一種適用于電動(dòng)汽車入戶的含重要負(fù)荷直流配電網(wǎng)的制作方法
【專利摘要】一種適用于電動(dòng)汽車入戶的含重要負(fù)荷直流配電網(wǎng),包括一個(gè)含有AC/DC變流器的換流站,一個(gè)含有DC/DC變流器的小區(qū)配電箱,至少一個(gè)斷路器或開關(guān),至少一個(gè)包含DC/AC變流器和雙向DC/DC變流器的重要負(fù)荷用換流箱,至少一個(gè)包含DC/AC變流器和雙向DC/DC變流器的用戶換流箱,至少一個(gè)重要負(fù)荷,至少一個(gè)傳統(tǒng)負(fù)荷,至少一個(gè)電動(dòng)汽車充電樁。與現(xiàn)有針對電動(dòng)汽車入戶而對配電網(wǎng)進(jìn)行擴(kuò)容的方案相比,本發(fā)明中所提方案在不改變原配電網(wǎng)線路結(jié)構(gòu)和不影響用戶負(fù)荷用電,且無需更換或升級電纜的情況下,僅對小區(qū)配電箱進(jìn)行改造,對用戶裝設(shè)居民換流箱,即可提升配電網(wǎng)的線路輸電容量。具有成本低、工程量小、可靠性高、可擴(kuò)展性好等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】—種適用于電動(dòng)汽車入戶的含重要負(fù)荷直流配電網(wǎng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于配電網(wǎng)輸電功率增容【技術(shù)領(lǐng)域】,具體涉及一種適用于電動(dòng)汽車入戶的含重要負(fù)荷直流配電網(wǎng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著不可再生化石能源的緊張與電池技術(shù)的發(fā)展,以電代油的電動(dòng)汽車作為新一代節(jié)能與環(huán)保的交通工具受到全世界關(guān)注和推廣應(yīng)用。在電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化發(fā)展過程中,除其本身的技術(shù)瓶頸外,亟待解決的是配電網(wǎng)擴(kuò)容問題。現(xiàn)有的交流配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖如說明書附圖中的圖1所示,當(dāng)電動(dòng)汽車大規(guī)模隨機(jī)接入時(shí),不僅對電動(dòng)汽車充電樁的需求量大,而且會(huì)對交流配網(wǎng)形成較大的負(fù)荷沖擊,造成配電網(wǎng)負(fù)荷的大幅提升,顯然,現(xiàn)有交流配電網(wǎng)線路容量很難滿足電動(dòng)汽車大規(guī)模入戶后的線路容量需求,為了適應(yīng)高滲透率電動(dòng)汽車入戶對配電網(wǎng)容量的需求,必須采取措施對配電網(wǎng)進(jìn)行擴(kuò)容。目前,針對配電網(wǎng)擴(kuò)容問題的解決方案主要有兩種:第一種是對配電網(wǎng)中原輸電電纜直接升級改造,將原輸電電纜更換為過流能力更大的電纜,此方案可根據(jù)負(fù)荷需求大幅擴(kuò)容,但工程量巨大,工期長,成本昂貴,耗材浪費(fèi)嚴(yán)重,且輸電電纜升級改造期間對居民生活影響嚴(yán)重;第二種是在不改變原配電網(wǎng)輸電線路結(jié)構(gòu)的情況下,采用輸電線路動(dòng)態(tài)增容技術(shù),該方案具有不改變輸電線路結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn),但需額外增加大量檢測和通信設(shè)備,且輸電線路實(shí)際可增加的傳輸容量易受自然環(huán)境影響,因此動(dòng)態(tài)增容常技術(shù)常應(yīng)用于高壓輸電線路中,在低壓配電網(wǎng)中考慮到成本、最大輸送容量增加幅度等因素而難以應(yīng)用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足,為解決現(xiàn)有配電網(wǎng)輸電容量提高方案存在成本高、工程量大、施工周期長、輸電容量提升幅度小及對用戶影響嚴(yán)重等問題,并考慮到重要負(fù)荷對供電可靠性的高要求,本發(fā)明一種適用于電動(dòng)汽車入戶的含重要負(fù)荷直流配電網(wǎng),用于應(yīng)對大規(guī)模的電動(dòng)汽車入戶后配電網(wǎng)峰值負(fù)荷的增加。對含重要負(fù)荷的用戶支路裝設(shè)斷路器或開關(guān),提高了重要負(fù)荷的供電可靠性,具有成本低、工程量小、可靠性高、可擴(kuò)展性好等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
一種適用于電動(dòng)汽車入戶的含重要負(fù)荷直流配電網(wǎng),
包括一個(gè)含有AC/DC變流器的換流站,
一個(gè)含有DC/DC變流器的小區(qū)配電箱,
一個(gè)開關(guān)件,
至少一個(gè)重要負(fù)荷用換流箱,
至少一個(gè)用戶換流箱,
至少一個(gè)重要負(fù)荷,
至少一個(gè)傳統(tǒng)負(fù)荷, 至少一個(gè)電動(dòng)汽車充電樁;
所述的含有AC/DC變流器的換流站交流側(cè)與外部交流網(wǎng)絡(luò)相連,所述換流站直流側(cè)與所述小區(qū)配電箱相連;
所述的含有DC/DC變流器的小區(qū)配電箱端電壓較高側(cè)與所述換流站相連,所述小區(qū)配電箱的端電壓較低側(cè)與各用戶支路相連;
所述的開關(guān)件安裝于含重要負(fù)荷用戶支路中,開關(guān)件一端與小區(qū)配電箱相連,開關(guān)件另一端與重要負(fù)荷用換流箱相連;
所述的重要負(fù)荷用換流箱中包含第一 DC/AC變流器和第一雙向DC/DC變流器,其中第一 DC/AC變流器的直流側(cè)與開關(guān)件相連,第一 DC/AC變流器的交流側(cè)與重要負(fù)荷相連,而第一雙向DC/DC變流器的端電壓較高側(cè)與開關(guān)件相連,第一雙向DC/DC變流器的端電壓較低側(cè)與電動(dòng)汽車充電樁相連;
所述的用戶換流箱中包含第二 DC/AC變流器和第二雙向DC/DC變流器,其中第二 DC/AC變流器的直流側(cè)與小區(qū)配電箱相連,第二 DC/AC變流器的交流側(cè)與傳統(tǒng)負(fù)荷相連,而第二雙向DC/DC變流器的端電壓較高側(cè)與小區(qū)配電箱相連,第二雙向DC/DC變流器的端電壓較低側(cè)與電動(dòng)汽車充電樁相連;
所述的重要負(fù)荷與重要負(fù)荷用換流箱內(nèi)第一 DC/AC變流器的交流側(cè)相連;所述的傳統(tǒng)負(fù)荷與用戶換流箱內(nèi)的第二 DC/AC變流器的交流側(cè)相連;
所述的電動(dòng)汽車充電樁與重要負(fù)荷用換流箱或用戶換流箱內(nèi)的雙向DC/DC變流器的端電壓較低側(cè)相連。
[0005]所述開關(guān)件為斷路器或者空氣開關(guān)。
[0006]各用戶分別裝設(shè)用戶換流箱,而用戶換流箱均留有電動(dòng)汽車充電樁接口。
[0007]相比于現(xiàn)有的提高配電網(wǎng)線路輸電容量的技術(shù),本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
I)、本發(fā)明無需改變原配電網(wǎng)線路結(jié)構(gòu),且無需更換或升級現(xiàn)有配電網(wǎng)所使用的電纜,具有工程量小、實(shí)現(xiàn)方便、對用戶影響小的優(yōu)點(diǎn)。
[0008]2)、本發(fā)明輸電線路容量的提升幅度可以通過配電網(wǎng)直流線路電壓的幅值進(jìn)行調(diào)節(jié),以滿足不同規(guī)模的電動(dòng)汽車入戶后對配電線路容量的需求,設(shè)計(jì)靈活,適用范圍廣,通用性強(qiáng)。
[0009]3)、本發(fā)明中低壓DC/DC變流器采用雙向結(jié)構(gòu),可實(shí)現(xiàn)電能反送,與斷路器或開關(guān)一起實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)供電系統(tǒng)故障情況下對重要負(fù)荷的不間斷供電,提高系統(tǒng)可靠性。
[0010]4)、本發(fā)明中用戶換流箱均留有電動(dòng)汽車充電樁接口,確保用戶添置電動(dòng)汽車后可方便、靈活地為電動(dòng)汽車充電,非常適用于電動(dòng)汽車入戶的情況。
[0011]5)、所述的直流配電系統(tǒng)重點(diǎn)考慮到了小區(qū)重要負(fù)荷的供電可靠性問題,并通過支路串接斷路器或開關(guān)以及雙向DC/DC變流器的聯(lián)合作用,確保重要負(fù)荷供電可靠性。
[0012]6)、重要負(fù)荷用換流箱和用戶換流箱中的DC/DC變流器是雙向的,電動(dòng)汽車充電樁可通過雙向DC/DC變流器反送電能給其它負(fù)荷。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是一種現(xiàn)有的交流配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2是本發(fā)明適用于電動(dòng)汽車入戶的含重要負(fù)荷的直流配電網(wǎng)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]如圖2所示,一種適用于電動(dòng)汽車入戶的含重要負(fù)荷直流配電網(wǎng),包括:一個(gè)含有AC/DC變流器的換流站I,一個(gè)含有DC/DC變流器的小區(qū)配電箱2,一個(gè)開關(guān)件3,開關(guān)件3為斷路器或空氣開關(guān),至少一個(gè)包含第一 DC/AC變流器5和第一雙向DC/DC變流器6的重要負(fù)荷用換流箱4,至少一個(gè)包含第二 DC/AC變流器8和第二雙向DC/DC變流器9的用戶換流箱7,至少一個(gè)重要負(fù)荷10,至少一個(gè)傳統(tǒng)負(fù)荷11,至少一個(gè)電動(dòng)汽車充電樁12 ;所述的含有AC/DC變流器的換流站I交流側(cè)與外部交流網(wǎng)絡(luò)相連,直流側(cè)與小區(qū)配電箱2相連;所述的含有DC/DC變流器的小區(qū)配電箱2端電壓較高側(cè)與換流站I相連(此處電壓等級受原配電網(wǎng)電纜的影響,以IlkV交流配電網(wǎng)電纜為例,直流電壓可以工作在30kV),端電壓較低側(cè)與各用戶支路相連(此處電壓等級受逆變器和輸電容量的影響,可以設(shè)置在800V左右);所述的斷路器或開關(guān)3裝設(shè)于含重要負(fù)荷用戶支路中,一端與小區(qū)配電箱2相連,另一端與重要負(fù)荷用換流箱4相連;所述的重要負(fù)荷用換流箱4中包含第一 DC/AC變流器5和第一雙向DC/DC變流器6,其中第一 DC/AC變流器5的直流側(cè)與斷路器或開關(guān)3相連,交流側(cè)與重要負(fù)荷10相連,而第一雙向DC/DC變流器6的端電壓較高側(cè)與斷路器或開關(guān)3相連(此處電壓等級受逆變器和輸電容量的影響,可以設(shè)置在800V左右),端電壓較低側(cè)與電動(dòng)汽車充電樁12相連(此處為電動(dòng)汽車充電樁電壓,常見范圍是200-450V);所述的用戶換流箱7中包含第二 DC/AC變流器8和第二雙向DC/DC變流器9,其中第二 DC/AC變流器8的直流側(cè)與小區(qū)配電箱2相連,交流側(cè)與傳統(tǒng)負(fù)荷11相連,而第二雙向DC/DC變流器9的端電壓較高偵嶼小區(qū)配電箱2相連,端電壓較低側(cè)與電動(dòng)汽車充電樁12相連;所述的重要負(fù)荷10與重要負(fù)荷用換流箱4內(nèi)第一 DC/AC變流器5的交流側(cè)相連;所述的傳統(tǒng)負(fù)荷11與用戶換流箱7內(nèi)的第二 DC/AC變流器8的交流側(cè)相連;所述的電動(dòng)汽車充電樁12與重要負(fù)荷用換流箱4或用戶換流箱7內(nèi)的第一雙向DC/DC變流器6或第二雙向DC/DC變流器9的端電壓較低側(cè)相連。
[0016]考慮到同樣絕緣厚度和芯線截面的電纜,其耐受直流電壓的能力比耐受交流電壓的能力約高3倍以上,圖1所示的現(xiàn)有交流配電系統(tǒng)的配電線路,母線電壓為10kV,因此在不改變圖1所示交流配電系統(tǒng)線路結(jié)構(gòu)的情況下,圖2中所示的直流配電線路電壓可達(dá)30kV以上。(現(xiàn)在城市中壓配電網(wǎng)多數(shù)采用電纜,給所提方案的實(shí)施提供了可行性)。進(jìn)一步考慮交流輸電電壓峰值與有效值之間的關(guān)系及輸電線路功率因數(shù)對實(shí)際輸送容量的影響,在不改變圖1所示的現(xiàn)有交流配電網(wǎng)電纜的前提下,采樣圖2所示的直流配電形式,配電線路的輸電容量理論上可提高4.7倍左右(此處因考慮導(dǎo)線具體連接方式,1kV 一般是3條配電線,此處設(shè)定雙極供電方式,即兩條母線電壓分別為正負(fù)30kV以及一個(gè)地線,那么實(shí)際可提高容量就是4.7倍左右)。圖2所示實(shí)施例中,換流站I將IlOkV的交流電整流成正負(fù)30kV的直流電,配電線路將電能以直流的形式輸送至小區(qū)配電箱2 ;小區(qū)配電箱2中的DC/DC變流器將正負(fù)30kV的直流電壓降至正負(fù)800V,送至各用戶支路中;重要負(fù)荷支路中裝設(shè)有斷路器或開關(guān)3,當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí),斷路器或開關(guān)3將重要負(fù)荷10與故障隔離,保證重要負(fù)荷10免受故障影響;含重要負(fù)荷的用戶支路中,重要負(fù)荷用換流箱4中的第一 DC/AC變流器5將正負(fù)800V的直流電逆變?yōu)?20V的交流電供重要負(fù)荷10使用,第一雙向DC/DC變流器6將正負(fù)800V的直流電變換為400V的直流電供電動(dòng)汽車充電樁12使用;不含重要負(fù)荷的用戶支路中,用戶換流箱7中的第二 DC/AC變流器8將正負(fù)800V的直流電逆變?yōu)?20V的交流電供傳統(tǒng)負(fù)荷11使用,第二雙向DC/DC變流器9將正負(fù)800V的直流電變換為400V的直流電供電動(dòng)汽車充電樁12使用。
[0017]如圖2所示,重要負(fù)荷用換流箱I和用戶換流箱7中均分別裝設(shè)第一雙向DC/DC變流器6、9,第一雙向DC/DC變流器6和9是否連接電動(dòng)汽車充電樁負(fù)荷,可根據(jù)居民用戶是否使用電動(dòng)汽車具體情況而定。根據(jù)電網(wǎng)狀態(tài)的不同,直流配電網(wǎng)的工作狀態(tài)有2種:
1、電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí):直流斷路器不工作,直流配電網(wǎng)中的傳統(tǒng)負(fù)荷11、重要負(fù)荷10、電動(dòng)汽車充電樁負(fù)荷12均由外部交流網(wǎng)絡(luò)提供的電能經(jīng)配電線路傳輸供給,此時(shí),電動(dòng)汽車充電樁均作為負(fù)荷從配電網(wǎng)吸收和存儲(chǔ)電能。
[0018]2、電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí):對于含重要負(fù)荷支路,無論配電網(wǎng)發(fā)生何種故障,為確保重要負(fù)荷不受影響,含重要負(fù)荷支路中所裝設(shè)的斷路器或開關(guān)3立即斷開,切斷重要負(fù)荷支路與直流配電網(wǎng)的聯(lián)系,同時(shí)電動(dòng)汽車充電樁12中儲(chǔ)存的電能通過重要負(fù)荷用換流箱4內(nèi)第一雙向DC/DC變流器6向重要負(fù)荷反送電能,保證重要負(fù)荷的供電不間斷性;待故障排除后,斷路器或開關(guān)I重新閉合,將含重要負(fù)荷的支路投入直流配電網(wǎng)中,恢復(fù)電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)的工作狀態(tài)。對于不含重要負(fù)荷的用戶支路,則會(huì)因故障點(diǎn)位置的不同而受到不同程度的影響,待故障排除后方能恢復(fù)正常工作。
[0019]圖2所示的本發(fā)明具體實(shí)施例中,換流站I包含的AC/DC變流器、小區(qū)配電箱2包含的DC/DC變流器、重要負(fù)荷用換流箱4內(nèi)的第一 DC/AC變流器5和第一雙向DC/DC變流器6、用戶換流箱7內(nèi)的第二 DC/AC變流器8和第二雙向DC/DC變流器9的電壓等級均以一實(shí)例進(jìn)行設(shè)計(jì)和闡述,在在實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)容量需求來選擇和確定電壓等級。
[0020]綜上所述,本發(fā)明的直流配電系統(tǒng)在不改變原配電網(wǎng)線路結(jié)構(gòu)和不影響原居民負(fù)荷用電,且無需更換或升級電纜的情況下,僅對小區(qū)配電箱進(jìn)行改造,對用戶裝設(shè)居民換流箱,便可提升配電網(wǎng)的線路輸電容量,具有配電線路損耗小、工程量小、可擴(kuò)展性好的優(yōu)點(diǎn),且所提升配電網(wǎng)輸電容量的幅度完全能夠滿足大規(guī)模的電動(dòng)汽車入戶對配電網(wǎng)傳輸容量的需求,可實(shí)施性強(qiáng)、可靠性高;另外,本發(fā)明考慮到小區(qū)內(nèi)重要負(fù)荷需保證不間斷供電的需求,對含重要負(fù)荷的用戶支路裝設(shè)斷路器或開關(guān),保證了重要負(fù)荷的供電可靠性。因此,本發(fā)明是一種可靠性較高且非常適用于電動(dòng)汽車入戶的含有重要負(fù)荷的直流配電網(wǎng)。
[0021]本發(fā)明的上述實(shí)施范例僅僅是為說明本發(fā)明所作的舉例,而并非是對本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說,在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其他不同形式的變化和變動(dòng)。這里無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引申出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。
【權(quán)利要求】
1.一種適用于電動(dòng)汽車入戶的含重要負(fù)荷直流配電網(wǎng), 包括一個(gè)含有AC/DC變流器的換流站(I ), 一個(gè)含有DC/DC變流器的小區(qū)配電箱(2), 一個(gè)開關(guān)件(3), 至少一個(gè)重要負(fù)荷用換流箱(4), 至少一個(gè)用戶換流箱(7), 至少一個(gè)重要負(fù)荷(10), 至少一個(gè)傳統(tǒng)負(fù)荷(11), 至少一個(gè)電動(dòng)汽車充電樁(12);其特征在于, 所述的含有AC/DC變流器的換流站(I)交流側(cè)與外部交流網(wǎng)絡(luò)相連,所述換流站(I)直流側(cè)與所述小區(qū)配電箱(2)相連; 所述的含有DC/DC變流器的小區(qū)配電箱(2)端電壓較高側(cè)與所述換流站(I)相連,所述小區(qū)配電箱(2)的端電壓較低側(cè)與各用戶支路相連; 所述的開關(guān)件(3)安裝于含重要負(fù)荷用戶支路中,開關(guān)件(3)—端與小區(qū)配電箱(2)相連,開關(guān)件(3)另一端與重要負(fù)荷用換流箱(4)相連; 所述的重要負(fù)荷用換流箱(4)中包含第一 DC/AC變流器(5)和第一雙向DC/DC變流器(6),其中第一 DC/AC變流器(5)的直流側(cè)與開關(guān)件(3)相連,第一 DC/AC變流器(5)的交流側(cè)與重要負(fù)荷(10)相連,而第一雙向DC/DC變流器(6)的端電壓較高側(cè)與開關(guān)件(3)相連,第一雙向DC/DC變流器(6)的端電壓較低側(cè)與電動(dòng)汽車充電樁(12)相連; 所述的用戶換流箱(7)中包含第二 DC/AC變流器(8)和第二雙向DC/DC變流器(9),其中第二 DC/AC變流器(8)的直流側(cè)與小區(qū)配電箱相連,第二 DC/AC變流器(8)的交流側(cè)與傳統(tǒng)負(fù)荷(11)相連,而第二雙向DC/DC變流器(9)的端電壓較高側(cè)與小區(qū)配電箱(2)相連,第二雙向DC/DC變流器(9)的端電壓較低側(cè)與電動(dòng)汽車充電樁(12)相連; 所述的重要負(fù)荷(10)與重要負(fù)荷用換流箱(4)內(nèi)第一 DC/AC變流器(5)的交流側(cè)相連;所述的傳統(tǒng)負(fù)荷(11)與用戶換流箱(7)內(nèi)的第二 DC/AC變流器(8)的交流側(cè)相連; 所述的電動(dòng)汽車充電樁(12)與重要負(fù)荷用換流箱(4)或用戶換流箱(7)內(nèi)的雙向DC/DC變流器的端電壓較低側(cè)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種適用于電動(dòng)汽車入戶的含重要負(fù)荷直流配電網(wǎng),其特征在于,所述開關(guān)件(3)為斷路器或者空氣開關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種適用于電動(dòng)汽車入戶的含重要負(fù)荷直流配電網(wǎng),其特征在于,各用戶分別裝設(shè)用戶換流箱(7),而用戶換流箱均(7)留有電動(dòng)汽車充電樁接口。
4.如權(quán)利要求1~3所述任意一種適用于電動(dòng)汽車入戶的含重要負(fù)荷直流配電網(wǎng)的供電方法,其特征在于,電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí):直流斷路器不工作,直流配電網(wǎng)中的傳統(tǒng)負(fù)荷(11)、重要負(fù)荷(10)、電動(dòng)汽車充電樁負(fù)荷12均由外部交流網(wǎng)絡(luò)提供的電能經(jīng)配電線路傳輸供給,此時(shí),電動(dòng)汽車充電樁均作為負(fù)荷從配電網(wǎng)吸收和存儲(chǔ)電能; 電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí):對于含重要負(fù)荷支路,無論配電網(wǎng)發(fā)生何種故障,為確保重要負(fù)荷不受影響,含重要負(fù)荷支路中所裝設(shè)的斷路器或開關(guān)立即斷開,切斷重要負(fù)荷支路與直流配電網(wǎng)的聯(lián)系,同時(shí)電動(dòng)汽車充電樁(12)中儲(chǔ)存的電能通過重要負(fù)荷用換流箱(4)內(nèi)第一雙向DC/DC變流器(6)向重要負(fù)荷反送電能,保證重要負(fù)荷的供電不間斷性;待故障排除后,斷路器或開關(guān)重新閉合,將含重要負(fù)荷的支路投入直流配電網(wǎng)中,恢復(fù)電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)的工作狀態(tài)。
【文檔編號】H02J5/00GK104485695SQ201410758980
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月11日
【發(fā)明者】佘小莉, 邾玢鑫, 譚超, 楊玉良, 潘海龍 申請人:三峽大學(xué)