本實用新型涉及一種用于改善農(nóng)網(wǎng)三相平衡與容量的直流配電轉(zhuǎn)換裝置，屬電力供電技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前交流配電系統(tǒng)面臨著線路損耗大、電壓瞬時跌落、電壓波動、電網(wǎng)諧波、三相不平衡現(xiàn)象加劇等一系列電能質(zhì)量問題，尤其是農(nóng)村地區(qū)經(jīng)常存在負(fù)荷小、峰谷差大、供電距離長的用電特征，且路徑曲折設(shè)備利用效率低，用電發(fā)展慢，投資回報率低。供電區(qū)域內(nèi)電力負(fù)荷密度最小的地方，恰恰正是電網(wǎng)最薄弱，最需要資金的地方。因此農(nóng)村電網(wǎng)一度采取推廣單相供電的建設(shè)形式以緩解解決無電戶的資金缺口壓力。

隨著農(nóng)村地區(qū)對供電水平的要求進(jìn)一步提高，需要解決農(nóng)村動力電和三相不平衡、單相配電低電壓等問題，如采用傳統(tǒng)的三相改造、提高線路變壓器規(guī)格等方法成本過大，本實用新型方案能夠給農(nóng)村地區(qū)提供三相動力電能、能夠解決農(nóng)村地區(qū)三相不平衡問題，無需對原有單相交流配電線路及電桿進(jìn)行更新或重建，具有方案簡單、成本低廉的特征。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是，針對目前農(nóng)村動力用電存在的問題，提出一種用于改善農(nóng)網(wǎng)三相平衡與容量的直流配電轉(zhuǎn)換裝置。

本實用新型的技術(shù)方案是，本實用新型是以脈寬調(diào)制技術(shù)為基礎(chǔ)的電壓源型變流(Voltage Source Converter,VSC)柔性直流輸電系統(tǒng)。

一種用于改善農(nóng)網(wǎng)三相平衡與容量的直流配電轉(zhuǎn)換裝置包括AC-DC變換器、第一儲能單元、潮流控制器、第二儲能單元、DC-AC變換器、用戶側(cè)直流負(fù)載和控制柜。

AC-DC變換器的交流側(cè)連接交流電網(wǎng)；AC-DC變換器的直流側(cè)連接第一儲能單元的輸入端；第一儲能單元的輸出端連接潮流控制器，潮流控制器通過直流線路連接第二儲能單元；第二儲能單元的輸出端分別連接DC-AC變換器的直流側(cè)和用戶側(cè)直流負(fù)載；DC-AC變換器的交流側(cè)為三相四線交流輸出。

本實用新型配電網(wǎng)中的變流器裝置(包括DC/AC變換器和AC/DC變換器)均采用能量可雙向流動的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

所述AC-DC變換器的整流單元采用整流器和直流變換器單元相級聯(lián)的方式，整流器將三相交流電轉(zhuǎn)變成直流電，后級直流變換器單元將前端整流器輸出電壓升至300V，該直流變換器單元采用電壓前饋控制。

所述DC/AC變換器逆變單元采用前饋解耦控制，具體可分為電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)控制。

所述控制柜設(shè)有一塊主控制板和多塊從控制板，每塊控制板均采用雙DSP和雙FPGA的構(gòu)架。

所述主控制板包括數(shù)字信號處理器DSP6747、數(shù)字信號處理器DSP28335，二塊現(xiàn)場可編程邏輯門陣列FPGA。第一FPGA與DSP6747互聯(lián)；第二FPGA與DSP28335互聯(lián)；高速串行總線分別與二塊FPGA互連；16路模擬信號通過AD轉(zhuǎn)換連接第一FPGA；第一FPGA接4路光纖通信，16路光纖發(fā)送，8路光纖接收；第二FPGA接12路數(shù)字量輸出，12路數(shù)字量輸入；DSP28335分別與CAN、100M以太網(wǎng)、RS422、RS485互聯(lián)。

本實用新型的有益效果是，本實用新型在不改變原有中低壓交流配電網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu)的前提下，采用直流配電，形成交流-直流-(交流)的供電結(jié)構(gòu)，解決了由于中、低壓線路供電半徑過長、三相負(fù)荷不平衡及分布式電源大量接入引起的終端用戶電壓質(zhì)量差等問題。本實用新型適應(yīng)低壓配電網(wǎng)要求，提供了低成本動力電解決方案。采用本方案則無需對線路進(jìn)行改造，節(jié)約了基建成本。本實用新型具有分布式電源直接接入能力。由于本實用新型專利方案在實現(xiàn)交流配電的同時具有直流傳輸部分，分布式電源、儲能裝置可直接接入，減少了分布式電源逆變器成本，提高了可靠性。

附圖說明

圖1為本實用新型直流配電轉(zhuǎn)換裝置及配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

圖2為主控制板硬件構(gòu)架；

圖3為一期配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

圖4為二期配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

具體實施方式

本實用新型的具體實施方式如圖1所示。

為了解決了由于中、低壓線路供電半徑過長、三相負(fù)荷不平衡及分布式電源大量接入引起的終端用戶電壓質(zhì)量差等問題，本實施例通過三期工程實現(xiàn)農(nóng)村低壓直流供電。

一期工程完成交流配電網(wǎng)到直流配電網(wǎng)的改造。即初步實現(xiàn)直流輸電，同時不影響用戶負(fù)載接入習(xí)慣。為了兼容原有交流電網(wǎng)的絕緣等級，同時也為了充分利用原有的線纜，將直流母線電壓定為550V-600V之間。一期配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。從圖中可看出該配電網(wǎng)由AC/DC變換器、直流線路、DC/AC變換器組成。交流電經(jīng)AC/DC變換器后輸出穩(wěn)定的直流電壓，該電壓經(jīng)直流線路傳輸至DC/AC變換器后輸出三相交流電給用戶。為了兼容用戶的用電習(xí)慣，采用常見的三相四線制。同時采用這種結(jié)構(gòu)的逆變器也可通過相應(yīng)的控制策略，使得當(dāng)三相負(fù)載不平衡時，維持輸出電壓的對稱。

二期工程是一期配電網(wǎng)的改進(jìn)。本期的主要任務(wù)是完成配電網(wǎng)的擴(kuò)容和儲能裝置的接入，以提高配電網(wǎng)的容量和穩(wěn)定性。擴(kuò)容時也可將輸電方式改造成雙極性輸電方式，進(jìn)一步提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。儲能裝置既可以直接安裝在電網(wǎng)中，也可安裝在變流設(shè)備中。其中各變流設(shè)備中均在直流側(cè)預(yù)留接口，便于儲能裝置的安裝。從圖4中可看出，此時的配電網(wǎng)已經(jīng)改造成雙極性輸出的配電網(wǎng)。本次改造采用兩組相同的變流器模塊串聯(lián)而成，該方式可以在改動最小的器件下，完成配電網(wǎng)的擴(kuò)容和雙極性輸出。

三期工程是本實用新型方案的最終配電網(wǎng)模型，如圖1所示。本期的主要任務(wù)是完成對配電網(wǎng)各支路的潮流控制，以方便各種DC/DC、DC/AC負(fù)載接入和提高各線路能量的利用率。從圖1中可看出交流和直流電均接入至用戶側(cè)，用戶可根據(jù)實際負(fù)載需求來選擇供電的種類。對直流配電網(wǎng)的控制由控制柜執(zhí)行，控制柜主控制板的結(jié)構(gòu)中圖2所示。

具體實施例：

A村是某省山區(qū)邊遠(yuǎn)自然村，共有用戶10戶，零散分布在距離配變平均500米的一塊區(qū)域?？紤]到用戶少、地理位置偏遠(yuǎn)，在解決無電地區(qū)供電問題時期只配備了較低容量的單相臺變。隨著用電需求的增大，平時生活中經(jīng)常發(fā)生低電壓問題；由于采用單相供電，村民無法利用三相電氣設(shè)備從事農(nóng)業(yè)加工和手工業(yè)制造。配電線路采用鋼芯鋁絞線，實際最大允許載流量100A，電阻率0.8Ω/km，村民長期最大用電負(fù)荷達(dá)20kW，沒有三相動力電設(shè)備。若村民用電時能不受設(shè)備容量約束，則需要用到普通單相負(fù)荷25kW，三相負(fù)荷10kW。

為滿足通常情況下用戶20kW的最大用電負(fù)荷需求，負(fù)荷額定電流90.91A，線路的電壓降達(dá)到36.7V，用戶端將出現(xiàn)嚴(yán)重的低電壓現(xiàn)象，無法滿足用電設(shè)備正常使用。為保證用戶電壓降不超過10％，電流不應(yīng)超過55A，只能提供0.198×55＝10.89kW供電容量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足村民用電需求。

采用本實用新型三期方案后，直流線路電壓±300V，在滿足直流線路電壓降≤10％(也即30V)的前提下，最大允許電流為75A。故直流傳輸線最大傳輸功率為P_dc＝0.3×90％×75×2＝40.5(kW)。使配電系統(tǒng)的供電能力提高了接近4倍，能夠滿足用戶的35kW用電需求，不會出現(xiàn)低電壓問題，同時也達(dá)到了提供三相動力電的目的。