面向办公居住园区用的交直流多端口配电系统技术方案

本实用新型专利技术属于配电网技术领域，具体涉及一种面向办公居住园区用的交直流多端口配电系统。根据本实用新型专利技术的面向办公居住园区用的交直流多端口配电系统，通过交流电源、工频变压器、至少一组交直流变换电路、复数个第一直流母线、两个第二直流母线、变流器模块、直流负荷模块以及交流负荷模块，形成一种多电压等级输出的交直流混合配电网系统，该交直流混合配电网系统克服了现有技术中能量变换损耗高、系统成本高、可靠性低、能源就地消纳率低、用电灵活性差的技术问题，本实用新型专利技术的交直流混合配电网系统能够有效减少能源浪费、提高用电灵活性、实现分布式能源的就地消纳且具有可靠性高、成本低的优势。成本低的优势。成本低的优势。

【技术实现步骤摘要】
面向办公居住园区用的交直流多端口配电系统


[0001]本技术属于配电网
，具体涉及一种面向办公居住园区用的交直流多端口配电系统。

技术介绍

[0002]近年来，随着社会经济的高速发展和现代城市的快速建设，城市配电网中负荷的大小和种类不断增多，传统交流配电网面临着许多新的问题。传统的交流配电进线电源为10kV电源，通过配电变压器得到三相四线380V的低压交流电，再通过交流220V的配电网络供给用电负荷。一方面，城市规模的迅速增长导致城市配电网供电范围不断扩大，使得传统配电网面临着线路损耗加大和电压波动加剧的问题。同时，供电线路的日益紧张也对线路的输电能力提出了更高的要求。另一方面，随着电力电子技术的快速发展，效率提升、控制灵活的直流负荷不断增加，如计算机，LED照明、电动汽车等均为直流负荷。在实际情况下，这些负荷都需要多级换流器才能接入交流电网；另外，在分布式发电系统中，光伏电池板的输出都是直流电，需要经过多级换流器才能并入交流配网。因此，在目前传统的交流配电网中存在着大量的换流过程，而这些换流器的大量使用会降低用电效率，增加设备投资，同时也会产生大量的谐波污染，对配电网的电能质量造成影响。最后，交流220V配电也存在人身触电的风险，特别是极端情况下难以保证用电安全。
[0003]因此，目前交流配网中存在多级电能变换损耗高、配用电灵活性差、电能质量难以保证。采用交直流混合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。
[0004]与交流配网相比，直流配电网具有供电容量大，线路损耗小、电能质量高，以及便于各类电源和负载接入等优点，具有广泛的应用前景。但是从我国配电网发展现状来看，直流配电网短时间内还无法完全取代交流配电网，因此，在交流配电网的基础上建设交直流混合配电网更符合实际。
[0005]针对分布式电源的涌现、电器装备的直流化以及电动汽车的大量使用等现象，我国各大企业和高校对配电网进行了有效研究：广东电网有限责任公司东莞供电局和广东电网有限责任公司的专利《一种应用于办公生活园区的交直流混合配电网系统》(申请号：202011008078.X)、浙江大学《一种应用于低压配电终端的自组织电能路由器》(申请号：201710414906.1)两篇专利都对交直流配电网的进行了进一步探索。
[0006]专利《一种应用于办公生活园区的交直流混合配电网系统》里配网的结构中包括电力电子变压器、负荷侧和综合能源侧。其电力电子变压器有多个端口，电源侧通过10kV交流电源与之连接，负载侧通过380V交流母线和
±
375V直流母线与之连接，电力电子变压器通过判断潮流方向对综合能源侧进行调控。虽然电力电子变压器可以对故障时电力系统的功率需求给予补偿，但是电力电子变压器受制于目前电力电子器件耐压和耐流能力不足，需要多个电力电子模块经过级联、并联再经过交直之间的多次电能变换才能得到需要的电
压,因此该方案需要大量电力电子器件，导致其价格较常规隔离变压器要贵，同时器件数量过多降低了其可靠性，最后多级的电能变换导致其损耗高、效率低。以上的成本、可靠性及效率不足将直接影响将其推广到实际应用。
[0007]专利《一种应用于低压配电终端的自组织电能路由器》中提出由多个H桥变换器组成的变换器组、内部功率总线、设备接口、功率开关阵列和控制单元组成的电能路由器。通过控制功率开关将设备接口分别与功率总线和变换器相连，变换器的另一侧端口通过功率总线与其他设备相连，以实现线路重构，控制单元通过控制变换器决定外部设备的供电与受电。该技术具有可复用的功率电路，稳定性好，容错性好，设备接口可“即插即用”。但是该方案中需要采用功率开关阵列来对H桥变换器进行功能重构实现DC
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DC、DC
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AC和AC
‑
DC变换，为了提升灵活性而使用的大量功率开关导致其系统复杂度增加、成本过高和可靠性降低，难以满足实际的应用需求。

技术实现思路

[0008]为解决上述问题，提供一种面向办公居住园区用的交直流多端口配电系统，本技术采用了如下技术方案：
[0009]本技术提供了一种面向办公居住园区用的交直流多端口配电系统，其特征在于，包括：交流电源、工频变压器、至少一组交直流变换电路、复数个第一直流母线、两个第二直流母线、变流器模块、直流负荷模块以及交流负荷模块，其中，工频变压器与交流电源一一对应设置，该工频变压器的高压侧采用三角形接法与交流电源连接，低压侧采用三个单相独立绕组，且低压侧分别与交直流变换电路和交流负荷模块连接，直流负荷模块具有高压负荷单元和低压负荷单元，交直流变换电路的交流侧与工频变压器的低压侧连接，直流侧依次通过第一直流母线以及变流器模块与高压负荷单元连接，变流器模块至少具有母线变流器和充电变流器，母线变流器的输入侧与第一直流母线连接，输出侧通过第二直流母线与低压负荷单元连接，充电变流器的输入侧与第一直流母线连接，输出侧与高压负荷单元连接。
[0010]本技术提供的面向办公居住园区用的交直流多端口配电系统，其特征在于，还包括：能源模块，该能源模块具有分布式能源单元以及储能单元，其中，变流器模块还具有光伏变流器以及储能变流器，分布式能源单元与光伏变流器的输出侧连接，储能单元与储能变流器的输出侧连接。
[0011]本技术提供的面向办公居住园区用的交直流多端口配电系统，还可以具有这样的特征，其中，分布式能源单元为分布式光伏或分布式风电，储能单元为锂电池、超级电容或氢燃料电池。
[0012]本技术提供的面向办公居住园区用的交直流多端口配电系统，还可以具有这样的特征，其中，光伏变流器、储能变流器以及母线变流器均为DC/DC变流器，光伏变流器为单向DC/DC变流器，储能变流器以及母线变流器均为隔离型双向DC/DC变流器。
[0013]本技术提供的面向办公居住园区用的交直流多端口配电系统，还可以具有这样的特征，其中，充电变流器为隔离型双向DC/DC变流器或DC/AC变流器。
[0014]本技术提供的面向办公居住园区用的交直流多端口配电系统，还可以具有这样的特征，其中，隔离型双向DC/DC变流器的电路为双有源桥(DAB)拓扑结构。
[0015]本技术提供的面向办公居住园区用的交直流多端口配电系统，还可以具有这样的特征，其中，交流电源的线电压为10KV，工频变压器的低压侧三个单相绕组的电压为交流220V，相邻两个第一直流母线间的电压为375V，两个第二直流母线间的电压为48V。
[0016]本技术提供的面向办公居住园区用的交直流多端口配电系统，还可以具有这样的特征，其中，交直流变换电路为三相H桥变流器电路。
[0017]本技术提供的面向办公居住园区用的交直流多端口配电系统，还可以具有这样的特征，其中，低压负荷单元具有多个IT负载接口，用于对直流电压为48V的IT负载供电，交流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向办公居住园区用的交直流多端口配电系统，其特征在于，包括：交流电源、工频变压器、至少一组交直流变换电路、复数个第一直流母线、两个第二直流母线、变流器模块、直流负荷模块以及交流负荷模块，其中，所述工频变压器与所述交流电源一一对应设置，该工频变压器的高压侧采用三角形接法与所述交流电源连接，低压侧采用三个单相独立绕组，且所述低压侧分别与所述交直流变换电路和所述交流负荷模块连接，所述直流负荷模块具有高压负荷单元和低压负荷单元，所述交直流变换电路的交流侧与所述工频变压器的低压侧连接，直流侧依次通过所述第一直流母线以及所述变流器模块与所述高压负荷单元连接，所述变流器模块至少具有母线变流器和充电变流器，所述母线变流器的输入侧与所述第一直流母线连接，输出侧通过所述第二直流母线与所述低压负荷单元连接，所述充电变流器的输入侧与所述第一直流母线连接，输出侧与所述高压负荷单元连接。2.根据权利要求1所述的面向办公居住园区用的交直流多端口配电系统，其特征在于，还包括：能源模块，该能源模块具有分布式能源单元以及储能单元，其中，所述变流器模块还具有光伏变流器以及储能变流器，所述分布式能源单元与所述光伏变流器的输出侧连接，所述储能单元与所述储能变流器的输出侧连接。3.根据权利要求2所述的面向办公居住园区用的交直流多端口配电系统，其特征在于：其中，所述分布式能源单元为分布式光伏或分布式风电，所述储能单元为锂电池、超级电容或氢燃料电池。4.根据权利要求2所述的面向办公居住园区用的交直流多端...

【专利技术属性】
技术研发人员：李锦，焦娜娜，党恩帅，范雨顺，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：新型
国别省市：