一種適用于電動汽車入戶的高可靠性直流配電網(wǎng)的制作方法
【專利摘要】一種適用于電動汽車入戶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，一個含有DC/DC變流器的小區(qū)配電箱，至少一個斷路器/開關(guān)，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，至少一個傳統(tǒng)負荷，至少一個電動汽車充電樁。與現(xiàn)有針對電動汽車入戶而對配電網(wǎng)進行擴容的方案相比，本實用新型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)配電箱進行改造，對居民用戶加裝斷路器/開關(guān)和居民換流箱，即可提升配電網(wǎng)的線路輸電容量，且保證系統(tǒng)具有較高可靠性，具有成本低、工程量小、可靠性高、可擴展性好等優(yōu)點。
【專利說明】一種適用于電動汽車入戶的高可靠性直流配電網(wǎng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于配電網(wǎng)輸電功率增容【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種適用于電動汽車入戶的高可靠性直流配電網(wǎng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著能源危機、溫室效應(yīng)、大氣污染等全球性問題的加劇，以電代油的電動汽車作為新一代節(jié)能與環(huán)保的交通工具受到全世界關(guān)注，電動汽車的普及是大勢所趨。在電動汽車產(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)電動汽車大規(guī)模隨機接入時，不僅對電動汽車充電粧的需求量大，而且會對交流配網(wǎng)形成較大的負荷沖擊，造成配電網(wǎng)負荷的大幅提升，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)進行擴容。目前，針對配電網(wǎng)擴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)負荷需求大幅擴容，但工程量巨大，工期長，成本昂貴，耗材浪費嚴重，且輸電電纜升級改造期間對居民生活影響嚴重；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，但需額外增加大量檢測和通信設(shè)備，且輸電線路實際可增加的傳輸容量易受自然環(huán)境影響，因此動態(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重等問題，本實用新型提出了一種適用于電動汽車入戶的高可靠性直流配電網(wǎng)，提高輸電容量且具有較高可靠性，用于應(yīng)對大規(guī)模的電動汽車入戶后配電網(wǎng)峰值負荷的增加。且保證系統(tǒng)具有較高可靠性，具有成本低、工程量小、可靠性高、可擴展性好等優(yōu)點。
[0004]本實用新型采取的技術(shù)方案為:
[0005]一種適用于電動汽車入戶的高可靠性直流配電網(wǎng)，
[0006]一個含有AC/DC變流器的換流站，
[0007]一個含有DC/DC變流器的小區(qū)配電箱，
[0008]至少一個開關(guān)件，
[0009]至少一個居民換流箱，
[0010]至少一個居民傳統(tǒng)負荷，
[0011]至少一個電動汽車充電粧；
[0012]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，換流站的直流側(cè)與小區(qū)配電箱相連；
[0013]所述的含有DC/DC變流器的小區(qū)配電箱端電壓較高側(cè)與換流站相連，端電壓較低側(cè)與各居民用戶支路相連；
[0014]所述的開關(guān)件裝設(shè)于各居民用戶支路中，開關(guān)件的一端與小區(qū)配電箱相連，另一端與居民換流箱相連；
[0015]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)與開關(guān)件相連，交流側(cè)與居民傳統(tǒng)負荷相連；雙向DC/DC變流器的端電壓較高側(cè)與開關(guān)件相連，端電壓較低側(cè)與電動汽車充電粧相連；
[0016]所述的居民傳統(tǒng)負荷與居民換流箱內(nèi)的DC/AC變流器交流側(cè)相連；所述的電動汽車充電粧與居民換流箱內(nèi)的雙向DC/DC變流器端電壓較低側(cè)相連。
[0017]所述的開關(guān)件裝設(shè)于每一條居民用戶支路上。
[0018]所述的開關(guān)件為斷路器或者空氣開關(guān)。
[0019]各居民用戶均裝設(shè)居民換流箱4，而居民換流箱4均留有電動汽車充電粧接口。
[0020]相比于現(xiàn)有的提高配電網(wǎng)線路輸電容量的技術(shù)，本實用新型具有如下優(yōu)點:
[0021]1)、本實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，具有工程量小、實現(xiàn)方便、對用戶影響小的優(yōu)點。
[0022]2)、本實用新型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行調(diào)節(jié)，以滿足不同規(guī)模的電動汽車入戶后對配電線路容量的需求，設(shè)計靈活，適用范圍廣，通用性強。
[0023]3)、本實用新型中居民換流箱內(nèi)的DC/DC變流器采用雙向結(jié)構(gòu)，具有緊急情況下的電能反送功能，可保證居民用戶的用電質(zhì)量。
[0024]4)、本實用新型在各居民用戶支路中裝設(shè)有斷路器/開關(guān)，當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障時，可通過控制斷路器/開關(guān)，及時將故障區(qū)與配網(wǎng)中非故障區(qū)隔離，降低故障區(qū)對配電網(wǎng)的影響，配電網(wǎng)可靠性較高。
[0025]5)、本實用新型中的居民換流箱均留有電動汽車充電粧接口，可確保用戶添置電動汽車后能方便、靈活地為電動汽車充電，非常適用于電動汽車入戶的情況。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1是一種現(xiàn)有的交流配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖2是本實用新型適用于電動汽車入戶的高可靠性直流配電網(wǎng)實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0028]如圖2所示，一種適用于電動汽車入戶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1，一個含有DC/DC變流器的小區(qū)配電箱2，至少一個開關(guān)件3，開關(guān)件3為斷路器或者空氣開關(guān)，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)與各居民用戶支路相連(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);所述的開關(guān)件3裝設(shè)于各居民用戶支路中，開關(guān)件3的一端與小區(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)與開關(guān)件相連，交流側(cè)與居民傳統(tǒng)負荷7相連，雙向DC/DC變流器6的端電壓較高側(cè)與開關(guān)件相連(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)與電動汽車充電粧8相連(此處為電動汽車充電粧電壓，常見范圍是200-450V);所述的居民傳統(tǒng)負荷7與居民換流箱4內(nèi)的DC/AC變流器5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端電壓較低側(cè)相連。
[0029]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，給所提方案的實施提供了可行性)。進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30kV以及一個地線，那么實際可提高容量就是4.7倍左右)。圖2所示實施例中，換流站I將IlOkV的交流電整流成正負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30kV的直流電壓降至正負800V，送至各居民用戶支路中；各居民用戶支路裝設(shè)開關(guān)件，在配電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，斷路器/開關(guān)起到隔離故障區(qū)與非故障區(qū)的作用，降低故障對配電網(wǎng)的用戶用電影響；居民換流箱4中的DC/AC變流器5將正負800V的直流電逆變?yōu)?20V的交流電供居民傳統(tǒng)負荷7使用，雙向DC/DC變流器6將正負800V的直流電變換為400V的直流電供電動汽車充電粧8使用。
[0030]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，本實用新型的配電網(wǎng)系統(tǒng)工作模式有以下3種:
[0031]1、正常運行時:外部交流網(wǎng)絡(luò)的交流電經(jīng)過換流站I整流為直流電，再經(jīng)配電網(wǎng)中輸電線路和變流裝置2、5、6將電能供給負荷7、8，此時電動汽車充電粧作為負荷從配電網(wǎng)中吸收并儲存電能。
[0032]2、配電網(wǎng)供電系統(tǒng)發(fā)生故障時:各居民用戶支路的開關(guān)件均立即斷開，同時各居民用戶的電動汽車充電粧8經(jīng)過居民換流箱4中的雙向DC/DC變流器6向傳統(tǒng)負荷7反送電能，確保居民傳統(tǒng)負荷7能夠不受故障影響而保持正常工作狀態(tài)；當(dāng)故障消除時，配電網(wǎng)恢復(fù)正常工作，配電網(wǎng)的電能由外部網(wǎng)絡(luò)提供，此時電動汽車充電粧8消納和儲蓄電能。
[0033]3、配電網(wǎng)中某居民用戶支路發(fā)生故障時:立即斷開故障所在支路的開關(guān)件，將故障支路與配網(wǎng)分離，其他非故障居民用戶支路則不受故障支路影響而保持正常工作狀態(tài)；當(dāng)故障支路的故障排除后，再將該支路接入配電網(wǎng)系統(tǒng)。
[0034]圖2所示的本實用新型具體實施例中，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例進行設(shè)計和闡述，在在實際應(yīng)用中可根據(jù)實際系統(tǒng)容量需求來選擇和確定電壓等級。
[0035]本實用新型的直流配電系統(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)配電箱進行改造，在各居民用戶支路中加裝斷路器/開關(guān)和居民換流箱，便可提升配電網(wǎng)的線路輸電容量和系統(tǒng)可靠性，具有配電線路損耗小、工程量小、可擴展性好、可靠性高的優(yōu)點。綜上所述，本實用新型是一種可靠性較高且非常適用于電動汽車入戶的直流配電網(wǎng)。
[0036]本實用新型的上述實施范例僅僅是為說明本實用新型所作的舉例，而并非是對本實用新型的實施方式的限定。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施方式予以窮舉。凡是屬于本實用新型的技術(shù)方案所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本實用新型的保護范圍之列。
【權(quán)利要求】
1.一種適用于電動汽車入戶的高可靠性直流配電網(wǎng)， 一個含有AC/DC變流器的換流站(1 )， 一個含有DC/DC變流器的小區(qū)配電箱(2)， 至少一個開關(guān)件(3)， 至少一個居民換流箱(4)， 至少一個居民傳統(tǒng)負荷(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(1)交流側(cè)與外部交流網(wǎng)絡(luò)相連，換流站(1)的直流側(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(1)相連，端電壓較低側(cè)與各居民用戶支路相連； 所述的開關(guān)件(3)裝設(shè)于各居民用戶支路中，開關(guān)件(3)的一端與小區(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)與開關(guān)件(3)相連，交流側(cè)與居民傳統(tǒng)負荷(7)相連；雙向DC/DC變流器(6)的端電壓較高側(cè)與開關(guān)件(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)負荷(7)與居民換流箱(4)內(nèi)的DC/AC變流器(5)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)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汽車入戶的高可靠性直流配電網(wǎng)，其特征在于，所述的開關(guān)件(3 )裝設(shè)于每一條居民用戶支路上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種適用于電動汽車入戶的高可靠性直流配電網(wǎng)，其特征在于，所述的開關(guān)件(3)為斷路器或者空氣開關(guān)。
【文檔編號】H02J1/00GK204230893SQ201420784291
【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, 楊玉良, 潘海龍, 劉義平 申請人:三峽大學(xué)