甚至被破坏。尤其随着国家之间的输电大规模电网连接的出现,这些电力质量标准在每一个国家且甚至在全世界已经有很长历史的监管标准化。对于家用和商用用户的LV配电网络,一些国家制定的电气LV配电干线标准的实例如下所示,参考标称电压、电压容限、标称频率和频率容限:许多国家具有类似的标称LV配电POU电压(诸如220/230/240VAC(且使这种较高配电网络电压趋向于230VAC))和大体上110/115/120VAC的较低电压,其中频率现在的标准是50Hz或60Hz。较高220/230/240VAC电压大体上为50Hz,且较低110/115/120V本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种具有分布式发电的配电系统,其特征在于,包括:配电网络;一个或多个能量处理单元,其各自直接安装在一个或多个使用点中的一者处;其中所述能量处理单元中的每一者具有连接到所述配电网络的输入连接、以及连接到安装所述能量处理单元的所述使用点处的负载和分布式发电装置中的一者或多者的输出连接;其中所述能量处理单元中的每一者,在其输出处基于来自所述配电网络中的所述能量处理单元输入处的未经调节输入电压,产生一个经调节输出电压;其中所述能量处理单元中的每一者包括串联调压器且使用串联调压方法结合一个或多个电力质量功能中的至少一者产生其经调节输出电压;其中所述能量处理单元中的每一者是双向的,允许在安装所述能量处理单元的所述使用点处的任何分布式发电装置产生的过多能量的能被回收被返回传递到所述能量处理单元输入且返回传递到所述配电网络上;和其中所述能量处理单元的所述输出连接处的所述经调节输出电压允许当所述配电网络中的所述未经调节输入电压高于经调节上限时进行连续能量回收。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.11 US 61/889,543;2013.10.28 US 61/896,635;1.一种具有分布式发电的配电系统,其特征在于,包括:配电网络;一个或多个能量处理单元,其各自直接安装在一个或多个使用点中的一者处;其中所述能量处理单元中的每一者具有连接到所述配电网络的输入连接、以及连接到安装所述能量处理单元的所述使用点处的负载和分布式发电装置中的一者或多者的输出连接;其中所述能量处理单元中的每一者,在其输出处基于来自所述配电网络中的所述能量处理单元输入处的未经调节输入电压,产生一个经调节输出电压;其中所述能量处理单元中的每一者包括串联调压器且使用串联调压方法结合一个或多个电力质量功能中的至少一者产生其经调节输出电压;其中所述能量处理单元中的每一者是双向的,允许在安装所述能量处理单元的所述使用点处的任何分布式发电装置产生的过多能量的能被回收被返回传递到所述能量处理单元输入且返回传递到所述配电网络上;和其中所述能量处理单元的所述输出连接处的所述经调节输出电压允许当所述配电网络中的所述未经调节输入电压高于经调节上限时进行连续能量回收。2.根据权利要求1所述的系统,其中所述一个或多个电力质量功能包括功率因子控制、负载平衡、电压平衡、谐波修正和频率控制。3.根据权利要求1所述的系统,其中所述配电网络中的所述未经调节
\t输入电压被允许与标称电压变化相差±25%的容限、与标称电压不平衡相差±10%的容限、与标称电压谐波相差±10%的容限,低功率因子被修正到0.98以上、与标称电流不平衡相差±10%、与标称频率偏差相差±5%。4.根据权利要求1所述的系统,其中所述配电网络中的所述未经调节输入电压被允许高于立法的电力质量标准容限的容限。5.根据权利要求1所述的系统,其中所述能量处理单元配备有双向数据通信装置以与所述配电网络中的发电厂和电力输电运营商进行数据通信。6.根据权利要求1所述的系统,其中所述能量处理单元中的每...

【专利技术属性】
技术研发人员:斯图尔特·尼尔乔治
申请(专利权)人:逸节电子有限公司
类型:发明
国别省市:中国香港;81

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