一种配电网柔性交流直流混合供电系统技术方案

本发明专利技术提供一种配电网柔性交流直流混合供电系统，所述系统包括高压级单元、隔离级单元、低压级单元和直流供电单元；所述高压级单元、隔离级单元和低压级单元依次连接，所述高压级单元与隔离级单元之间、隔离级单元与低压级单元之间均通过直流母线连接。所述直流供电单元与隔离级单元与低压级单元之间的直流母线并联。本发明专利技术提供一种配电网柔性交流直流混合供电系统，融合了传统配电变压器和DFACTS控制器的功能，彻底改变了传统变压器的刚性控制结构，使配电网控制更简洁灵活，不仅可以提供高质量的交流电能输出而且还能提供高质量的直流电能输出。

【技术实现步骤摘要】
一种配电网柔性交流直流混合供电系统
本专利技术涉及一种供电系统，具体讲涉及一种配电网柔性交流直流混合供电系统。
技术介绍
自世界上第一条高压直流输电线路建成投运以来，经过60多年的发展，高压直流输电技术已广泛应用到远距离超高压输电、跨海输电和非同步联网等几个方面。直流输电具有线路投资少、不存在系统稳定问题、调节快速、运行可靠等优点。于此同时，在配电网中直流用电和分布式电源并网、储能的需求也日渐突出，然而传统配电网都是交流电网不具备直流供电功能，而且事实上大多数电子负荷所需要的用电方式都是直流电能。目前采用的方法都是在用电负荷侧各自加装小型电力电子整流器的方式将配电变压器提供的交流电转换为直流电，直流负荷才能正常使用，如图1所示。这种分散整流的方式不仅增加了成本、容易产生谐波而且极大的降低了效率，如果直接对这些直流负荷提供直流电，将会大大减少能耗，据美国杜克能源公司验证，如果对一个数据中心的负荷直接提供直流电可以减少能耗百分之十五左右。当前以配电变压器为基础的配电网本身并不具备直接提供直流电能的功能，虽然今天的电力变压器，无论是工艺，还是性能都达到了前所未有的高度，但变压器的基本功能、工作原理和结构却没有发生任何变化。在电力系统面对新需求的背景下，作为电力系统最基本变电装置的电力变压器，过于单一的功能使得其不足之处越来越明显。如果能够直接利用配电系统最基本的元件——配电变压器，来解决用户的交、直流混合供电和电能质量控制问题，那么配电系统会变得更高效、简洁、安全。随着配用电侧直流负荷和分布式电源并网需求不断上涨，如电动汽车充放电、光伏等分布式电源并网等，以及对于大部分负荷而言本身就是直流用电形式，而且直流供电相对于交流供电来说具有控制简单、损耗小等优点。针对传统铁芯式配电变压器只能传输交流电，无法有效满足直流用电的用户需求的问题。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种配电网柔性交流直流混合供电系统，融合了传统配电变压器和DFACTS控制器的功能，彻底改变了传统变压器的刚性控制结构，使配电网控制更简洁灵活，不仅可以提供高质量的交流电能输出而且还能提供高质量的直流电能输出。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取如下技术方案：本专利技术提供一种配电网柔性交流直流混合供电系统，所述系统包括高压级单元、隔离级单元、低压级单元和直流供电单元；所述高压级单元、隔离级单元和低压级单元依次连接，所述高压级单元与隔离级单元之间、隔离级单元与低压级单元之间均通过直流母线连接。所述直流供电单元与隔离级单元和低压级单元之间的直流母线并联。所述系统为三相四线制的交流直流混合供电系统。所述高压级单元包括第一AC/DC变换器，所述第一AC/DC变换器包括三相全桥整流有源前端、控制器和辅助设备；控制器产生调制信号对三相全桥整流有源前端的电力电子器件主电路进行控制；辅助设备接收控制器的调制信号并产生驱动信号，对三相全桥整流有源前端的电力电子器件的通断进行驱动，并对三相全桥整流有源前端的过温、过压和过流进行保护，实现三相全桥整流有源前端的变量检测和反馈控制，使三相全桥整流有源前端安全启动、停机和散热；所述第一AC/DC变换器交流侧接入配电网线路，直流侧通过直流母线与隔离级单元的第一DC/AC变换器直流侧相连。所述隔离级单元包括第一DC/AC变换器、隔离变压器和第二AC/DC变换器。所述第一DC/AC变换器包括单相H桥高频谐振逆变器、控制器和辅助设备；控制器产生调制信号对单相H桥高频谐振逆变器的电力电子器件主电路进行控制，实现输入直流到高频交流方波；辅助设备接收控制器的调制信号并产生驱动信号，对单相H桥高频谐振逆变器的电力电子器件的通断进行驱动，并对单相H桥高频谐振逆变器的过温、过压和过流进行保护，使单相H桥高频谐振逆变器安全启动和、停机和散热；所述第一DC/AC变换器直流侧与高压级直流母线相并连，交流侧输出高频交流方波与隔离级中/高频变压器一次侧相连。所述隔离级变压器为一次侧1路输入、二次侧3路输出的隔离变压器；一次侧与隔离级第一DC/AC变换器高频方波交流侧相并连，二次侧3个接口分别与隔离级第二AC/DC变换器的3单相H桥高频谐振整流器的高频方波交流侧相并连。所述隔离变压器为中频隔离变压器或高频隔离变压器。所述第二AC/DC变换器包括3个单相H桥高频谐振整流器、控制器和辅助设备；控制器产生调制信号对3个单相H桥高频谐振整流器的电力电子器件主电路进行控制，实现输入高频方波交流到直流变换；辅助设备接收控制器的调制信号并产生驱动信号，对单相H桥高频谐振整流器的电力电子器件的通断进行驱动，并对单相H桥高频谐振整流器的过温、过压和过流进行保护，使单相H桥高频谐振整流器安全启动、停机和散热；所述第二AC/DC变换器交流侧3个单相H桥高频谐振整流器分别与隔离变压器的二次侧3路输出相并连，3路直流侧分别通过直流母线与低压级第二DC/AC变换器的3个单相H桥逆变器直流侧相并连以及分别与直流供电单元的DC/DC变换器的3个半桥斩波器的高压侧相并连。所述低压级单元包括第二DC/AC变换器，所述第二DC/AC变换器包括3个单相H桥逆变器、控制器、3个LC滤波器和辅助设备；控制器产生调制信号对3个单相H桥逆变器的电力电子器件主电路进行控制，实现输入直流到工频交流变换；辅助设备接收控制器的调制信号并产生驱动信号，对单相H桥逆变器的电力电子器件的通断进行驱动，并对单相H桥逆变器的过温、过压和过流进行保护，实现单相H桥逆变器的变量检测和反馈控制，使单相H桥逆变器安全启动、停机和散热；3个单相H桥逆变器直流侧分别与隔离级3个直流母线相并连，交流侧分别与3个LC滤波器相并连，消除电压谐波，达到滤波的作用，输出按YN联结，形成三相四线输出，实现三相电压恒定、波形正弦、相位互相相差120°的工频交流输出。所述直流供电单元包括DC/DC变换器，所述DC/DC变换器包括3个半桥斩波器、3个LCL滤波器、控制器和辅助设备；控制器产生调制信号对3个半桥斩波器的电力电子器件主电路进行控制，实现输入直流到所需电压等级的直流变换；辅助设备接收控制器的调制信号并产生驱动信号，对半桥斩波器的电力电子器件的通断进行驱动，并对半桥斩波器的过温、过压和过流进行保护，实现单相H桥逆变器的变量检测和反馈控制，使半桥斩波器安全启动、停机散热；所述DC/DC变换器的3个半桥斩波器的高压侧分别与隔离级3个直流母线相并联，低压侧分别与3个LCL滤波器相连，输出高电能质量的直流用电。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：（1）融合了传统配电变压器和DFACTS控制器的功能，彻底改变了传统变压器的刚性控制结构，使配电网控制更简洁灵活，不仅可以提供高质量的交流电能输出而且还能提供高质量的直流电能输出；（2）提出了三相四线的交流供电同时直流供电的主要技术方案和主电路拓扑；（3）提出了多极控制的交直流混合供电以及电能质量控制的控制策略。附图说明图1是现有技术中传统供电方式结构图；图2是配电网柔性交流直流混合供电系统结构框图；图3是交流直流混合供电和电能质量控制主电路拓扑结构图；图4是高压级单元控制流程图；图5是低压级单元控制流程图；图6是直流供电单元控制流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种配电网柔性交流直流混合供电系统，其特征在于：所述系统包括高压级单元、隔离级单元、低压级单元和直流供电单元；所述高压级单元、隔离级单元和低压级单元依次连接，所述高压级单元与隔离级单元之间、隔离级单元与低压级单元之间均通过直流母线连接；所述直流供电单元与隔离级单元和低压级单元之间的直流母线并联。

【技术特征摘要】
1.一种配电网柔性交流直流混合供电系统，其特征在于：所述系统包括高压级单元、隔离级单元、低压级单元和直流供电单元；所述高压级单元、隔离级单元和低压级单元依次连接，所述高压级单元与隔离级单元之间、隔离级单元与低压级单元之间均通过直流母线连接；所述直流供电单元与隔离级单元和低压级单元之间的直流母线并联；所述系统为三相四线制的交流直流混合供电系统；所述高压级单元包括第一AC/DC变换器，所述第一AC/DC变换器包括三相全桥整流有源前端、控制器和辅助设备；控制器产生调制信号对三相全桥整流有源前端的电力电子器件主电路进行控制；辅助设备接收控制器的调制信号并产生驱动信号，对三相全桥整流有源前端的电力电子器件的通断进行驱动，并对三相全桥整流有源前端的过温、过压和过流进行保护，实现三相全桥整流有源前端的变量检测和反馈控制，使三相全桥整流有源前端安全启动、停机和散热；所述第一AC/DC变换器交流侧接入配电网线路，直流侧通过直流母线与隔离级单元的第一DC/AC变换器直流侧相连；所述隔离级单元包括第一DC/AC变换器、隔离变压器和第二AC/DC变换器；所述第一DC/AC变换器包括单相H桥高频谐振逆变器、控制器和辅助设备；控制器产生调制信号对单相H桥高频谐振逆变器的电力电子器件主电路进行控制，实现输入直流到高频交流方波；辅助设备接收控制器的调制信号并产生驱动信号，对单相H桥高频谐振逆变器的电力电子器件的通断进行驱动，并对单相H桥高频谐振逆变器的过温、过压和过流进行保护，使单相H桥高频谐振逆变器安全启动、停机和散热；所述第一DC/AC变换器直流侧与高压级直流母线相并连，交流侧输出高频交流方波与隔离级中/高频变压器一次侧相连；所述隔离级变压器为一次侧1路输入、二次侧3路输出的隔离变压器；一次侧与隔离级第一DC/AC变换器高频方波交流侧相并连，二次侧3个接口分别与隔离级第二AC/DC变换器的3单相H桥高频谐振整流器的高频方波交流侧相并连；所述隔离变压器为中频隔离变压器或高频隔离变压器；所述第二AC/DC变换器包括3个单相H桥高频谐振整流器、控制器和辅助设备；...

【专利技术属性】
技术研发人员：段青，盛万兴，孙军平，孟晓丽，宋晓辉，
申请(专利权)人：国家电网公司，中国电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：