本發(fā)明涉及一種供電系統(tǒng)，具體講涉及一種配電網(wǎng)柔性交流直流混合供電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
自世界上第一條高壓直流輸電線路建成投運(yùn)以來(lái)，經(jīng)過(guò)60多年的發(fā)展，高壓直流輸電技術(shù)已廣泛應(yīng)用到遠(yuǎn)距離超高壓輸電、跨海輸電和非同步聯(lián)網(wǎng)等幾個(gè)方面。直流輸電具有線路投資少、不存在系統(tǒng)穩(wěn)定問(wèn)題、調(diào)節(jié)快速、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)。于此同時(shí)，在配電網(wǎng)中直流用電和分布式電源并網(wǎng)、儲(chǔ)能的需求也日漸突出，然而傳統(tǒng)配電網(wǎng)都是交流電網(wǎng)不具備直流供電功能，而且事實(shí)上大多數(shù)電子負(fù)荷所需要的用電方式都是直流電能。目前采用的方法都是在用電負(fù)荷側(cè)各自加裝小型電力電子整流器的方式將配電變壓器提供的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，直流負(fù)荷才能正常使用，如圖1所示。這種分散整流的方式不僅增加了成本、容易產(chǎn)生諧波而且極大的降低了效率，如果直接對(duì)這些直流負(fù)荷提供直流電，將會(huì)大大減少能耗，據(jù)美國(guó)杜克能源公司驗(yàn)證，如果對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)中心的負(fù)荷直接提供直流電可以減少能耗百分之十五左右。當(dāng)前以配電變壓器為基礎(chǔ)的配電網(wǎng)本身并不具備直接提供直流電能的功能，雖然今天的電力變壓器，無(wú)論是工藝，還是性能都達(dá)到了前所未有的高度，但變壓器的基本功能、工作原理和結(jié)構(gòu)卻沒(méi)有發(fā)生任何變化。在電力系統(tǒng)面對(duì)新需求的背景下，作為電力系統(tǒng)最基本變電裝置的電力變壓器，過(guò)于單一的功能使得其不足之處越來(lái)越明顯。如果能夠直接利用配電系統(tǒng)最基本的元件——配電變壓器，來(lái)解決用戶的交、直流混合供電和電能質(zhì)量控制問(wèn)題，那么配電系統(tǒng)會(huì)變得更高效、簡(jiǎn)潔、安全。隨著配用電側(cè)直流負(fù)荷和分布式電源并網(wǎng)需求不斷上漲，如電動(dòng)汽車充放電、光伏等分布式電源并網(wǎng)等，以及對(duì)于大部分負(fù)荷而言本身就是直流用電形式，而且直流供電相對(duì)于交流供電來(lái)說(shuō)具有控制簡(jiǎn)單、損耗小等優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)傳統(tǒng)鐵芯式配電變壓器只能傳輸交流電，無(wú)法有效滿足直流用電的用戶需求的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種配電網(wǎng)柔性交流直流混合供電系統(tǒng)，融 合了傳統(tǒng)配電變壓器和DFACTS控制器的功能，徹底改變了傳統(tǒng)變壓器的剛性控制結(jié)構(gòu)，使配電網(wǎng)控制更簡(jiǎn)潔靈活，不僅可以提供高質(zhì)量的交流電能輸出而且還能提供高質(zhì)量的直流電能輸出。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：本發(fā)明提供一種配電網(wǎng)柔性交流直流混合供電系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括高壓級(jí)單元、隔離級(jí)單元、低壓級(jí)單元和直流供電單元；所述高壓級(jí)單元、隔離級(jí)單元和低壓級(jí)單元依次連接，所述高壓級(jí)單元與隔離級(jí)單元之間、隔離級(jí)單元與低壓級(jí)單元之間均通過(guò)直流母線連接。所述直流供電單元與隔離級(jí)單元和低壓級(jí)單元之間的直流母線并聯(lián)。所述系統(tǒng)為三相四線制的交流直流混合供電系統(tǒng)。所述高壓級(jí)單元包括第一AC/DC變換器，所述第一AC/DC變換器包括三相全橋整流有源前端、控制器和輔助設(shè)備；控制器產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)對(duì)三相全橋整流有源前端的電力電子器件主電路進(jìn)行控制；輔助設(shè)備接收控制器的調(diào)制信號(hào)并產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，對(duì)三相全橋整流有源前端的電力電子器件的通斷進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并對(duì)三相全橋整流有源前端的過(guò)溫、過(guò)壓和過(guò)流進(jìn)行保護(hù)，實(shí)現(xiàn)三相全橋整流有源前端的變量檢測(cè)和反饋控制，使三相全橋整流有源前端安全啟動(dòng)、停機(jī)和散熱；所述第一AC/DC變換器交流側(cè)接入配電網(wǎng)線路，直流側(cè)通過(guò)直流母線與隔離級(jí)單元的第一DC/AC變換器直流側(cè)相連。所述隔離級(jí)單元包括第一DC/AC變換器、隔離變壓器和第二AC/DC變換器。所述第一DC/AC變換器包括單相H橋高頻諧振逆變器、控制器和輔助設(shè)備；控制器產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)對(duì)單相H橋高頻諧振逆變器的電力電子器件主電路進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)輸入直流到高頻交流方波；輔助設(shè)備接收控制器的調(diào)制信號(hào)并產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，對(duì)單相H橋高頻諧振逆變器的電力電子器件的通斷進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并對(duì)單相H橋高頻諧振逆變器的過(guò)溫、過(guò)壓和過(guò)流進(jìn)行保護(hù)，使單相H橋高頻諧振逆變器安全啟動(dòng)和、停機(jī)和散熱；所述第一DC/AC變換器直流側(cè)與高壓級(jí)直流母線相并連，交流側(cè)輸出高頻交流方波與隔離級(jí)中/高頻變壓器一次側(cè)相連。所述隔離級(jí)變壓器為一次側(cè)1路輸入、二次側(cè)3路輸出的隔離變壓器；一次側(cè)與隔離級(jí)第一DC/AC變換器高頻方波交流側(cè)相并連，二次側(cè)3個(gè)接口分別與隔離級(jí)第二AC/DC變換器的3單相H橋高頻諧振整流器的高頻方波交流側(cè)相并連。所述隔離變壓器為中頻隔離變壓器或高頻隔離變壓器。所述第二AC/DC變換器包括3個(gè)單相H橋高頻諧振整流器、控制器和輔助設(shè)備；控制器產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)對(duì)3個(gè)單相H橋高頻諧振整流器的電力電子器件主電路進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)輸入高頻方波交流到直流變換；輔助設(shè)備接收控制器的調(diào)制信號(hào)并產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，對(duì)單相H橋高 頻諧振整流器的電力電子器件的通斷進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并對(duì)單相H橋高頻諧振整流器的過(guò)溫、過(guò)壓和過(guò)流進(jìn)行保護(hù)，使單相H橋高頻諧振整流器安全啟動(dòng)、停機(jī)和散熱；所述第二AC/DC變換器交流側(cè)3個(gè)單相H橋高頻諧振整流器分別與隔離變壓器的二次側(cè)3路輸出相并連，3路直流側(cè)分別通過(guò)直流母線與低壓級(jí)第二DC/AC變換器的3個(gè)單相H橋逆變器直流側(cè)相并連以及分別與直流供電單元的DC/DC變換器的3個(gè)半橋斬波器的高壓側(cè)相并連。所述低壓級(jí)單元包括第二DC/AC變換器，所述第二DC/AC變換器包括3個(gè)單相H橋逆變器、控制器、3個(gè)LC濾波器和輔助設(shè)備；控制器產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)對(duì)3個(gè)單相H橋逆變器的電力電子器件主電路進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)輸入直流到工頻交流變換；輔助設(shè)備接收控制器的調(diào)制信號(hào)并產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，對(duì)單相H橋逆變器的電力電子器件的通斷進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并對(duì)單相H橋逆變器的過(guò)溫、過(guò)壓和過(guò)流進(jìn)行保護(hù)，實(shí)現(xiàn)單相H橋逆變器的變量檢測(cè)和反饋控制，使單相H橋逆變器安全啟動(dòng)、停機(jī)和散熱；3個(gè)單相H橋逆變器直流側(cè)分別與隔離級(jí)3個(gè)直流母線相并連，交流側(cè)分別與3個(gè)LC濾波器相并連，消除電壓諧波，達(dá)到濾波的作用，輸出按YN聯(lián)結(jié)，形成三相四線輸出，實(shí)現(xiàn)三相電壓恒定、波形正弦、相位互相相差120°的工頻交流輸出。所述直流供電單元包括DC/DC變換器，所述DC/DC變換器包括3個(gè)半橋斬波器、3個(gè)LCL濾波器、控制器和輔助設(shè)備；控制器產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)對(duì)3個(gè)半橋斬波器的電力電子器件主電路進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)輸入直流到所需電壓等級(jí)的直流變換；輔助設(shè)備接收控制器的調(diào)制信號(hào)并產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，對(duì)半橋斬波器的電力電子器件的通斷進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并對(duì)半橋斬波器的過(guò)溫、過(guò)壓和過(guò)流進(jìn)行保護(hù)，實(shí)現(xiàn)單相H橋逆變器的變量檢測(cè)和反饋控制，使半橋斬波器安全啟動(dòng)、停機(jī)散熱；所述DC/DC變換器的3個(gè)半橋斬波器的高壓側(cè)分別與隔離級(jí)3個(gè)直流母線相并聯(lián)，低壓側(cè)分別與3個(gè)LCL濾波器相連，輸出高電能質(zhì)量的直流用電。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：（1）融合了傳統(tǒng)配電變壓器和DFACTS控制器的功能，徹底改變了傳統(tǒng)變壓器的剛性控制結(jié)構(gòu)，使配電網(wǎng)控制更簡(jiǎn)潔靈活，不僅可以提供高質(zhì)量的交流電能輸出而且還能提供高質(zhì)量的直流電能輸出；（2）提出了三相四線的交流供電同時(shí)直流供電的主要技術(shù)方案和主電路拓?fù)?；?）提出了多極控制的交直流混合供電以及電能質(zhì)量控制的控制策略。附圖說(shuō)明圖1是現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)供電方式結(jié)構(gòu)圖；圖2是配電網(wǎng)柔性交流直流混合供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖3是交流直流混合供電和電能質(zhì)量控制主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；圖4是高壓級(jí)單元控制流程圖；圖5是低壓級(jí)單元控制流程圖；圖6是直流供電單元控制流程圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。柔性配電技術(shù)（DistributionFACTS，DFACTS）即用戶電力技術(shù)（CustomPower，CP）注重的是加強(qiáng)供電可控性、提高電能質(zhì)量以及解決分布式電源并網(wǎng)問(wèn)題。將DFACTS技術(shù)運(yùn)用到配電變壓器的設(shè)計(jì)中，徹底改變傳統(tǒng)配電變壓器的剛性系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)全柔性控制，使得配電網(wǎng)不僅僅只是具備交流電能傳輸、變壓和隔離功能同時(shí)還具備直流供電和電能質(zhì)量控制的功能，徹底改變當(dāng)前配電系統(tǒng)機(jī)械、機(jī)電等剛性控制的結(jié)構(gòu)。如圖2，本發(fā)明提供一種配電網(wǎng)柔性交流直流混合供電系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括高壓級(jí)單元、隔離級(jí)單元、低壓級(jí)單元和直流供電單元；所述高壓級(jí)單元、隔離級(jí)單元和低壓級(jí)單元依次連接，所述高壓級(jí)單元與隔離級(jí)單元之間、隔離級(jí)單元與低壓級(jí)單元之間均通過(guò)直流母線連接。所述直流供電單元與隔離級(jí)單元和低壓級(jí)單元之間的直流母線并聯(lián)。所述系統(tǒng)為三相四線制的交流直流混合供電系統(tǒng)。如3和圖4，所述高壓級(jí)單元包括第一AC/DC變換器，所述第一AC/DC變換器包括三相全橋整流有源前端、控制器和輔助設(shè)備；控制器產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)對(duì)三相全橋整流有源前端的電力電子器件主電路進(jìn)行控制；輔助設(shè)備接收控制器的調(diào)制信號(hào)并產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，對(duì)三相全橋整流有源前端的電力電子器件的通斷進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并對(duì)三相全橋整流有源前端的過(guò)溫、過(guò)壓和過(guò)流進(jìn)行保護(hù)，實(shí)現(xiàn)三相全橋整流有源前端的變量檢測(cè)和反饋控制，使三相全橋整流有源前端安全啟動(dòng)、停機(jī)和散熱；所述第一AC/DC變換器交流側(cè)接入配電網(wǎng)線路，直流側(cè)通過(guò)直流母線與隔離級(jí)單元的第一DC/AC變換器直流側(cè)相連。所述隔離級(jí)單元包括第一DC/AC變換器、隔離變壓器和第二AC/DC變換器。所述第一DC/AC變換器包括單相H橋高頻諧振逆變器、控制器和輔助設(shè)備；控制器產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)對(duì)單相H橋高頻諧振逆變器的電力電子器件主電路進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)輸入直流到高頻交流方波；輔助設(shè)備接收控制器的調(diào)制信號(hào)并產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，對(duì)單相H橋高頻諧振逆變器的電力電子器件的通斷進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并對(duì)單相H橋高頻諧振逆變器的過(guò)溫、過(guò)壓和過(guò)流進(jìn)行保護(hù)，使單相H橋高頻諧振逆變器安全啟動(dòng)、停機(jī)和散熱；所述第一DC/AC變換器直流側(cè)與 高壓級(jí)直流母線相并連，交流側(cè)輸出高頻交流方波與隔離級(jí)中/高頻變壓器一次側(cè)相連。所述隔離級(jí)變壓器為一次側(cè)1路輸入、二次側(cè)3路輸出的隔離變壓器；一次側(cè)與隔離級(jí)第一DC/AC變換器高頻方波交流側(cè)相并連，二次側(cè)3個(gè)接口分別與隔離級(jí)第二AC/DC變換器的3單相H橋高頻諧振整流器的高頻方波交流側(cè)相并連。所述隔離變壓器為中頻隔離變壓器或高頻隔離變壓器。所述第二AC/DC變換器包括3個(gè)單相H橋高頻諧振整流器、控制器和輔助設(shè)備；控制器產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)對(duì)3個(gè)單相H橋高頻諧振整流器的電力電子器件主電路進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)輸入高頻方波交流到直流變換；輔助設(shè)備接收控制器的調(diào)制信號(hào)并產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，對(duì)單相H橋高頻諧振整流器的電力電子器件的通斷進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并對(duì)單相H橋高頻諧振整流器的過(guò)溫、過(guò)壓和過(guò)流進(jìn)行保護(hù)，使單相H橋高頻諧振整流器安全啟動(dòng)、停機(jī)和散熱；所述第二AC/DC變換器交流側(cè)3個(gè)單相H橋高頻諧振整流器分別與隔離變壓器的二次側(cè)3路輸出相并連，3路直流側(cè)分別通過(guò)直流母線與低壓級(jí)第二DC/AC變換器的3個(gè)單相H橋逆變器直流側(cè)相并連以及分別與直流供電單元的DC/DC變換器的3個(gè)半橋斬波器的高壓側(cè)相并連。如圖3和圖5，所述低壓級(jí)單元包括第二DC/AC變換器，所述第二DC/AC變換器包括3個(gè)單相H橋逆變器、控制器、3個(gè)LC濾波器和輔助設(shè)備；控制器產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)對(duì)3個(gè)單相H橋逆變器的電力電子器件主電路進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)輸入直流到工頻交流變換；輔助設(shè)備接收控制器的調(diào)制信號(hào)并產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，對(duì)單相H橋逆變器的電力電子器件的通斷進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并對(duì)單相H橋逆變器的過(guò)溫、過(guò)壓和過(guò)流進(jìn)行保護(hù)，實(shí)現(xiàn)單相H橋逆變器的變量檢測(cè)和反饋控制，使單相H橋逆變器安全啟動(dòng)、停機(jī)和散熱；3個(gè)單相H橋逆變器直流側(cè)分別與隔離級(jí)3個(gè)直流母線相并連，交流側(cè)分別與3個(gè)LC濾波器相并連，消除電壓諧波，達(dá)到濾波的作用，輸出按YN聯(lián)結(jié)，形成三相四線輸出，實(shí)現(xiàn)三相電壓恒定、波形正弦、相位互相相差120°的工頻交流輸出。如圖3和圖6，所述直流供電單元包括DC/DC變換器，所述DC/DC變換器包括3個(gè)半橋斬波器、3個(gè)LCL濾波器、控制器和輔助設(shè)備；控制器產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)對(duì)3個(gè)半橋斬波器的電力電子器件主電路進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)輸入直流到所需電壓等級(jí)的直流變換；輔助設(shè)備接收控制器的調(diào)制信號(hào)并產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，對(duì)半橋斬波器的電力電子器件的通斷進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并對(duì)半橋斬波器的過(guò)溫、過(guò)壓和過(guò)流進(jìn)行保護(hù)，實(shí)現(xiàn)單相H橋逆變器的變量檢測(cè)和反饋控制，使半橋斬波器安全啟動(dòng)、停機(jī)和散熱；所述DC/DC變換器的3個(gè)半橋斬波器的高壓側(cè)分別與隔離級(jí)3個(gè)直流母線相并聯(lián)，低壓側(cè)分別與3個(gè)LCL濾波器相連，輸出高電能質(zhì)量的直流用電。最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是：以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡管參照 上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。