一種全柔性化結(jié)構(gòu)的直流配電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及柔性交流輸配電技術(shù)，具體涉及一種全柔性化結(jié)構(gòu)的直流配電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]由于風(fēng)電、太陽能等綠色可再生能源發(fā)電具有間歇性、隨機(jī)性特點(diǎn)，傳統(tǒng)電力裝備、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行技術(shù)等在接納越來愈多的分布式可再生電源方面越來越力不從心，而以直流形態(tài)接入配電網(wǎng)的方式更適合這些分布式可再生能源的高滲透率接入；傳統(tǒng)配電網(wǎng)是交流電網(wǎng)并不具備直流用電功能，大量電子式直流負(fù)荷目前采用的方法一般在用電負(fù)荷側(cè)各自加裝電力電子整流電源器的方式將配電變壓器提供的交流電轉(zhuǎn)換為直流電以供用戶正常使用；另一方面碳化硅SiC，氮化鎵GaN等寬禁帶半導(dǎo)體材料研宄飛速發(fā)展，這些具備高壓、高效率、高頻、高導(dǎo)熱性等特性的新型半導(dǎo)體材料使未來基于電力電子技術(shù)的電氣裝備在智能配電網(wǎng)中的全柔性控制成為了可能。
[0003]與交流配電網(wǎng)相比，直流配電網(wǎng)在輸送容量、可控性以及提高電能質(zhì)量等方面具有優(yōu)勢，可以有效地提高供電容量與電能質(zhì)量，快速獨(dú)立地控制有功功率和無功功率，減少電力電子變流器的使用，降低損耗和運(yùn)行成本，并可以協(xié)調(diào)大電網(wǎng)與分布式電源之間的矛盾，充分發(fā)揮分布式能源的價值和效益，提高能源利用率，因此在交流配電網(wǎng)的背景下，建設(shè)可靠性高、安全性好、穩(wěn)定性強(qiáng)和運(yùn)行費(fèi)用低的直流配電網(wǎng)具有巨大的市場潛力和經(jīng)濟(jì)價值。
[0004]目前在現(xiàn)有交流配電網(wǎng)中建設(shè)直流配電網(wǎng)多借鑒高壓直流輸電(High VoltageDirect Current，HVDC)或輕型直流輸電系統(tǒng)模式HVDC Light時，鑒于直流配電網(wǎng)目前尚無成熟的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和構(gòu)建方式，而且HVDC與直流配電網(wǎng)的應(yīng)用兩者之間又存在很大的不同，如:應(yīng)用場合不同、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同、控制要求和復(fù)雜度不同、繼電保護(hù)控制策略和能量管理方式不同等，因此需提供一種技術(shù)方案來構(gòu)建適合未來配電網(wǎng)發(fā)展的交直流混合配電系統(tǒng)特有的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供全柔性化結(jié)構(gòu)的直流配電系統(tǒng)，所述直流供電系統(tǒng)的電壓轉(zhuǎn)換器件為固態(tài)變壓器，所述固態(tài)變壓器包括交流\直流型固態(tài)變壓器、直流\直流型固態(tài)變壓器以及直流\直流\交直流型固態(tài)變壓器；所述交流\直流型固態(tài)變壓器的交流側(cè)與不同的交流配電線路或交流型分布式電源相連，直流側(cè)與直流配電線路相連；所述直流\直流型固態(tài)變壓器的低壓側(cè)與直流型分布式電源相連、其高壓側(cè)與直流配電線路相連；直流\直流\交直流型固態(tài)變壓器的高壓直流側(cè)與直流配電線路相連，交流側(cè)與交流用電線路相連，提供交流供電，其低壓直流側(cè)與直流用電線路相連，提供直流供電。
[0006]優(yōu)選地，所述交流\直流型固態(tài)變壓器的主電路拓?fù)浒ㄒ来芜B接的高壓側(cè)AC\DC模塊、高頻DC\AC模塊、高頻AC\DC模塊以及兩端的直流濾波器模塊。
[0007]優(yōu)選地，所述高壓側(cè)AC\DC模塊由多電平結(jié)構(gòu)的整流器構(gòu)成，通過直流母線與所述高頻DC\AC模塊相連接。
[0008]優(yōu)選地，所述高頻DC\AC模塊由多電平結(jié)構(gòu)的諧振逆變器構(gòu)成，通過高頻變壓器與所述高頻AC\DC模塊相連接。
[0009]優(yōu)選地，所述高頻AC\DC模塊由大功率諧振整流器構(gòu)成，通過直流濾波器后與所述直流配電線路相連。
[0010]優(yōu)選地，所述直流\直流型固態(tài)變壓器的主電路拓?fù)浒ㄒ来芜B接的高頻DC\AC模塊、高頻變壓器、高頻AC\DC模塊以及兩端的直流濾波器模塊。
[0011]優(yōu)選地，所述高頻DC\AC模塊由多電平結(jié)構(gòu)的諧振逆變器構(gòu)成，通過高頻變壓器與所述高頻AC\DC模塊相連接。
[0012]優(yōu)選地，所述直流\直流\交流型固態(tài)變壓器主電路拓?fù)浒ㄒ来芜B接的高頻DC\AC模塊、高頻AC\DC模塊、DC\AC模塊、DC\DC模塊以及兩端的直流、交流濾波器模塊。
[0013]優(yōu)選地，所述高頻DC\AC模塊由多電平諧振逆變器組成，經(jīng)高頻變壓器變壓后所述頻AC\DC模塊相連。
[0014]優(yōu)選地，所述高頻AC\DC模塊由諧振整流器組成，通過直流母線分別與DC\AC模塊和DC\DC模塊連接。
[0015]優(yōu)選地，所述DC\AC模塊由逆變器組成，輸出端與交流負(fù)載連接；所述DC\DC模塊由斬波器組成，輸出端與直流負(fù)載連接。
[0016]和最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明的有益效果為:
[0017]本專利提出了一種基于電力電子技術(shù)的靈活、全可控直流配電系統(tǒng)，該系統(tǒng)摒棄了傳統(tǒng)配電變壓器這種剛性、不可控的設(shè)備，為實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的全柔性控制打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在實(shí)現(xiàn)交、直流靈活變換構(gòu)建直流配電系統(tǒng)的同時，還能便于分布式電源和儲能的直流方式接入，并提供高質(zhì)量的交、直流供電，而不需要其他控制設(shè)備，除此之外還能靈活構(gòu)成多種結(jié)構(gòu)的直流配電網(wǎng)。
【附圖說明】
[0018]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0019]圖1為本發(fā)明全柔性化結(jié)構(gòu)的簡圖；
[0020]圖2為本發(fā)明直流配電系統(tǒng)中固態(tài)變壓器原理圖；
[0021]圖3a為本發(fā)明直流配電系統(tǒng)中交流\直流型固態(tài)變壓器；
[0022]圖3b為本發(fā)明直流配電系統(tǒng)中直流\直流型固態(tài)變壓器；
[0023]圖3c為本發(fā)明直流配電系統(tǒng)中直流\直流\交流型固態(tài)變壓器。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0025]為了徹底了解本發(fā)明實(shí)施例，將在下列的描述中提出詳細(xì)的結(jié)構(gòu)。顯然，本發(fā)明實(shí)施例的施行并不限定于本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實(shí)施方式。
[0026]本發(fā)明提出了一種全新的全柔性控制的直流配電系統(tǒng)，通過以電力電子技術(shù)和信息技術(shù)為基礎(chǔ)的全柔性控制設(shè)備:交流\直流型固態(tài)變壓器、直流\直流型固態(tài)變壓器以及直流\直流\交流型固態(tài)變壓器，構(gòu)建適應(yīng)分布式電源接入的直流配電系統(tǒng)。圖1為本發(fā)明全柔性化結(jié)構(gòu)的簡圖。如附圖1所示，交流\直流型固態(tài)變壓器I與交流\直流固態(tài)變壓器2的結(jié)構(gòu)相同，它們的交流側(cè)分別與不同的交流配電線路相連，經(jīng)交流\直流型固態(tài)變壓器I與交流\直流固態(tài)變壓器2整流變壓后形成直流配電線路；直流\直流型固態(tài)變壓器I與直流\直流型固態(tài)變壓器2的結(jié)構(gòu)相同，它們的低壓側(cè)與直流型分布式電源相連，經(jīng)直流變壓后，其高壓側(cè)與直流配電線路相連，方便直流型分布式電源接入電網(wǎng)；交流\直流型固態(tài)變壓器3和交流\直流型固態(tài)變壓器4的結(jié)構(gòu)相同，其交流側(cè)與交流型分布式電源相連，經(jīng)交流\直流型固態(tài)變壓器3和交流\直流型固態(tài)變壓器4整流變壓后其直流側(cè)與直流配電線路相連，方便交流型分布式電源接入電網(wǎng)；直流\直流\交流型固態(tài)變壓器I和直流\直流\交流型固態(tài)變壓器2結(jié)構(gòu)相同，其直流側(cè)與直流配電線路相連，經(jīng)變壓整流和逆變后可同時提供高質(zhì)量的交流供電和直流供電。
[0027]本實(shí)施例采用的系列固態(tài)變壓器是一種將電力電子變換技術(shù)和基于電磁感應(yīng)原理的電能交換技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)將一種電力特征的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N電力特征的電力設(shè)備，采用合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和全可控電力電子器件可以方便實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，從而有功和無功功率可以進(jìn)行雙向傳遞。在結(jié)構(gòu)上，它包含兩個基本要素:電力電子變換器和高頻變壓器，圖2為本發(fā)明直流配電系統(tǒng)中固態(tài)變壓器原理圖。如圖2所示，電力電子變換器包含了主電路部分和控制電路部分，高頻變壓器實(shí)現(xiàn)兩側(cè)電力電子變換器的鏈接，其主要功能是隔離及電壓等級變換，頻率通常工作在千赫茲(kHz)級別，高頻的目的主要是大幅縮小變壓器的體積、減輕重量、減少散熱以及提高容量與效率等。
[0028]通過對其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制策略的適當(dāng)設(shè)計(jì)，它在實(shí)現(xiàn)交、直流電壓等級變換和電能質(zhì)量控制的同時，還可以將不同頻率、不同電壓的各種分布式電能變換成頻率恒定電壓靈活可調(diào)的工頻交流電，實(shí)現(xiàn)分布式電源的互聯(lián)以及并入電網(wǎng)，而無需任何外加的調(diào)頻調(diào)壓裝置和配電變壓器，如圖3 (a-c)所示，在該直流配電系統(tǒng)中，同時具有交流\直流型固態(tài)變壓器、直流\直