一種含電動汽車充電樁的高可靠性直流配電網(wǎng)的制作方法
【專利摘要】一種含電動汽車充電樁的高可靠性直流配電系統(tǒng)，包括一個含有AC/DC變流器的換流站，一個包含DC/DC變流器的小區(qū)配電箱，一個直流斷路器，至少一個包含DC/AC變流器和雙向DC/DC變流器的居民換流箱，至少一個居民傳統(tǒng)負(fù)荷，至少一個電動汽車充電樁。與現(xiàn)有的針對含電動汽車充電樁的配電網(wǎng)擴(kuò)容方案相比，本實(shí)用新型不改變原配電網(wǎng)線路結(jié)構(gòu)，且無需更換或升級電纜，在不影響原居民負(fù)荷用電的情況下，僅對小區(qū)配電箱進(jìn)行改造，在居民用戶家中裝設(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、可擴(kuò)展性好等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種含電動汽車充電樁的高可靠性直流配電網(wǎng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于配電網(wǎng)輸電功率增容【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種含電動汽車充電粧的高可靠性直流配電網(wǎng)。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，在能源危機(jī)、溫室效應(yīng)、大氣污染等全球性問題的加劇的態(tài)勢下，電動汽車憑其節(jié)能減排、遏制氣候變暖以及減少人類對不可再生化石能源依賴等方面的優(yōu)勢而備受關(guān)注并得到快速發(fā)展。在電動汽車發(fā)展過程中，亟待解決的問題是充電粧的建設(shè)和配電網(wǎng)的增容。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)電動汽車大規(guī)模接入時，不僅電動汽車充電粧需求量大，而且電動汽車這一直流負(fù)荷的大量接入勢必會造成配電網(wǎng)負(fù)荷的大幅提升，這對配電線路容量提出了更高要求。針對電動汽車對充電位置的需求問題，現(xiàn)有方案是集中建設(shè)充電站或充電粧，該方案可以滿足少量的電動汽車充電位置需求，但當(dāng)電動汽車滲透率越來越高時，必須對所建充電站或充電粧進(jìn)行擴(kuò)增，且充電管理困難，用戶亦須較準(zhǔn)確掌控充電站動態(tài)，以保證驅(qū)車到站后能快速充好電。針對配電網(wǎng)的增容問題，目前的解決方案有兩種，一是對原輸電電纜直接升級改造，將原電纜更換為過流能力更大的電纜，此方法工程量巨大，工期長，成本昂貴，耗材浪費(fèi)嚴(yán)重，且對居民生活影響嚴(yán)重，二是采用輸電線路動態(tài)增容技術(shù)，該方案不改變原線路電纜，但需增設(shè)大量檢測和通信設(shè)備，且增容幅度小，尚難滿足電動汽車滲透率較大時對線路容量的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，為解決電動汽車充電位置難找及現(xiàn)有配電網(wǎng)增容方案成本高、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。本實(shí)用新型提供一種含電動汽車充電粧的高可靠性直流配電網(wǎng)，用于確保電動汽車充電方便靈活和應(yīng)對大規(guī)模電動汽車接入后配電網(wǎng)峰值負(fù)荷的增加。不改變原配電網(wǎng)線路結(jié)構(gòu)，且無需更換或升級電纜，在不影響原居民負(fù)荷用電的情況下，僅對小區(qū)配電箱進(jìn)行改造，在居民用戶家中裝設(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、可擴(kuò)展性好等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案為:
[0005]一種含電動汽車充電粧的高可靠性直流配電網(wǎng)，包括一個含有AC/DC變流器的換流站，一個包含DC/DC變流器的小區(qū)配電箱，一個直流斷路器，至少一個居民換流箱，至少一個居民傳統(tǒng)負(fù)荷，至少一個電動汽車充電粧；所述的含有AC/DC變流器的換流站的交流側(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，端電壓較低側(cè)與直流斷路器相連；所述的直流斷路器安裝在小區(qū)配電箱出線處，直流斷路器一端與小區(qū)配電箱相連，直流斷路器另一端與居民換流箱相連；所述的居民換流箱中包含DC/AC變流器和雙向DC/DC變流器，其中DC/AC變流器的直流側(cè)與直流斷路器相連，DC/AC變流器的交流側(cè)與居民傳統(tǒng)負(fù)荷相連，而雙向DC/DC變流器的端電壓較高側(cè)與直流斷路器相連，雙向DC/DC變流器的端電壓較低側(cè)與電動汽車充電粧相連；所述的居民傳統(tǒng)負(fù)荷與居民換流箱內(nèi)的DC/AC變流器的交流側(cè)相連；
[0006]所述的電動汽車充電粧與居民換流箱內(nèi)的雙向DC/DC變流器的端電壓較低側(cè)相連。
[0007]該直流配電網(wǎng)中電能傳輸均為直流電能形式。
[0008]所述的居民換流箱中的DC/DC變流器是雙向的，電動汽車充電粧可通過居民換流箱中的雙向DC/DC變流器反送電能給配電網(wǎng)中其它負(fù)荷。
[0009]小區(qū)配電箱與居民用戶之間裝設(shè)一臺直流斷路器，以保證居民用電質(zhì)量和提高直流配電網(wǎng)可靠性。
[0010]每戶居民的居民換流箱中均留有電動汽車充電粧接口，居民用戶在自家便可完成電動汽車的充電，方便靈活。
[0011]本實(shí)用新型一種含電動汽車充電粧的高可靠性直流配電網(wǎng)，技術(shù)效果如下:
[0012]1)、本實(shí)用新型無需改變原配電網(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。
[0013]2)、本實(shí)用新型的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)，以滿足不同滲透率的電動汽車接入后對配電線路容量的需求。
[0014]3 )、本實(shí)用新型僅需改變現(xiàn)有配電系統(tǒng)中的變電站和小區(qū)配電箱的結(jié)構(gòu)，加裝一個直流斷路器，并在居民家中裝設(shè)居民換流箱即可。首先將原變電站改變?yōu)锳C/DC變流站，為直流配電網(wǎng)提供合適電壓等級的直流電(比如IlkV的交流配電電纜可以承受高達(dá)30kV的直流電)，然后對小區(qū)配電箱進(jìn)行改造，使用DC/DC變流裝置替換原配電箱中的變壓器，通過DC/DC變流裝置是將配電網(wǎng)的直流電壓轉(zhuǎn)換為逆變器可用和電動汽車充電粧適合輸入的電壓等級(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)，其次在用戶側(cè)添加居民用電箱，為常規(guī)交流負(fù)載和電動汽車充電粧供電。最后在小區(qū)配電箱輸出側(cè)加裝直流斷路器?？梢娦韪脑斓姆秶。倚柙诰用窦抑醒b設(shè)的居民換流箱具有電壓等級低、體積小、價格低、可靠性高的特點(diǎn)，因此，本實(shí)用新型所提方案的實(shí)施具有工程量小、實(shí)現(xiàn)方便、可行性高等特點(diǎn)。
[0015]4)、本實(shí)用新型的居民換流箱中，雙向DC/DC變流器具有電能反送功能，可在配網(wǎng)供電發(fā)生故障時，向居民負(fù)荷反送能量以應(yīng)對緊急情況，提高了系統(tǒng)的可靠性和居民的供電質(zhì)量。
[0016]5)、本實(shí)用新型的居民換流箱中均留有電動汽車充電粧接口，不僅確保已有電動汽車用戶可方便靈活充電，還能適應(yīng)不同滲透率的電動汽車充電需求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是一種現(xiàn)有的交流配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是本實(shí)用新型含電動汽車充電粧的高可靠性直流配電網(wǎng)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]如圖2所示，一種含電動汽車充電粧的高可靠性直流配電網(wǎng)，包括:一個含有AC/DC變流器的換流站1，一個包含DC/DC變流器的小區(qū)配電箱2，一個直流斷路器3，至少一個包含DC/AC變流器5和雙向DC/DC變流器6的居民換流箱4，至少一個居民傳統(tǒng)負(fù)荷7，至少一個電動汽車充電粧8。所述的含有AC/DC變流器的換流站I的交流側(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的端電壓較高側(cè)與換流站I相連，端電壓較低側(cè)與直流斷路器3相連。所述的直流斷路器3安裝在小區(qū)配電箱2出線處，一端與小區(qū)配電箱2相連，另一端與居民換流箱4相連。所述的小區(qū)內(nèi)居民換流箱4中包含DC/AC變流器5和雙向DC/DC變流器6，其中DC/AC變流器5的直流側(cè)與直流斷路器3相連，交流側(cè)與居民傳統(tǒng)負(fù)荷7相連，而雙向DC/DC變流器6的端電壓較高側(cè)與直流斷路器3相連，端電壓較低側(cè)與電動汽車充電粧8相連。所述的居民傳統(tǒng)負(fù)荷7與居民換流箱4內(nèi)DC/AC變流器5的交流側(cè)相連。所述的電動汽車充電粧8與居民換流箱4內(nèi)雙向DC/DC變流器6的端電壓較低側(cè)相連。
[0020]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，經(jīng)直流斷路器3送至居民換流箱4中；居民換流箱4中的DC/AC變流器5將正負(fù)800V的直流電逆變?yōu)?20V的交流電供居民傳統(tǒng)負(fù)荷7使用；居民換流箱4中的雙向DC/DC變流器6將正負(fù)800V的直流電變換為400V的直流電供電動汽車充電粧8使用。圖2所示的本實(shí)用新型具體實(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、居民換流箱4內(nèi)的DC/AC變流器5和雙向DC/DC變流器6的電壓等級均以一實(shí)例進(jìn)行設(shè)計和闡述，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。
[0021]如圖2所示，居民換流箱4中均裝設(shè)雙向DC/DC變流器6，雙向DC/DC變流器6是否連接電動汽車充電粧負(fù)荷，可根據(jù)居民用戶是否使用電動汽車具體情況而定。根據(jù)電網(wǎng)狀態(tài)的不同，可以將其分為2種工作狀態(tài):
[0022]1、電網(wǎng)正常運(yùn)行時:直流斷路器不工作，傳統(tǒng)負(fù)荷7和電動汽車充電粧8所需電能由配電網(wǎng)所接的外部網(wǎng)絡(luò)經(jīng)配電線路傳輸供給，此時電動汽車充電粧8作為負(fù)荷從配電網(wǎng)中吸收和儲存電能。
[0023]2、電網(wǎng)發(fā)生故障時:直流斷路器斷開，隔離故障區(qū)與非故障區(qū)，同時電動汽車充電粧8中所儲存的能量經(jīng)居民換流箱4內(nèi)的雙向DC/DC變流器6反送給傳統(tǒng)負(fù)荷1，以應(yīng)對故障對緊急情況下傳統(tǒng)負(fù)荷I的用電需求，此時電動汽車充電粧8作為供電電源將其能量供給傳統(tǒng)負(fù)荷I。
[0024]綜上所述，本實(shí)用新型所提的含電動汽車充電粧的高可靠性直流配電網(wǎng)，在不改變原交流配電網(wǎng)線路結(jié)構(gòu)和不更換升級電纜的情況下，有效提升了配電網(wǎng)的線路輸電容量，是一種配電線路損耗小、工程量小、可擴(kuò)展性好、可實(shí)施性強(qiáng)、可靠性高的直流配電系統(tǒng)。另外，本實(shí)用新型所提的含電動汽車充電粧的高可靠性直流配電網(wǎng)中，小區(qū)配電箱2的出線處裝設(shè)的直流斷路器3和居民換流箱4內(nèi)的雙向DC/DC換流器6協(xié)同合作，降低了配電網(wǎng)的供電系統(tǒng)發(fā)生故障時對居民用電的影響，具有可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。
[0025]本實(shí)用新型的上述實(shí)施范例僅僅是為說明本實(shí)用新型所作的舉例，而并非是對本實(shí)用新型的實(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。這里無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡是屬于本實(shí)用新型的技術(shù)方案所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之列。
【權(quán)利要求】
1.一種含電動汽車充電粧的高可靠性直流配電網(wǎng)， 包括一個含有AC/DC變流器的換流站(I )， 一個包含DC/DC變流器的小區(qū)配電箱(2)， 一個直流斷路器(3)， 至少一個居民換流箱(4)， 至少一個居民傳統(tǒng)負(fù)荷(7)， 至少一個電動汽車充電粧(8);其特征在于， 所述的含有AC/DC變流器的換流站(I)的交流側(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)與所述換流站(I)相連，端電壓較低側(cè)與直流斷路器(3)相連； 所述的直流斷路器(3)安裝在小區(qū)配電箱(2)出線處，直流斷路器(3) —端與小區(qū)配電箱(2)相連，直流斷路器(3)另一端與居民換流箱(4)相連； 所述的居民換流箱(4)中包含DC/AC變流器(5)和雙向DC/DC變流器(6)，其中DC/AC變流器(5)的直流側(cè)與直流斷路器(3)相連，DC/AC變流器(5)的交流側(cè)與居民傳統(tǒng)負(fù)荷(7)相連，而雙向DC/DC變流器(6)的端電壓較高側(cè)與直流斷路器(3)相連，雙向DC/DC變流器(6)的端電壓較低側(cè)與電動汽車充電粧(8)相連； 所述的居民傳統(tǒng)負(fù)荷(7)與居民換流箱(4)內(nèi)的DC/AC變流器(5)的交流側(cè)相連； 所述的電動汽車充電粧(8)與居民換流箱(4)內(nèi)的雙向DC/DC變流器(6)的端電壓較低側(cè)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種含電動汽車充電粧的高可靠性直流配電網(wǎng)，其特征在于，所述的電動汽車充電粧(8)通過居民換流箱(4)中的雙向DC/DC變流器(6)反送電能給配電網(wǎng)中其它負(fù)荷。
【文檔編號】H02J5/00GK204230936SQ201420779103
【公開日】2015年3月25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】邾玢鑫, 佘小莉, 陳堂賢, 潘海龍, 楊玉良 申請人:三峽大學(xué)