CN104485695B - 一种适用于电动汽车入户的含重要负荷直流配电网 - Google Patents
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Abstract
一种适用于电动汽车入户的含重要负荷直流配电网，包括一个含有AC/DC变流器的换流站，一个含有DC/DC变流器的小区配电箱，至少一个断路器或开关，至少一个包含DC/AC变流器和双向DC/DC变流器的重要负荷用换流箱，至少一个包含DC/AC变流器和双向DC/DC变流器的用户换流箱，至少一个重要负荷，至少一个传统负荷，至少一个电动汽车充电桩。与现有针对电动汽车入户而对配电网进行扩容的方案相比，本发明中所提方案在不改变原配电网线路结构和不影响用户负荷用电，且无需更换或升级电缆的情况下，仅对小区配电箱进行改造，对用户装设居民换流箱，即可提升配电网的线路输电容量。具有成本低、工程量小、可靠性高、可扩展性好等优点。
Description
技术领域
本发明属于配电网输电功率增容技术领域，具体涉及一种适用于电动汽车入户的含重要负荷直流配电网。
背景技术
随着不可再生化石能源的紧张与电池技术的发展，以电代油的电动汽车作为新一代节能与环保的交通工具受到全世界关注和推广应用。在电动汽车产业化发展过程中，除其本身的技术瓶颈外，亟待解决的是配电网扩容问题。现有的交流配电网结构示意图如说明书附图中的图1所示，当电动汽车大规模随机接入时，不仅对电动汽车充电桩的需求量大，而且会对交流配网形成较大的负荷冲击，造成配电网负荷的大幅提升，显然，现有交流配电网线路容量很难满足电动汽车大规模入户后的线路容量需求，为了适应高渗透率电动汽车入户对配电网容量的需求，必须采取措施对配电网进行扩容。目前，针对配电网扩容问题的解决方案主要有两种：第一种是对配电网中原输电电缆直接升级改造，将原输电电缆更换为过流能力更大的电缆，此方案可根据负荷需求大幅扩容，但工程量巨大，工期长，成本昂贵，耗材浪费严重，且输电电缆升级改造期间对居民生活影响严重；第二种是在不改变原配电网输电线路结构的情况下，采用输电线路动态增容技术，该方案具有不改变输电线路结构的优点，但需额外增加大量检测和通信设备，且输电线路实际可增加的传输容量易受自然环境影响，因此动态增容常技术常应用于高压输电线路中，在低压配电网中考虑到成本、最大输送容量增加幅度等因素而难以应用。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足， 为解决现有配电网输电容量提高方案存在成本高、工程量大、施工周期长、输电容量提升幅度小及对用户影响严重等问题，并考虑到重要负荷对供电可靠性的高要求，本发明一种适用于电动汽车入户的含重要负荷直流配电网，用于应对大规模的电动汽车入户后配电网峰值负荷的增加。对含重要负荷的用户支路装设断路器或开关，提高了重要负荷的供电可靠性，具有成本低、工程量小、可靠性高、可扩展性好等优点。
本发明采取的技术方案为：
一种适用于电动汽车入户的含重要负荷直流配电网，
包括一个含有AC/DC变流器的换流站，
一个含有DC/DC变流器的小区配电箱，
一个开关件，
至少一个重要负荷用换流箱，
至少一个用户换流箱，
至少一个重要负荷，
至少一个传统负荷，
至少一个电动汽车充电桩；
所述的含有AC/DC变流器的换流站交流侧与外部交流网络相连，所述换流站直流侧与所述小区配电箱相连；
所述的含有DC/DC变流器的小区配电箱端电压较高侧与所述换流站相连，所述小区配电箱的端电压较低侧与各用户支路相连；
所述的开关件安装于含重要负荷用户支路中，开关件一端与小区配电箱相连，开关件另一端与重要负荷用换流箱相连；
所述的重要负荷用换流箱中包含第一DC/AC变流器和第一双向DC/DC变流器，其中第一DC/AC变流器的直流侧与开关件相连，第一DC/AC变流器的交流侧与重要负荷相连，而第一双向DC/DC变流器的端电压较高侧与开关件相连，第一双向DC/DC变流器的端电压较低侧与电动汽车充电桩相连；
所述的用户换流箱中包含第二DC/AC变流器和第二双向DC/DC变流器，其中第二DC/AC变流器的直流侧与小区配电箱相连，第二DC/AC变流器的交流侧与传统负荷相连，而第二双向DC/DC变流器的端电压较高侧与小区配电箱相连，第二双向DC/DC变流器的端电压较低侧与电动汽车充电桩相连；
所述的重要负荷与重要负荷用换流箱内第一DC/AC变流器的交流侧相连；所述的传统负荷与用户换流箱内的第二DC/AC变流器的交流侧相连；
所述的电动汽车充电桩与重要负荷用换流箱或用户换流箱内的双向DC/DC变流器的端电压较低侧相连。
所述开关件为断路器或者空气开关。
各用户分别装设用户换流箱，而用户换流箱均留有电动汽车充电桩接口。
相比于现有的提高配电网线路输电容量的技术，本发明具有如下优点：
1）、本发明无需改变原配电网线路结构，且无需更换或升级现有配电网所使用的电缆，具有工程量小、实现方便、对用户影响小的优点。
2）、本发明输电线路容量的提升幅度可以通过配电网直流线路电压的幅值进行调节，以满足不同规模的电动汽车入户后对配电线路容量的需求，设计灵活，适用范围广，通用性强。
3）、本发明中低压DC/DC变流器采用双向结构，可实现电能反送，与断路器或开关一起实现配网供电系统故障情况下对重要负荷的不间断供电，提高系统可靠性。
4）、本发明中用户换流箱均留有电动汽车充电桩接口，确保用户添置电动汽车后可方便、灵活地为电动汽车充电，非常适用于电动汽车入户的情况。
5)、所述的直流配电系统重点考虑到了小区重要负荷的供电可靠性问题，并通过支路串接断路器或开关以及双向DC/DC变流器的联合作用，确保重要负荷供电可靠性。
6)、重要负荷用换流箱和用户换流箱中的DC/DC变流器是双向的，电动汽车充电桩可通过双向DC/DC变流器反送电能给其它负荷。
附图说明
图1是一种现有的交流配电系统的结构示意图。
图2是本发明适用于电动汽车入户的含重要负荷的直流配电网实施例的结构示意图。
具体实施方式
如图2所示，一种适用于电动汽车入户的含重要负荷直流配电网，包括：一个含有AC/DC变流器的换流站1，一个含有DC/DC变流器的小区配电箱2，一个开关件3，开关件3为断路器或空气开关，至少一个包含第一DC/AC变流器5和第一双向DC/DC变流器6的重要负荷用换流箱4，至少一个包含第二DC/AC变流器8和第二双向DC/DC变流器9的用户换流箱7，至少一个重要负荷10，至少一个传统负荷11，至少一个电动汽车充电桩12；所述的含有AC/DC变流器的换流站1交流侧与外部交流网络相连，直流侧与小区配电箱2相连；所述的含有DC/DC变流器的小区配电箱2端电压较高侧与换流站1相连(此处电压等级受原配电网电缆的影响，以11kV交流配电网电缆为例，直流电压可以工作在30kV)，端电压较低侧与各用户支路相连（此处电压等级受逆变器和输电容量的影响，可以设置在800V左右）；所述的断路器或开关3装设于含重要负荷用户支路中，一端与小区配电箱2相连，另一端与重要负荷用换流箱4相连；所述的重要负荷用换流箱4中包含第一DC/AC变流器5和第一双向DC/DC变流器6，其中第一DC/AC变流器5的直流侧与断路器或开关3相连，交流侧与重要负荷10相连，而第一双向DC/DC变流器6的端电压较高侧与断路器或开关3相连（此处电压等级受逆变器和输电容量的影响，可以设置在800V左右），端电压较低侧与电动汽车充电桩12相连（此处为电动汽车充电桩电压，常见范围是200-450V）；所述的用户换流箱7中包含第二DC/AC变流器8和第二双向DC/DC变流器9，其中第二DC/AC变流器8的直流侧与小区配电箱2相连，交流侧与传统负荷11相连，而第二双向DC/DC变流器9的端电压较高侧与小区配电箱2相连，端电压较低侧与电动汽车充电桩12相连；所述的重要负荷10与重要负荷用换流箱4内第一DC/AC变流器5的交流侧相连；所述的传统负荷11与用户换流箱7内的第二DC/AC变流器8的交流侧相连；所述的电动汽车充电桩12与重要负荷用换流箱4或用户换流箱7内的第一双向DC/DC变流器6或第二双向DC/DC变流器9的端电压较低侧相连。
考虑到同样绝缘厚度和芯线截面的电缆，其耐受直流电压的能力比耐受交流电压的能力约高3倍以上，图1所示的现有交流配电系统的配电线路，母线电压为10kV，因此在不改变图1所示交流配电系统线路结构的情况下，图2中所示的直流配电线路电压可达30kV以上。(现在城市中压配电网多数采用电缆，给所提方案的实施提供了可行性)。进一步考虑交流输电电压峰值与有效值之间的关系及输电线路功率因数对实际输送容量的影响，在不改变图1所示的现有交流配电网电缆的前提下，采样图2所示的直流配电形式，配电线路的输电容量理论上可提高4.7倍左右(此处因考虑导线具体连接方式，10kV一般是3条配电线，此处设定双极供电方式，即两条母线电压分别为正负30kV以及一个地线，那么实际可提高容量就是4.7倍左右)。图2所示实施例中，换流站1将110kV的交流电整流成正负30kV的直流电，配电线路将电能以直流的形式输送至小区配电箱2；小区配电箱2中的DC/DC变流器将正负30kV的直流电压降至正负800V，送至各用户支路中；重要负荷支路中装设有断路器或开关3，当配电网发生故障时，断路器或开关3将重要负荷10与故障隔离，保证重要负荷10免受故障影响；含重要负荷的用户支路中，重要负荷用换流箱4中的第一DC/AC变流器5将正负800V的直流电逆变为220V的交流电供重要负荷10使用，第一双向DC/DC变流器6将正负800V的直流电变换为400V的直流电供电动汽车充电桩12使用；不含重要负荷的用户支路中，用户换流箱7中的第二DC/AC变流器8将正负800V的直流电逆变为220V的交流电供传统负荷11使用，第二双向DC/DC变流器9将正负800V的直流电变换为400V的直流电供电动汽车充电桩12使用。
如图2所示，重要负荷用换流箱1和用户换流箱7中均分别装设第一双向DC/DC变流器6、9，第一双向DC/DC变流器6和9是否连接电动汽车充电桩负荷，可根据居民用户是否使用电动汽车具体情况而定。根据电网状态的不同，直流配电网的工作状态有2种：
1、电网正常运行时：直流断路器不工作，直流配电网中的传统负荷11、重要负荷10、电动汽车充电桩负荷12均由外部交流网络提供的电能经配电线路传输供给，此时，电动汽车充电桩均作为负荷从配电网吸收和存储电能。
2、电网发生故障时：对于含重要负荷支路，无论配电网发生何种故障，为确保重要负荷不受影响，含重要负荷支路中所装设的断路器或开关3立即断开，切断重要负荷支路与直流配电网的联系，同时电动汽车充电桩12中储存的电能通过重要负荷用换流箱4内第一双向DC/DC变流器6向重要负荷反送电能，保证重要负荷的供电不间断性；待故障排除后，断路器或开关1重新闭合，将含重要负荷的支路投入直流配电网中，恢复电网正常运行时的工作状态。对于不含重要负荷的用户支路，则会因故障点位置的不同而受到不同程度的影响，待故障排除后方能恢复正常工作。
图2所示的本发明具体实施例中，换流站1包含的AC/DC变流器、小区配电箱2包含的DC/DC变流器、重要负荷用换流箱4内的第一DC/AC变流器5和第一双向DC/DC变流器6、用户换流箱7内的第二DC/AC变流器8和第二双向DC/DC变流器9的电压等级均以一实例进行设计和阐述，在在实际应用中可根据实际系统容量需求来选择和确定电压等级。
综上所述，本发明的直流配电系统在不改变原配电网线路结构和不影响原居民负荷用电，且无需更换或升级电缆的情况下，仅对小区配电箱进行改造，对用户装设居民换流箱，便可提升配电网的线路输电容量，具有配电线路损耗小、工程量小、可扩展性好的优点，且所提升配电网输电容量的幅度完全能够满足大规模的电动汽车入户对配电网传输容量的需求，可实施性强、可靠性高；另外，本发明考虑到小区内重要负荷需保证不间断供电的需求，对含重要负荷的用户支路装设断路器或开关，保证了重要负荷的供电可靠性。因此，本发明是一种可靠性较高且非常适用于电动汽车入户的含有重要负荷的直流配电网。
本发明的上述实施范例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (4)
1.一种适用于电动汽车入户的含重要负荷直流配电网，
包括一个含有AC/DC变流器的换流站（1），
一个含有DC/DC变流器的小区配电箱（2），
一个开关件（3），
至少一个重要负荷用换流箱（4），
至少一个用户换流箱（7），
至少一个重要负荷（10），
至少一个传统负荷（11），
至少一个电动汽车充电桩（12）；其特征在于，
所述的含有AC/DC变流器的换流站（1）交流侧与外部交流网络相连，所述换流站（1）直流侧与所述小区配电箱（2）相连；
所述的含有DC/DC变流器的小区配电箱（2）端电压较高侧与所述换流站（1）相连，所述小区配电箱（2）的端电压较低侧与各用户支路相连；
所述的开关件（3）安装于含重要负荷用户支路中，开关件（3）一端与小区配电箱（2）相连，开关件（3）另一端与重要负荷用换流箱（4）相连；
所述的重要负荷用换流箱（4）中包含第一DC/AC变流器（5）和第一双向DC/DC变流器（6），其中第一DC/AC变流器（5）的直流侧与开关件（3）相连，第一DC/AC变流器（5）的交流侧与重要负荷（10）相连，而第一双向DC/DC变流器（6）的端电压较高侧与开关件（3）相连，第一双向DC/DC变流器（6）的端电压较低侧与电动汽车充电桩（12）相连；
所述的用户换流箱（7）中包含第二DC/AC变流器（8）和第二双向DC/DC变流器（9），其中第二DC/AC变流器（8）的直流侧与小区配电箱相连，第二DC/AC变流器（8）的交流侧与传统负荷（11）相连，而第二双向DC/DC变流器（9）的端电压较高侧与小区配电箱（2）相连，第二双向DC/DC变流器（9）的端电压较低侧与电动汽车充电桩（12）相连；
所述的重要负荷（10）与重要负荷用换流箱（4）内第一DC/AC变流器（5）的交流侧相连；所述的传统负荷（11）与用户换流箱（7）内的第二DC/AC变流器（8）的交流侧相连；
所述的电动汽车充电桩(12)与重要负荷用换流箱（4）或用户换流箱（7）内的双向DC/DC变流器的端电压较低侧相连。
2.根据权利要求1所述一种适用于电动汽车入户的含重要负荷直流配电网，其特征在于， 所述开关件（3）为断路器或者空气开关。
3.根据权利要求1所述一种适用于电动汽车入户的含重要负荷直流配电网，其特征在于，各用户分别装设用户换流箱（7），而用户换流箱均（7）留有电动汽车充电桩接口。
4.如权利要求1~3所述任意一种适用于电动汽车入户的含重要负荷直流配电网的供电方法，其特征在于，电网正常运行时：开关件（3）不工作，直流配电网中的传统负荷（11）、重要负荷（10）、电动汽车充电桩（12）均由外部交流网络提供的电能经配电线路传输供给，此时，电动汽车充电桩（12）均作为负荷从配电网吸收和存储电能；
电网发生故障时：对于含重要负荷支路，为确保重要负荷不受影响，含重要负荷支路中的开关件（3）立即断开，切断重要负荷支路与直流配电网的联系，同时电动汽车充电桩（12）中储存的电能通过重要负荷用换流箱（4）内第一双向 DC/DC 变流器（6）向重要负荷反送电能，保证重要负荷的供电不间断性；待故障排除后，开关件（3）重新闭合，将含重要负荷的支路投入直流配电网中，恢复电网正常运行时的工作状态。
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