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，包括：一個雙向AC/DC變流器；一個總斷路器/開關；一個動力電池組，一個用于動力電池組的DC/DC變換器；至少一個光伏發電電池板，至少一個用于光伏發電的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；一個站內負荷，一個用于站內負荷的DC/AC逆變器；至少一個分斷路器/開關，至少一個小區配電箱和居民負荷，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線路結構和不影響用戶負荷用電的情況下，僅在配電線路一側引入直流微網系統，利用區域發電設備以及儲能設備來減小大負荷對電網的沖擊，具有成本低、節能環保、可靠性高、可擴展性好等優點。
【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
技術領域
[0001]本實用新型專利屬于配電網輸電功率增容技術領域，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。
【背景技術】
[0002]伴隨著霧霾現象日益嚴重，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保的方向，在節能減排、遏制氣候變暖以及減少人類對傳統化石能源的依賴方面具備傳統汽車不可比擬的優勢，各國政府、汽車生產商以及能源企業呼吁大力發展電動汽車，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，充電功率在數十到數百千瓦；因此，當大量電動汽車接入配電網后，勢必會對配電網形成很大的負荷沖擊，引發配電網負荷過載問題。現有交流配電網線路容量很難滿足電動汽車大規模接入后的線路容量需求，現有充電粧也很難滿足電動汽車對充電設施的需求。為了滿足電動汽車數量激增對充電設施以及線路容量的需求，必須對現有充電設施規模以及配電線路進行擴建;為了適應高滲透率電動汽車接入對配電網容量的需求，必須采取措施對配電網進行擴容。目前，針對電動汽車充電設施的需求問題，主要解決方案是在城市中不斷增設充電粧數量，該方案可解決電動汽車充電設施需求問題，但充電設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施的實時使用狀況，以減少充電等待時間現有的城市充電粧的結構示意圖如圖1所示，為了減少大量電動汽車充電負荷對配網的沖擊，常用的技術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。
【實用新型內容】
[0003]針對現有技術存在的上述不足，為解決現有配電網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，在不改變線路電纜的情況下，引入直流微網系統，就地采用新能源發電設備和儲能設備，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構的優點，但需要額外增加一些其他的新能源發電設備、變換器以及電池組等，該直流微網系統用于面對電動汽車大規模接入之后配電網峰值負荷的增加。
[0004]本實用新型所采用的技術方案是:
[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，包括:
[0006]—個變電站，
[0007]至少一個傳統負荷，
[0008]一個總斷路器開關，
[0009]至少一個連接分斷路器開關的小區配電箱，
[0010]至少一個含有重要負荷用的小區配電箱、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變流器的光伏發電電池板，
[0016]一個連接DC/AC逆變器的站內負荷，
[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與直流母線DC bus相連，AC/DC雙向變流器的交流側與變電站相連；
[0020]所述DC/DC變流器的低壓側與動力電池組相連，DC/DC變流器的高壓側與直流母線DC bus相連；
[0021 ]所述第一 DC/DC變流器的低壓側與光伏發電電池板相連，第一 DC/DC變流器的高壓側與直流母線DC bus相連；
[0022]所述DC/AC逆變器的交流側與站內負荷相連，DC/AC逆變器的直流側與直流母線DCbus相連；
[0023]所述第二 DC/DC變流器的低壓側與電動汽車充電粧相連，第二 DC/DC變流器的高壓側與直流母線DC bus相連；
[0024]所述總斷路器開關設在變電站出口側，然后再與AC/DC雙向變流器以及小區配電箱和含有重要負荷用小區配電箱的重要負荷相連；
[0025]所述分斷路器開關的一側與連接小區配電箱的傳統負荷相連，分斷路器開關的另一側與交流母線AC bus相連。
[0026]所述的含有重要負荷用小區配電箱一側與重要負荷相連，另一側與交流母線ACbus相連。
[0027]該系統接入了一套含有AC/DC雙向變流器的直流配網系統，該系統可以利用內部新能源發電以及儲能設備供電，再通過AC/DC雙向變流器達到穩定并網。
[0028]該系統重點考慮到了小區重要負荷的供電可靠性問題，在配電網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，以確保重要負荷的供電可靠性。
[0029]所述的居民傳統負荷不受影響的情況下引入了直流配電系統、電動汽車充電粧等可從光伏發電吸收電能，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]該系統中的電能傳輸均為直流電能形式。
[0031]相比于現有的提高配電網線路輸電容量的技術，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，具有如下優點:
[0032]I )、本實用新型無需改變原配電網線路結構，且無需更換或升級現有配電網所使用的電纜。
[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中引入的清潔能源發電以及儲能系統來供給，以滿足不同規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變流器采用雙向結構，可實現電能反送，應對故障等緊急情況下的重要負荷或傳統負荷的電能需求。
[0035]4)、本實用新型中裝設有總斷路器/開關和用戶支路分斷路器/開關，可在配網系統發生故障時，按需控制各斷路器/開關的通斷，以將故障對配電網的影響降至最低。
[0036]5)、本實用新型僅需在現有配電系統中引入一套含有新能源的直流微網系統，工程量小，實現方便，可行性高。
【附圖說明】
[0037]圖1是一種現有的交流配電系統的結構示意圖。
[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實施例的結構示意圖。
【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，包括:
[0040]一個變電站I，
[0041]至少一個傳統負荷13，傳統負荷13指的是現階段采用220V交流居民用電供電的負荷。
[0042]一個總斷路器開關14，
[0043]至少一個連接分斷路器開關15的小區配電箱12，
[0044]至少一個含有重要負荷用的小區配電箱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的光伏發電電池板9，
[0050] 一個連接DC/AC逆變器6的站內負荷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的直流側與直流母線DC bus 3相連，AC/DC雙向變流器2的交流側與變電站I相連；
[0054]所述DC/DC變流器4的低壓側與動力電池組8相連，DC/DC變流器4的高壓側與直流母線DC bus 3相連；
[0055]所述第一 DC/DC變流器5的低壓側與光伏發電電池板9相連，第一 DC/DC變流器5的高壓側與直流母線DC bus 3相連；
[0056]所述DC/AC逆變器6的交流側與站內負荷10相連，DC/AC逆變器6的直流側與直流母線DC bus 3相連；
[0057]所述第二DC/DC變流器7的低壓側與電動汽車充電粧11相連，第二DC/DC變流器7的高壓側與直流母線DC bus 3相連；
[0058]所述總斷路器開關14設在變電站I出口側，然后再與AC/DC雙向變流器2以及小區配電箱12和含有重要負荷用小區配電箱的重要負荷相連；
[0059]所述分斷路器開關15的一側與連接小區配電箱12的傳統負荷13相連，分斷路器開關15的另一側與交流母線AC bus相連。
[0060]所述的含有重要負荷用小區配電箱一側與重要負荷相連，另一側與交流母線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傳輸到直流母線DCbus 3;0(:/^(:逆變器6將800￥ DC逆變為220V AC供站內負荷使用；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將光伏發電電池板9發的電升壓為800V DC并網使用亦或是通過DC/DC變換器4降壓至動力電池組8儲存。小區配電箱12將1kV AC降壓為220V AC供居民使用，重要負荷用小區配電箱作用相同。斷路器/開關在線路故障短路時，將其他各支路線路斷開，保證電網以及直流微網對重要負荷的供電。
[0062]本實用新型的工作模式有以下幾種:
[0063 ] 1、當系統正常運行時，外部交流網絡的交流電經過AC/DC雙向變流器2整流為直流電，再經直流配電網中輸電線路和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、站內負荷10和電動汽車充電粧11。同樣外部交流網絡通過小區配電箱給傳統負荷和重要負荷直接供電。
[0064]2、當配電網發生故障時，根據故障點位置來控制總斷路器開關14和用戶支路中的分斷路器開關15。當故障發生在配電網的供電主線部分，即外部交流網絡發生故障時，總斷路器開關14立即斷開，切斷故障區與非故障區的聯系，同時含光伏發電電池板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向所在支路的傳統負荷13供電，盡可能保證緊急情況下小區內所有負荷用電不受影響；當僅依靠直流微網支路中的光伏電池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15，切除傳統負荷13，光伏發電9和動力電池組8中的儲能供給重要負荷，優先滿足重要負荷的用電需求，確保重要負荷的工作狀態不受影響。當故障消除時，配電網恢復正常工作，配電網的電能重新由外部網絡提供，此時動力電池組8消納和儲蓄電會K。
[0065]3、當配電網中某用戶支路發生故障時，立即斷開故障所在支路的分斷路器開關15，將故障支路與配網分離，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；當故障支路的故障排除后，再通過控制分斷路器開關15將該支路重新投入配電網系統，以期盡可能減小故障對配網運行的影響。
[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、小區配電箱12連接的變壓器、重要負荷用換流箱內的變換器和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計和闡述，在在實際應用中可根據實際系統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在不改變原配電網線路結構，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電以及儲能設備作為供電源供應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、節能環保、可靠性高、可擴展性好的優點，且所提升配電網輸電容量的幅度完全能夠滿足電動汽車規模化接入對配電網傳輸容量的需求，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。
[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。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎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，其特征在于，包括: 一個變電站(I)， 至少一個傳統負荷(13)， 一個總斷路器開關(14)， 至少一個連接分斷路器開關(15)的小區配電箱(12)， 至少一個含有重要負荷用的小區配電箱(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)的光伏發電電池板(9)， 一個連接DC/AC逆變器(6 )的站內負荷(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)的直流側與直流母線DC bus (3)相連，AC/DC雙向變流器(2)的交流側與變電站(I)相連； 所述DC/DC變流器(4)的低壓側與動力電池組(8)相連，DC/DC變流器(4)的高壓側與直流母線DC bus (3)相連； 所述第一 DC/DC變流器(5)的低壓側與光伏發電電池板(9)相連，第一 DC/DC變流器(5)的高壓側與直流母線DC bus (3)相連； 所述DC/AC逆變器(6 )的交流側與站內負荷(1 )相連，DC/AC逆變器(6 )的直流側與直流母線DC bus (3)相連； 所述第二 DC/DC變流器(7)的低壓側與電動汽車充電粧(11)相連，第二 DC/DC變流器(7)的高壓側與直流母線DC bus (3)相連； 所述總斷路器開關(14)設在變電站I出口側，然后再與AC/DC雙向變流器(2)以及小區配電箱(12)和含有重要負荷用小區配電箱的重要負荷相連； 所述分斷路器開關(15)的一側與連接小區配電箱(12)的傳統負荷(13)相連，分斷路器開關(15)的另一側與交流母線AC bus相連； 所述的含有重要負荷用小區配電箱一側與重要負荷相連，另一側與交流母線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
【發明人】黃悅華, 吳昊, 邾玢鑫, 佘小莉
【申請人】三峽大學