一種基于模塊化多電平換流器的直流配電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于電力系統(tǒng)直流配電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于模塊化多電平換流器(MMC)的直流配電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代化城市規(guī)模的快速發(fā)展，城市中心負(fù)荷需求增長加快，空中輸電走廊已沒有太大的拓展余地，給城市輸配電網(wǎng)的增容改造帶來極大的困難，使得城市電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的壓力越來越大。
[0003]“城中村”是城市規(guī)?？焖贁U(kuò)大的產(chǎn)物。在國內(nèi)部分城市，一些“城中村”用電負(fù)荷日益增加，當(dāng)前的“城中村”交流配電網(wǎng)系統(tǒng)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足新增負(fù)荷的需要。已有的1kV配電網(wǎng)面臨負(fù)荷密度高、線路密集、走廊緊張的問題，并且變電站出線已沒有冗余；而“城中村”地處城市中心，用地緊張，可謂“寸土寸金”，受環(huán)境、經(jīng)濟(jì)因素等影響，使得變電站擴(kuò)建困難重重。近年來，“城中村”電網(wǎng)的薄弱已經(jīng)制約了城市整體健康、平衡發(fā)展，影響了市民生活質(zhì)量，成為各級政府、居民和供電企業(yè)共同關(guān)注的焦點(diǎn)。
[0004]“城中村”用電矛盾突出表現(xiàn)在:(I) “城中村”電網(wǎng)薄弱、安全隱患大，難以滿足用電需求；(2)電壓質(zhì)量低、供電可靠性低等問題日益突出；(3)用電需求難以滿足，“城中村”用電需求的快速增長與薄弱的電力設(shè)施形成矛盾。例如，廣東珠三角地區(qū)由于負(fù)荷密度比較高，面對新增負(fù)荷(“城中村”地區(qū)電力需求增加)，當(dāng)前的1kV配電網(wǎng)系統(tǒng)已無力供應(yīng)所需求的電力；某些精密制造業(yè)對供電質(zhì)量有著特殊的要求，而普通交流電網(wǎng)會對故障、干擾進(jìn)行傳播，影響了這些精密制造業(yè)的正常生產(chǎn)；此外，現(xiàn)有配電網(wǎng)系統(tǒng)中的交流電纜運(yùn)行損耗較大，使得運(yùn)行電流和輸送容量受限等等，迫切需要一種新的配電網(wǎng)系統(tǒng)以應(yīng)對日益增加的城市負(fù)荷需求和環(huán)境壓力。
[0005]目前，較為理想的城市供電方式為電纜輸電，而直流電纜比交流電纜所需的空間少，且可傳輸更多的功率。基于電壓源換流器(voltage source converter，VSC)和脈寬調(diào)制技術(shù)的電壓源換流器型高壓直流輸電(voltage source converter HVDC, VSC-HVDC)技術(shù)是當(dāng)今世界電力電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的制高點(diǎn)，能有效提高電能質(zhì)量并確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，是智能電網(wǎng)發(fā)展中具有代表性的關(guān)鍵技術(shù)之一。自1997年世界上第一個(gè)VSC-HVDC試驗(yàn)工程成功投運(yùn)以來，憑借其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢，VSC-HVDC在電網(wǎng)互聯(lián)、新能源并網(wǎng)和城市電網(wǎng)供電等方面具有廣闊的前景，獲得了廣泛的關(guān)注。
[0006]目前，國內(nèi)外已有數(shù)十項(xiàng)VSC-HVDC實(shí)際工程。VSC-HVDC的換流站由全控型器件構(gòu)成，工程中常用的主要為2電平或3電平拓?fù)?，此類拓?fù)浯嬖诰鶋弘y、電磁干擾、開關(guān)損耗大等問題，對此，基于模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter, MMC)的VSC-HVDC系統(tǒng)(MMC-HVDC)提供了一種新的解決方案。MMC-HVDC系統(tǒng)彌補(bǔ)了 VSC-HVDC諸多技術(shù)上的不足，正吸引著國內(nèi)外科研和工程人員越來越多的關(guān)注。因此，采用MMC-HVDC是城市配電網(wǎng)增容的重要可行方案。【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于MMC的直流配電系統(tǒng)，主要用于向城市電網(wǎng)供電，以緩解城市中心負(fù)荷需求增長加快、已有輸電走廊緊張的壓力，該系統(tǒng)可為相鄰電網(wǎng)提供動態(tài)無功支撐和有功支援，具有電壓支撐的能力，從而提高了相鄰電網(wǎng)的穩(wěn)定性與可靠性，有助于城市輸配電網(wǎng)的增容改造。
[0008]本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案:
[0009]一種基于MMC的直流配電系統(tǒng)，所述直流配電系統(tǒng)包括MMC整流AC/DC模塊、MMC逆變DC/AC模塊、至少一個(gè)直流配電單元、至少一個(gè)交流配電單元、至少一個(gè)直流配電控制模塊、至少一個(gè)交流負(fù)載、至少一個(gè)直流負(fù)載、至少一個(gè)儲能蓄電池組、至少一個(gè)電動汽車充電站、至少一個(gè)光伏發(fā)電裝置，其中:
[0010]MMC整流AC/DC模塊:與交流配電單元、MMC逆變DC/AC模塊、直流配電控制模塊連接，用于將交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能；
[0011]MMC逆變DC/AC模塊:與MMC整流AC/DC模塊、交流負(fù)載連接，將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能，同時(shí)為交流負(fù)載提供電能；
[0012]直流配電單元:與MMC整流AC/DC模塊、直流配電控制模塊、交流負(fù)載、直流負(fù)載、儲能蓄電池組、電動汽車充電站、光伏發(fā)電裝置連接，向配電網(wǎng)內(nèi)的負(fù)荷供應(yīng)電能，同時(shí)分別與儲能蓄電池組、光伏發(fā)電裝置進(jìn)行能量交換；
[0013]交流配電單元:與城市電網(wǎng)、MMC整流AC/DC模塊連接；
[0014]直流配電控制模塊:與MMC整流AC/DC模塊、MMC逆變DC/AC模塊和直流配電單元連接，對直流配電網(wǎng)內(nèi)電能的生產(chǎn)、配送、存儲和負(fù)荷的投切進(jìn)行協(xié)調(diào)控制；
[0015]交流負(fù)載:通過直流配電線路與直流配電單元連接，經(jīng)MMC逆變DC/AC模塊從直流母線吸收電能；
[0016]直流負(fù)載:通過直流配電線路與直流配電單元連接，經(jīng)DC/DC配電裝置從直流母線吸收電能；
[0017]儲能蓄電池組:通過直流配電線路與直流配電單元連接，經(jīng)DC/DC配電裝置與直流母線進(jìn)行能量交換；
[0018]電動汽車充電站:通過直流配電線路與直流配電單元連接，經(jīng)DC/DC配電裝置從直流母線吸收電能；
[0019]光伏發(fā)電裝置:通過直流配電線路與直流配電單元相連接，經(jīng)DC/DC配電裝置向直流母線饋送能量。
[0020]所述MMC橋臂結(jié)構(gòu)中的子模塊拓?fù)溆?種類型，一種為全橋結(jié)構(gòu)，另一種為半橋結(jié)構(gòu)；其中，MMC每相橋臂全橋結(jié)構(gòu)的子模塊有2個(gè)，分別位于上橋臂的頂端、下橋臂的底端。
[0021]所述子模塊的半橋結(jié)構(gòu)含有一組并聯(lián)連接的旁路開關(guān)和晶閘管。
[0022]所述MMC的功率器件采用寬禁帶半導(dǎo)體材料制成。
[0023]本實(shí)用新型系統(tǒng)的輸電線可采用緊湊型直流輸電電纜，可利用已有的交流架空線、或已有的地下電纜管道進(jìn)行鋪設(shè)，節(jié)省了空間，同時(shí)也降低了對環(huán)境的影響；可獨(dú)立調(diào)節(jié)有功和無功，可為相鄰電網(wǎng)提供動態(tài)無功支撐和有功支援，具有電壓支撐的能力，從而提高了相鄰電網(wǎng)的穩(wěn)定性與可靠性，有助于城市輸配電網(wǎng)的增容改造。
【附圖說明】
[0024]圖1為本實(shí)用新型的一種基于MMC的多端直流配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2為本實(shí)用新型的MMC拓?fù)涫疽鈭D。
[0026]圖3為本實(shí)用新型的子模塊全橋結(jié)構(gòu)拓?fù)涫疽鈭D。
[0027]圖4為本實(shí)用新型的子模塊半橋結(jié)構(gòu)拓?fù)涫疽鈭D。
[0028]圖5為本實(shí)用新型的一種基于MMC的多端直流配電系統(tǒng)實(shí)施方案示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本實(shí)用新型。
[0030]圖1為本實(shí)用新型的一種基于MMC的多端直流配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。所述直流配電系統(tǒng)包括MMC整流AC/DC模塊、MMC逆變DC/AC模塊、至少一個(gè)直流配電單元、至少一個(gè)交流配電單元、至少一個(gè)直流配電控制模塊、至少一個(gè)交流負(fù)載、至少一個(gè)直流負(fù)載、至少一個(gè)儲能蓄電池組、至少一個(gè)電動汽車充電站、至少一個(gè)光伏發(fā)電裝置，其中:
[0031]MMC整流AC/DC模塊:與交流配電單元、MMC逆變DC/AC模塊、直流配電控制模塊連接，用于將交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能；
[0032]MMC逆變DC/AC模塊:與MMC整流AC/DC模塊、交流負(fù)載連接，將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能，同時(shí)為交流負(fù)載提供電能；
[0033]直流配電單元:與