CN110620378A - 一种三端星型互联直流配用电网拓扑系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种三端星型互联直流配用电网拓扑系统，其包括三端交流配电系统、三条直流母线和星型直流断路器组，其中，所述星型直流断路器组包括以Y型方式连接的三个直流断路器；三端交流配电系统中的第一交流配电系统通过第一条直流母线与所述星型直流断路器组中的第一个直流断路器连接；第二交流配电系统通过第二条直流母线与所述星型直流断路器组中的第二个直流断路器连接；第三交流配电系统通过第三条直流母线与所述星型直流断路器组中的第三个直流断路器连接。本发明的系统可靠性高，并且在一条直流母线发生故障时，剩余配网将实现双电源供电。

Description

一种三端星型互联直流配用电网拓扑系统

技术领域

本发明属于电力电子控制技术领域，特别涉及一种三端星型互联直流配用电网拓扑系统。

背景技术

为了实现可再生能源替代化石能源、降低碳排放，并实现“能源转型”的目的，要求对配电网的结构系统进行改进。

目前，电力系统的物理形态呈现出如下变化趋势：在电源侧，传统火力发电比例将逐渐减少，太阳能、风能等可再生能源发电比例将逐步提高。例如光伏系统作为一种可再生能源，从2004年开始，接入电网的光伏发电量以年均60％的速度增长。在负荷侧，用能优化及需求响应的能力水平进一步提升，柔性负荷和主动负荷接入比例大幅增加。例如，伴随着新能源车辆的普及，充电桩的接入数量大幅增加。在电网侧，网络结构更加坚强，电源及负荷接入更加便捷，系统运行控制更加灵活，未来电网将发展成为综合多元能源、满足供需互动的多样化平台。

配电系统正在从传统交流系统向交直流混合的智能柔性配电系统演化。柔性互联也使得直流配电网更好地与交流配电网混合运行，配电网络结构将从传统放射型转变为多端闭合互联网络，并进一步向多层、多级、多环的复杂网络方向发展，进而呈现出多元融合与多态混合的新形态。

然而，现有的互联直流配用电网的设计中，在一条或几条线路发生故障时，将直接影响电网的正常运行。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种三端星型互联直流配用电网拓扑系统。

一种三端星型互联直流配用电网拓扑系统，所述系统包括三端交流配电系统、三条直流母线和星型直流断路器组，其中，

所述星型直流断路器组包括以Y型方式连接的三个直流断路器；

三端交流配电系统中的第一交流配电系统通过所述三条直流母线中的第一条直流母线与所述星型直流断路器组中的第一个直流断路器连接；

三端交流配电系统中的第二交流配电系统通过所述三条直流母线中的第二条直流母线与所述星型直流断路器组中的第二个直流断路器连接；

三端交流配电系统中的第三交流配电系统通过所述三条直流母线中的第三条直流母线与所述星型直流断路器组中的第三个直流断路器连接。

进一步地，所述第一交流配电系统、所述第二交流配电系统和所述第三交流配电系统均包括交流电源、电压源型换流器和交流开关，所述交流开关连接在所述交流电源和电压源型换流器之间。

进一步地，所述第一交流配电系统、所述第二交流配电系统和所述第三交流配电系统均通过电压源型换流器实现与所述星型直流断路器组的连接。

进一步地，星型直流断路器组包括第一直流断路器、第二直流断路器和第三直流断路器，所述第一直流断路器的第一端、所述第二直流断路器的第一端和所述第三直流断路器的第一端互相连接。

进一步地，

所述第一直流断路器的第二端与所述第一条直流母线连接；

所述第二直流断路器的第二端与所述第二条直流母线连接；

所述第三直流断路器的第二端与所述第三条直流母线连接。

进一步地，所述三条直流母线中的一条直流母线或多条直流母线上设有直流断路器。

进一步地，第一条直流母线、第二条直流母线和第三条直流母线均为±10kv的中压直流母线。

进一步地，第一条直流母线、第二条直流母线和第三条直流母线中的一条或多条设有低压直流母线接口以连接低压直流母线，其中所述低压直流母线设有电压源型换流器以将±10kv的电压转换为400V的电压。

进一步地，所述低压直流母线具有连接光伏设备、储能设备和直流充电桩中的一个或多个的接口。

进一步地，所述三条直流母线中的一条直流母线或多条直流母线上设有一组或多组星型直流断路器组。

本发明的三端星型互联直流配用电网拓扑系统的可靠性更高，并且在一条直流母线发生故障时，剩余配网将实现双电源供电。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明实施例的一种三端星型互联直流配用电网拓扑结构示意图；

图2示出了根据本发明实施例的进一步的三端星型互联直流配用电网拓扑结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了根据本发明实施例的一种三端星型互联直流配用电网拓扑结构示意图。如图1所示，互联直流配用电网拓扑包括三端交流配电系统(第一交流配电系统、第二交流配电系统、第三交流配电系统)、三条直流母线(第一直流母线、第二直流母线、第三直流母线)和一个星型直流断路器组。

其中，第一交流配电系统包括交流电源AC1、电压源型换流器(voltage sourceconverter，VSC)VSC1以及连接在交流电源AC1与电压源型换流器VSC1之间的交流开关K1。与第一交流配电系统的结构相同，第二交流配电系统、第三交流配电系统均包括依次连接的交流电源(AC2、AC3)、交流开关(K2、K3)和电压源型换流器(VSC2、VSC3)。

星型直流断路器组包括三个直流断路器(图1中以实心方块作了标示)，三个直流断路器采用Y型方式连接，具体地三个直流断路器的第一端连接在一起，形成一种Y型结构的连接方式。需要说明的是，本发明以直流断路器为例进行示例性说明，但并不限于直流断路器，任何能够实现断路保护的器件(例如直流开关部件、交流开关部件等)均可用于本发明。

本发明实施例中的三条直流母线可以采用电压等级为±10kV(千伏特)的中压直流母线。三条中压直流母线分别与交流配电系统的电压源型换流器、星型直流断路器组中直流断路器的第二端连接。具体地，电压源型换流器VSC1通过第一直流母线与所述星型直流断路器组中第一个直流断路器的第二端连接；电压源型换流器VSC2通过第二直流母线与所述星型直流断路器组中第二个直流断路器的第二端连接；电压源型换流器VSC3通过第三直流母线与所述星型直流断路器组中第三个直流断路器的第二端连接。

这种连接结构，使得直流母线呈现放射状结构，也即呈现三端星型互联的结构，有效地提高了直流配用电网拓扑系统的可靠性。

通过三个电压源型换流器与10kV的中压交流配电母线连接，并与三端直流星型断路器组互联，三个交流配电系统站点可互相提供功率支撑。三条直流母线所在的三条线路中的任意一路线路发生故障时，直流配用电网解裂成辐射状配网运行，负荷由单路供电。示例性地，第一直流母线发生故障后，剩余的第二直流母线和第三直流母线能够连通第二交流配电系统和第三交流配电系统。因此，能够使得第一交流配电系统之外的、剩余的第二交流配电系统和第三交流配电系统实现双电源供电。

为了进一步提高系统的可靠性，防止大电流冲击对系统造成的损害，本发明实施例中的直流配用电网拓扑系统对直流母线所在的线路作出进一步改进。如图1所示，第一直流母线、第二直流母线和第三直流母线上均设有直流断路器。需要说明的是，本发明实施例并不仅仅限于在每条直流母线所在线路上设置一个或多个直流断路器，其中的一条线路或两条线路上设置一个或多个直流断路器也适应于本发明。

本发明实施例的直流配用电网络拓扑系统的这种设计结构可以使得系统容量在10MW(兆瓦)以上的三端柔性直流互联。整个直流配用电网络拓扑系统在运行过程中，对于10kV的线路来说，是一种多源(多配电系统)、单负荷(每条直流母线连接负荷)的定向供电的线状结构。而对于400V级用电网来说，解决了低压设备控保难度显著增加、低压母线可靠性会影响供电质量的问题。

为了向低压设备提供低压电力，本发明实施例中，在三条直流母线(即上述第一条直流母线、第二条直流母线和第三条直流母线)中的一条直流母线或多条直流母线上设置低压直流母线接口，用于提供400V这类低压级别的电力。示例性地，如图1所示，在该第三直流母线上设置了低压直流母线接口，通过电压源型换流器VSC4将10kV电压转为400V的低压，此时可以连接光伏、储能设备、直流充电桩等用电设备。同样为了保护这些用电设备，还可以在低压直流母线上设置直流断路器。这种方式有效地提高了接入能力，通过单点接入，实现小区域的覆盖，并可以利用低压电缆进行连接；同时达到了高端应用的目的，例如在400V的低压侧进行能量管理，根据需求进行管理，实现综合节能，提高了能源的综合服务能力。需要说的是，本发明实施例仅在第三直流母线上连接低压直流母线，但并非仅仅限于第三直流母线，在其他第一、第二直流母线上安装或者安装多条低压直流母线均可适应性本发明。

本发明实施例可以根据系统的实际情况选择相应的直流母线，例如第一直流母线的长度实现1km(千米)的能量传输、第二直流母线的长度实现5km的能量传输、而第三直流母线的长度实现300m(米)的能量传输。

本发明实施例中，在一个直流配用电网拓扑系统中，并非仅仅限于使用一组星型直流断路器组，还可以在各条直流母线上连接一个或多个星型直流断路器组。如图2所示，示出了在图1所示的第二条直流母线上增加了一组星型直流断路器组，即在直流配用电网拓扑系统具有星型直流断路器组1和星型直流断路器组2。通过这种增加星型断路器组的方式，更加扩展了系统的高端应用。需要说明的是，本发明实施例以在第二条直流母线上增加一组星型直流断路器组为例进行示例性说明，但并非仅仅限于在第二条直流母线上设置一组星型直流断路器组，在第一条直流母线、第三条直流母线上设置一组星型直流断路器组，同样可以适用于本发明实施例；进一步地，在一条直流母线或多条直流母线上设置多组星型直流断路器组同样可以适用于本发明实施例。

本发明实施例的直流配用电网拓扑系统主要应用在电网系统中，既可以应用由电压源型变流器构成的电网系统(柔性电网系统)中；也可以应用在既有电网换相变流器，及电压源型变流器的混合型电网系统中。

需要说明的是，本发明所指出的“连接”，除非特别声明，是表示电流传输的逻辑关系，并非一定表示直接的电气连接。同时，本发明的“第一”、“第二”等并非表示一种前后顺序，仅仅用于识别相关的单元、装置等。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种三端星型互联直流配用电网拓扑系统，所述系统包括三端交流配电系统、三条直流母线和星型直流断路器组，其中，

所述星型直流断路器组包括以Y型方式连接的三个直流断路器；

三端交流配电系统中的第一交流配电系统通过所述三条直流母线中的第一条直流母线与所述星型直流断路器组中的第一个直流断路器连接；

三端交流配电系统中的第二交流配电系统通过所述三条直流母线中的第二条直流母线与所述星型直流断路器组中的第二个直流断路器连接；

三端交流配电系统中的第三交流配电系统通过所述三条直流母线中的第三条直流母线与所述星型直流断路器组中的第三个直流断路器连接。

2.根据权利要求1所述的三端星型互联直流配用电网拓扑系统，其中，

所述第一交流配电系统、所述第二交流配电系统和所述第三交流配电系统均包括交流电源、电压源型换流器和交流开关，所述交流开关连接在所述交流电源和电压源型换流器之间。

3.根据权利要求2所述的三端星型互联直流配用电网拓扑系统，其中，

所述第一交流配电系统、所述第二交流配电系统和所述第三交流配电系统均通过电压源型换流器实现与所述星型直流断路器组的连接。

4.根据权利要求1-3任一所述的三端星型互联直流配用电网拓扑系统，其中，

星型直流断路器组包括第一直流断路器、第二直流断路器和第三直流断路器，所述第一直流断路器的第一端、所述第二直流断路器的第一端和所述第三直流断路器的第一端互相连接。

5.根据权利要求4所述的三端星型互联直流配用电网拓扑系统，其中，

所述第一直流断路器的第二端与所述第一条直流母线连接；

所述第二直流断路器的第二端与所述第二条直流母线连接；

所述第三直流断路器的第二端与所述第三条直流母线连接。

6.根据权利要求1-3、5任一所述的三端星型互联直流配用电网拓扑系统，其中，

所述三条直流母线中的一条直流母线或多条直流母线上设有直流断路器。

7.根据权利要求1所述的三端星型互联直流配用电网拓扑系统，其中，

第一条直流母线、第二条直流母线和第三条直流母线均为±10kv的中压直流母线。

8.根据权利要求7所述的三端星型互联直流配用电网拓扑系统，其中，

第一条直流母线、第二条直流母线和第三条直流母线中的一条或多条设有低压直流母线接口以连接低压直流母线，其中所述低压直流母线设有电压源型换流器以将±10kv的电压转换为400V的电压。

9.根据权利要求8所述的三端星型互联直流配用电网拓扑系统，其中，

所述低压直流母线具有连接光伏设备、储能设备和直流充电桩中的一个或多个的接口。

10.根据权利要求1-3、7-9任一所述的所述的三端星型互联直流配用电网拓扑系统，其中，

所述三条直流母线中的一条直流母线或多条直流母线上设有一组或多组星型直流断路器组。