一種含有重要負荷的新能源與電動汽車接入的城市直流配電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種含有重要負荷的新能源與電動汽車接入的城市直流配電系統(tǒng)，包括：一個雙向AC/DC變流器；一個總斷路器/開關(guān)；一個動力電池組，一個用于動力電池組的DC/DC變換器；至少一個光伏發(fā)電電池板，至少一個用于光伏發(fā)電的DC/DC變換器;至少一個充電樁，至少一個用于充電樁的DC/DC變換器；一個站內(nèi)負荷，一個用于站內(nèi)負荷的DC/AC逆變器；至少一個分斷路器/開關(guān)，至少一個小區(qū)配電箱和居民負荷，至少一個重要負荷用換流箱，至少一個重要負荷。本實用新型在不改變原配電網(wǎng)線路結(jié)構(gòu)和不影響用戶負荷用電的情況下，僅在配電線路一側(cè)引入直流微網(wǎng)系統(tǒng)，利用區(qū)域發(fā)電設(shè)備以及儲能設(shè)備來減小大負荷對電網(wǎng)的沖擊，具有成本低、節(jié)能環(huán)保、可靠性高、可擴展性好等優(yōu)點。
【專利說明】
一種含有重要負荷的新能源與電動汽車接入的城市直流配電系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型專利屬于配電網(wǎng)輸電功率增容技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含有重要負荷的新能源與電動汽車接入的城市直流配電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]伴隨著霧霾現(xiàn)象日益嚴重，溫室氣體的過度排放，全球氣候變暖加劇，大氣污染嚴重，電動汽車逐漸成為了高效清潔環(huán)保的方向，在節(jié)能減排、遏制氣候變暖以及減少人類對傳統(tǒng)化石能源的依賴方面具備傳統(tǒng)汽車不可比擬的優(yōu)勢，各國政府、汽車生產(chǎn)商以及能源企業(yè)呼吁大力發(fā)展電動汽車，于是近年來電動汽車成為研究熱點。電動汽車充電形式可以分為快充和慢充兩種，其中快充通常在專業(yè)的充電站完成，充電粧使用大功率直流充電形式，充電功率在數(shù)十到數(shù)百千瓦；因此，當大量電動汽車接入配電網(wǎng)后，勢必會對配電網(wǎng)形成很大的負荷沖擊，引發(fā)配電網(wǎng)負荷過載問題?，F(xiàn)有交流配電網(wǎng)線路容量很難滿足電動汽車大規(guī)模接入后的線路容量需求，現(xiàn)有充電粧也很難滿足電動汽車對充電設(shè)施的需求。為了滿足電動汽車數(shù)量激增對充電設(shè)施以及線路容量的需求，必須對現(xiàn)有充電設(shè)施規(guī)模以及配電線路進行擴建;為了適應(yīng)高滲透率電動汽車接入對配電網(wǎng)容量的需求，必須采取措施對配電網(wǎng)進行擴容。目前，針對電動汽車充電設(shè)施的需求問題，主要解決方案是在城市中不斷增設(shè)充電粧數(shù)量，該方案可解決電動汽車充電設(shè)施需求問題，但充電設(shè)施的分散性和電動汽車充電時間的集中性，使得充電管理繁雜多變，用戶亦須掌握充電設(shè)施的實時使用狀況，以減少充電等待時間現(xiàn)有的城市充電粧的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，為了減少大量電動汽車充電負荷對配網(wǎng)的沖擊，常用的技術(shù)方案是直接對輸電電纜進行升級改造，采用過流能力更大的電纜，從而實現(xiàn)輸電容量的提高，這種方法不僅工程量巨大，對所涉及改造線路周圍的居民生活影響較大，同時還存在成本昂貴，施工周期長等問題。
【實用新型內(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、施工周期長及對用戶影響嚴重等問題。本實用新型提出一種含有重要負荷的新能源與電動汽車接入的城市直流配電系統(tǒng)，在不改變線路電纜的情況下，引入直流微網(wǎng)系統(tǒng)，就地采用新能源發(fā)電設(shè)備和儲能設(shè)備，為所需負荷供電，來達到減少負荷沖擊目的，該方案具有不改變輸電線路結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，但需要額外增加一些其他的新能源發(fā)電設(shè)備、變換器以及電池組等，該直流微網(wǎng)系統(tǒng)用于面對電動汽車大規(guī)模接入之后配電網(wǎng)峰值負荷的增加。
[0004]本實用新型所采用的技術(shù)方案是:
[0005]—種含有重要負荷的新能源與電動汽車接入的城市直流配電系統(tǒng)，包括:
[0006]—個變電站，
[0007]至少一個傳統(tǒng)負荷，
[0008]一個總斷路器開關(guān)，
[0009]至少一個連接分斷路器開關(guān)的小區(qū)配電箱，
[0010]至少一個含有重要負荷用的小區(qū)配電箱、一個重要負荷；
[0011]還包括一個電動汽車充換電站，該電動汽車充換電站包含:
[0012]一個AC/DC雙向變流器，
[0013]一條直流配電線路DC bus，
[0014]一個連接DC/DC變流器的動力電池組，
[0015]至少一個連接第一 DC/DC變流器的光伏發(fā)電電池板，
[0016]一個連接DC/AC逆變器的站內(nèi)負荷，
[0017]至少一個連接第二DC/DC變流器的電動汽車充電粧；
[0018]所述變電站與AC/DC雙向變流器、傳統(tǒng)負荷的交流母線AC bus相連；
[0019]所述AC/DC雙向變流器的直流側(cè)與直流母線DC bus相連，AC/DC雙向變流器的交流側(cè)與變電站相連；
[0020]所述DC/DC變流器的低壓側(cè)與動力電池組相連，DC/DC變流器的高壓側(cè)與直流母線DC bus相連；
[0021 ]所述第一 DC/DC變流器的低壓側(cè)與光伏發(fā)電電池板相連，第一 DC/DC變流器的高壓側(cè)與直流母線DC bus相連；
[0022]所述DC/AC逆變器的交流側(cè)與站內(nèi)負荷相連，DC/AC逆變器的直流側(cè)與直流母線DCbus相連；
[0023]所述第二 DC/DC變流器的低壓側(cè)與電動汽車充電粧相連，第二 DC/DC變流器的高壓側(cè)與直流母線DC bus相連；
[0024]所述總斷路器開關(guān)設(shè)在變電站出口側(cè)，然后再與AC/DC雙向變流器以及小區(qū)配電箱和含有重要負荷用小區(qū)配電箱的重要負荷相連；
[0025]所述分斷路器開關(guān)的一側(cè)與連接小區(qū)配電箱的傳統(tǒng)負荷相連，分斷路器開關(guān)的另一側(cè)與交流母線AC bus相連。
[0026]所述的含有重要負荷用小區(qū)配電箱一側(cè)與重要負荷相連，另一側(cè)與交流母線ACbus相連。
[0027]該系統(tǒng)接入了一套含有AC/DC雙向變流器的直流配網(wǎng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以利用內(nèi)部新能源發(fā)電以及儲能設(shè)備供電，再通過AC/DC雙向變流器達到穩(wěn)定并網(wǎng)。
[0028]該系統(tǒng)重點考慮到了小區(qū)重要負荷的供電可靠性問題，在配電網(wǎng)的總線路中和支路的用戶換流箱中分別加裝了斷路器/開關(guān)，以確保重要負荷的供電可靠性。
[0029]所述的居民傳統(tǒng)負荷不受影響的情況下引入了直流配電系統(tǒng)、電動汽車充電粧等可從光伏發(fā)電吸收電能，重要負荷用換流箱和AC/DC雙向變流器是雙向連通的，光伏發(fā)電電池板以及動力電池組可向重要負荷返送電能。
[0030]該系統(tǒng)中的電能傳輸均為直流電能形式。
[0031]相比于現(xiàn)有的提高配電網(wǎng)線路輸電容量的技術(shù)，本實用新型一種含有重要負荷的新能源與電動汽車接入的城市直流配電系統(tǒng)，具有如下優(yōu)點:
[0032]I )、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。
[0033]2)、輸電線路容量無需提升，所需的額外負荷可以通過直流微網(wǎng)中引入的清潔能源發(fā)電以及儲能系統(tǒng)來供給，以滿足不同規(guī)模電動汽車接入后對配電線路容量的需求。
[0034]3)、本實用新型中雙向AC/DC變流器采用雙向結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)電能反送，應(yīng)對故障等緊急情況下的重要負荷或傳統(tǒng)負荷的電能需求。
[0035]4)、本實用新型中裝設(shè)有總斷路器/開關(guān)和用戶支路分斷路器/開關(guān)，可在配網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，按需控制各斷路器/開關(guān)的通斷，以將故障對配電網(wǎng)的影響降至最低。
[0036]5)、本實用新型僅需在現(xiàn)有配電系統(tǒng)中引入一套含有新能源的直流微網(wǎng)系統(tǒng)，工程量小，實現(xiàn)方便，可行性高。
【附圖說明】
[0037]圖1是一種現(xiàn)有的交流配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038]圖2是本實用新型適用于含有重要負荷的新能源接入充電站直流配電系統(tǒng)實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0039]如圖2所示，一種含有重要負荷的新能源與電動汽車接入的城市直流配電系統(tǒng)，包括:
[0040]一個變電站I，
[0041]至少一個傳統(tǒng)負荷13，傳統(tǒng)負荷13指的是現(xiàn)階段采用220V交流居民用電供電的負荷。
[0042]一個總斷路器開關(guān)14，
[0043]至少一個連接分斷路器開關(guān)15的小區(qū)配電箱12，
[0044]至少一個含有重要負荷用的小區(qū)配電箱12、一個重要負荷；
[0045]還包括一個電動汽車充換電站，該電動汽車充換電站包含:
[0046]一個AC/DC雙向變流器2，
[0047]一條直流配電線路DC bus 3，
[0048]一個連接DC/DC變流器4的動力電池組8，
[0049 ] 至少一個連接第一 DC/DC變流器5的光伏發(fā)電電池板9，
[0050] 一個連接DC/AC逆變器6的站內(nèi)負荷10，
[0051 ] 至少一個連接第二 DC/DC變流器7的電動汽車充電粧11;
[0052]所述變電站I與AC/DC雙向變流器2、傳統(tǒng)負荷的交流母線AC bus相連；
[0053]所述AC/DC雙向變流器2的直流側(cè)與直流母線DC bus 3相連，AC/DC雙向變流器2的交流側(cè)與變電站I相連；
[0054]所述DC/DC變流器4的低壓側(cè)與動力電池組8相連，DC/DC變流器4的高壓側(cè)與直流母線DC bus 3相連；
[0055]所述第一 DC/DC變流器5的低壓側(cè)與光伏發(fā)電電池板9相連，第一 DC/DC變流器5的高壓側(cè)與直流母線DC bus 3相連；
[0056]所述DC/AC逆變器6的交流側(cè)與站內(nèi)負荷10相連，DC/AC逆變器6的直流側(cè)與直流母線DC bus 3相連；
[0057]所述第二DC/DC變流器7的低壓側(cè)與電動汽車充電粧11相連，第二DC/DC變流器7的高壓側(cè)與直流母線DC bus 3相連；
[0058]所述總斷路器開關(guān)14設(shè)在變電站I出口側(cè)，然后再與AC/DC雙向變流器2以及小區(qū)配電箱12和含有重要負荷用小區(qū)配電箱的重要負荷相連；
[0059]所述分斷路器開關(guān)15的一側(cè)與連接小區(qū)配電箱12的傳統(tǒng)負荷13相連，分斷路器開關(guān)15的另一側(cè)與交流母線AC bus相連。
[0060]所述的含有重要負荷用小區(qū)配電箱一側(cè)與重要負荷相連，另一側(cè)與交流母線ACbus相連。
[0061 ] AC/DC雙向變流器2將變電站I出來的1kV AC整流為800V DC傳輸?shù)街绷髂妇€DCbus 3;0(:/^(:逆變器6將800￥ DC逆變?yōu)?20V AC供站內(nèi)負荷使用；第二DC/DC變流器7將800V DC降壓為380V DC供充電粧使用。第一DC/DC變流器5將光伏發(fā)電電池板9發(fā)的電升壓為800V DC并網(wǎng)使用亦或是通過DC/DC變換器4降壓至動力電池組8儲存。小區(qū)配電箱12將1kV AC降壓為220V AC供居民使用，重要負荷用小區(qū)配電箱作用相同。斷路器/開關(guān)在線路故障短路時，將其他各支路線路斷開，保證電網(wǎng)以及直流微網(wǎng)對重要負荷的供電。
[0062]本實用新型的工作模式有以下幾種:
[0063 ] 1、當系統(tǒng)正常運行時，外部交流網(wǎng)絡(luò)的交流電經(jīng)過AC/DC雙向變流器2整流為直流電，再經(jīng)直流配電網(wǎng)中輸電線路和DC/DC變換器4、DC/AC逆變器6、第二DC/DC變換器7將電能分別供給動力電池組8、站內(nèi)負荷10和電動汽車充電粧11。同樣外部交流網(wǎng)絡(luò)通過小區(qū)配電箱給傳統(tǒng)負荷和重要負荷直接供電。
[0064]2、當配電網(wǎng)發(fā)生故障時，根據(jù)故障點位置來控制總斷路器開關(guān)14和用戶支路中的分斷路器開關(guān)15。當故障發(fā)生在配電網(wǎng)的供電主線部分，即外部交流網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時，總斷路器開關(guān)14立即斷開，切斷故障區(qū)與非故障區(qū)的聯(lián)系，同時含光伏發(fā)電電池板9以及動力電池組8的支路通過雙向AC/DC變流器2向重要負荷反送電能，而不含重要負荷的支路中，光伏發(fā)電電池板9和動力電池組8依丨日通過雙向AC/DC變流器2向所在支路的傳統(tǒng)負荷13供電，盡可能保證緊急情況下小區(qū)內(nèi)所有負荷用電不受影響；當僅依靠直流微網(wǎng)支路中的光伏電池9和動力電池組8反送的電能不足以保證重要負荷的用電需求時，切斷不含重要負荷的用戶支路中的分斷路器開關(guān)15，切除傳統(tǒng)負荷13，光伏發(fā)電9和動力電池組8中的儲能供給重要負荷，優(yōu)先滿足重要負荷的用電需求，確保重要負荷的工作狀態(tài)不受影響。當故障消除時，配電網(wǎng)恢復(fù)正常工作，配電網(wǎng)的電能重新由外部網(wǎng)絡(luò)提供，此時動力電池組8消納和儲蓄電會K。
[0065]3、當配電網(wǎng)中某用戶支路發(fā)生故障時，立即斷開故障所在支路的分斷路器開關(guān)15，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)；當故障支路的故障排除后，再通過控制分斷路器開關(guān)15將該支路重新投入配電網(wǎng)系統(tǒng)，以期盡可能減小故障對配網(wǎng)運行的影響。
[0066]圖2所示的本實用新型具體實施例中，AC/DC雙向變流器2、小區(qū)配電箱12連接的變壓器、重要負荷用換流箱內(nèi)的變換器和DC/DC變換器4、第一 DC/DC變換器5和第二 DC/DC變換器7、DC/AC逆變器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。
[0067]綜上所述，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)，且無需更換或升級電纜，在不影響原居民負荷用電的情況下，使用新型清潔能源發(fā)電以及儲能設(shè)備作為供電源供應(yīng)電動汽車大量接入所需的額外容量，具有對原配電線路損耗小、節(jié)能環(huán)保、可靠性高、可擴展性好的優(yōu)點，且所提升配電網(wǎng)輸電容量的幅度完全能夠滿足電動汽車規(guī)?；尤雽ε潆娋W(wǎng)傳輸容量的需求，是一種適用于含有重要負荷的新能源與電動汽車的接入城市直流配電系統(tǒng)。
[0068]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。
【主權(quán)項】
1.一種含有重要負荷的新能源與電動汽車接入的城市直流配電系統(tǒng)，其特征在于，包括: 一個變電站(I)， 至少一個傳統(tǒng)負荷(13)， 一個總斷路器開關(guān)(14)， 至少一個連接分斷路器開關(guān)(15)的小區(qū)配電箱(12)， 至少一個含有重要負荷用的小區(qū)配電箱(12)、一個重要負荷； 還包括一個電動汽車充換電站，該電動汽車充換電站包含: 一個AC/DC雙向變流器(2)， 一條直流配電線路DC bus (3)， 一個連接DC/DC變流器(4 )的動力電池組(8 )， 至少一個連接第一 DC/DC變流器(5)的光伏發(fā)電電池板(9)， 一個連接DC/AC逆變器(6 )的站內(nèi)負荷(1 )， 至少一個連接第二 DC/DC變流器(7 )的電動汽車充電粧(11); 所述變電站(I)與AC/DC雙向變流器(2)、傳統(tǒng)負荷的交流母線AC bus相連； 所述AC/DC雙向變流器(2)的直流側(cè)與直流母線DC bus (3)相連，AC/DC雙向變流器(2)的交流側(cè)與變電站(I)相連； 所述DC/DC變流器(4)的低壓側(cè)與動力電池組(8)相連，DC/DC變流器(4)的高壓側(cè)與直流母線DC bus (3)相連； 所述第一 DC/DC變流器(5)的低壓側(cè)與光伏發(fā)電電池板(9)相連，第一 DC/DC變流器(5)的高壓側(cè)與直流母線DC bus (3)相連； 所述DC/AC逆變器(6 )的交流側(cè)與站內(nèi)負荷(1 )相連，DC/AC逆變器(6 )的直流側(cè)與直流母線DC bus (3)相連； 所述第二 DC/DC變流器(7)的低壓側(cè)與電動汽車充電粧(11)相連，第二 DC/DC變流器(7)的高壓側(cè)與直流母線DC bus (3)相連； 所述總斷路器開關(guān)(14)設(shè)在變電站I出口側(cè)，然后再與AC/DC雙向變流器(2)以及小區(qū)配電箱(12)和含有重要負荷用小區(qū)配電箱的重要負荷相連； 所述分斷路器開關(guān)(15)的一側(cè)與連接小區(qū)配電箱(12)的傳統(tǒng)負荷(13)相連，分斷路器開關(guān)(15)的另一側(cè)與交流母線AC bus相連； 所述的含有重要負荷用小區(qū)配電箱一側(cè)與重要負荷相連，另一側(cè)與交流母線AC bus相連。
【文檔編號】H02H7/28GK205544317SQ201620337928
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月20日
【發(fā)明人】黃悅?cè)A, 吳昊, 邾玢鑫, 佘小莉
【申請人】三峽大學(xué)