一种园区应用的电力交直流混和配电系统的制作方法

1.本发明涉及光储直柔的智能电网配电系统结构技术领域，具体涉及一种园区应用的电力交直流混和配电系统。


背景技术：

2.传统低压配电系统结构虽然成熟且稳定，但对风光非化石能源的开发条件下，使得原有的低压配电系统不能实现以光伏电为电源的分布式智慧电网的广泛应用。如何借助庞大的存量低压交流配电系统辅助发展分布式智慧电网的应用，成为一个新技术探索的方向。在电力和光伏的直接并网结构中，由于受电力储能量不足、光电和负荷波动的不稳定性影响，造成电网负荷出现“鸭型曲线”效应，“鸭型曲线”效应即光伏发电时，白天发电量会超过用电量，但在傍晚太阳能发电停止时，电力需求却急剧上升的情形。这会影响到电力电网的调度和调节能力，因此，采用包含光伏发电、就地消纳、分布储能可独立运行的分布式电网的要求更为行业所迫切需要。
3.专利号为“cn202011001186.4”的“一种工业园区配电网的交直流混合系统架构”，旨在描述交直流混合系统架构，包括多远电源侧、至少两个电力电子变压器，以及负荷侧，每个电力电子变压器均配置有多个双向端口，两个电力电子变压器对应匹配的双向端口之间分别通过不同的电压等级母线按照背靠背的方式连接以实现不同的电压等级母线在相应的双向端口之间功率的自由双向流动。其使用了电力电子变压器，而这种新型的变压器区别于传统的电力变压器，可以同时输出交直流电压，在成型可靠的行业产品制造和变电所设计施工安装和验收标准下，才可以对新建变电所实施，而对存量的变电所而言，用户需对包含10kv系统的设备改造影响范围大，大范围更换变压器和相关的配电设备，需要协调的相关方多，投资大，设备改造关联配电设备工程量大。并不能解决电力和光伏的直接并网结构中，由于受电力储能量不足、光电和负荷波动的不稳定性影响，造成电网负荷出现“鸭型曲线”效应等问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于，提供一种园区应用的电力交直流混和配电系统，可以在园区常用低压系统中，辅助和补充常规的低压配电系统结构，发挥存量配电系统潜在资源能力，开发分布式电网技术条件下的直流应用需求，提升低压配电系统的应用效率。避免了在电力和光伏的直接并网结构中，电力储能量不足、光电和负荷波动产生的不稳定性的影响，还避免了造成电网负荷出现“鸭型曲线”效应。
5.为解决上述技术问题，本发明提供如下的技术方案：一种园区应用的电力交直流混和配电系统，以下内容：电力路由器、母线组结构和母联结构；
6.电力路由器，所述电力路由器连接母线组结构和母联结构；
7.母线组结构，所述母线组结构分为若干第一母线组结构和若干第二母线组结构，所述第一母线组结构与第二母线组结构的内部结构不同，所述第一母线组结构与第二母线
组结构通过电力路由器连接；
8.母联结构，所述母联结构将若干第一母线组结构进行连接。
9.前述园区应用的电力交直流混和配电系统，所述第一母线组结构包括：母线段、变压器、负载、并网光伏、公共充电桩和储能电池，所述变压器、负载、并网光伏、公共充电桩和储能电池均连接于母线段。
10.前述园区应用的电力交直流混和配电系统，所述母联结构包括母联柜，所述母联结构通过母联柜连接于若干第一母线组结构的母线段。
11.前述园区应用的电力交直流混和配电系统，所述第二母线组结构包括：母线段、公交车v2g桩、远端光伏微网和园区路灯网络，所述公交车v2g桩、远端光伏微网和园区路灯网络均连接于母线段。
12.前述园区应用的电力交直流混和配电系统，所述第二母线组结构还包括直联开关，所述母线段通过直联开关连接于电力路由器。
13.前述园区应用的电力交直流混和配电系统，所述电力路由器为系统中交直流配电网络中的联结节点，连接所述第一母线组结构和第二母线组结构。
14.前述园区应用的电力交直流混和配电系统，还包括中央控制器、dc/dc换能装置、直流断路器电力接触器、ats转换开关整流装置、储能装置和逆变装置。
15.前述园区应用的电力交直流混和配电系统，还包括系统内通讯装置，所述通讯装置接收中央控制器的指令，对系统进行调整操作。
16.前述园区应用的电力交直流混和配电系统，所述母线段包括dc750v母线和dc
±
375v母线，基于该母线段提出了直流750v、dc
±
375v和在
±
375v母线下220v和48v四种电压应用。
17.与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
18.1、提供一种多样多源的交直流混合低压配电系统方案，应用在园区常用低压系统中，辅助和补充常规的低压配电系统结构，发挥存量配电系统潜在资源能力，开发分布式电网技术条件下的直流应用需求，提升低压配电系统的应用效率，无需更换或改造现有变压器及所及高压10kv和低压受电和馈电相关开关及回路。
19.2、以独立提供的直流电源，可实现在不依靠电池储能条件下以外部提供的高容量直流电源稳定系统运行，提升分布式电网对负载电流波动的抗冲击抗瞬时过载能力，解决园区众多独立的屋面可开发光伏以分布式电网无法配置储能的瓶颈问题。
20.3、针对多源用户需求，包括不同规模不同辐射范围内的光伏、电动车、储能，提出基于不同需要条件下直流电压值。
21.4、基于特定的配置了混合配电系统结构和电力路由器设备的专利，可解决园区内充电桩、储能电池等不同电压直流设备与交流电网之间的能量互送问题。
22.本技术的创新点在于：本发明提出一种在传统的低压单母线带母联的配电系统中，开发一种以电力路由器为核心节点，包含了原有的ac0.4kv母线，的母联柜，电力路由器，750v直流母线和
±
375v母线，形成完整的电力交直流混合配电系统结构。辅助和补充常规的低压配电系统结构，发挥存量配电系统潜在资源能力，开发分布式电网技术条件下的直流应用需求，提升低压配电系统的应用效率。
附图说明
23.图1是本发明的园区应用的电力交直流混和配电系统的结构示意图；
24.图2是本发明的实施例的结构示意图；
25.图3是本发明的实施例的结构示意图；
26.图4是本发明的母线内部的结构示意图；
27.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
28.本发明的实施例1：一种园区应用的电力交直流混和配电系统，如图1所示，其特征在于，包括以下内容：电力路由器、母线组结构和母联结构；
29.电力路由器，所述电力路由器连接母线组结构和母联结构；
30.母线组结构，所述母线组结构分为若干第一母线组结构和若干第二母线组结构，所述第一母线组结构与第二母线组结构的内部结构不同，所述第一母线组结构与第二母线组结构通过电力路由器连接；
31.母联结构，所述母联结构将若干第一母线组结构进行连接。
32.在功率电子技术的发展背景下，以功率电子变压器为技术核心的电力路由器概念被广泛接受，这是一种应用功率电子技术实现交流和直流电压之间变换，的设备，使电能可以被控制快速从交流到直流、直流到交流、不同电压的直流系统中流动的装置。而在分布式微网的应用领域，由于电力和光伏的直接并网结构受电力储能量不足、光电和负荷波动的不稳定性影响，造成电网负荷的“鸭型曲线”效应，影响到电力电网的调度和调节能力。因此，实现包含光伏发电、就地消纳、分布储能可独立运行的分布式电网的要求，更为行业所迫切需要。分布式电网中以小型光伏发电模组为主，数量多，功率小，光伏电能就地消纳能力强，但由于这种微网中布置电池储能装置受到建筑消防标准和投资造价的诸多限制，使得分布式微网的应用场景在一线城市中迫切需要电力开发的场景中无法推广普及。在电力输配电领域，为解决电力的调度，“源网荷储”的技术路线被广泛接受，突出了以电网台区的负荷调节和储能配合电网的调度和稳定；而在低压配电领域，为解决多源电能使用，提升低压电网使用效率方面，“光储直柔”的技术路线被广泛接受，突出以直流配合交流应用，协调光伏和储能的应用技术方向。但这两个技术方向，目前没有行业标准的配电结构、供电电压、装备器材和控制系统，在系统结构、电压等级、应用示范、装备研发、控制方法方面需要不断创新探索。
33.在城市中众多的园区中，包括工业园区、科技园区、公共服务园区，一般用电负荷集中，建筑物集中，具有大量屋顶面积可以开发，供电系统包含了由统一的园区管理单位或者物业经营的中压供电系统，在中压电力系统中包含大量一二三级供电要求的低压系统，这些低压系统中变压器以及低压配电网络在导体使用效率上具有大幅度提升的空间，同时，网络的智慧化改造，具有提高电力自动化和用能设备控制自动化的应用。在本实施例中，如图1所示，电力路由器连接了母线组结构和母联结构，可以通过母线组结构和母联结构实时了解各部分的用电情况和系统状况，母线组结构可以根据实际需要设置为不同种的母线段，兼顾园区内供电距离和光伏、电动车、储能等不同需求。其中，设置母联结构可以成为具有母联和外送直流功能的连接结构，用于扩展相应的直流配电系统，优化系统配置，提
供多样多源的交直流混合低压配电系统方案，应用在园区常用低压系统中，辅助和补充常规的低压配电系统结构，发挥存量配电系统潜在资源能力，开发分布式电网技术条件下的直流应用需求，提升低压配电系统的应用效率。
34.本发明的实施例2：一种园区应用的电力交直流混和配电系统，如图1和图2所示，第一母线组结构包括：母线段、变压器、负载、并网光伏、公共充电桩和储能电池，变压器、负载、并网光伏、公共充电桩和储能电池均连接于母线段。在本实施例中，第一母联组结构的母线段可以选择交流母线段，并设置变压器、负载、并网光伏、公共充电桩和储能电池连接于母线段，以独立提供的直流电源，可实现在不依靠电池储能条件下以外部提供的高容量直流电源稳定系统运行，提升分布式电网对负载电流波动的抗冲击抗瞬时过载能力，解决园区众多独立的屋面可开发光伏以分布式电网无法配置储能的瓶颈问题。
35.第一母线组结构还包括直联开关，母线段通过直联开关连接于电力路由器。传统的低压配电系统中，对双电源变压器送电，通常设置单母线分列运行，并设置母线联络的传统低压配电结构。在本实施例中，增加了直联开关，即直流联络开关，使得本系统具有母联和外送直流功能的连接结构，用于扩展相应的直流配电系统。其中该开关的整定容量以与其连接的电力路由器装置功率为标准，用于保护电力路由器不发生过流和短路的风险。
36.母联结构包括母联柜，母联结构通过母联柜连接于若干第一母线组结构的母线段。实现将若干交流母线段进行连接或断开操作，以独立提供的直流电源，可实现在不依靠电池储能条件下以外部提供的高容量直流电源稳定系统运行，提升分布式电网对负载电流波动的抗冲击抗瞬时过载能力，解决园区众多独立的屋面可开发光伏以分布式电网无法配置储能的瓶颈问题。
37.本发明的实施例3：一种园区应用的电力交直流混和配电系统，如图1和图2所示，第二母线组结构包括：母线段、公交车v2g桩、远端光伏微网和园区路灯网络，所述公交车v2g桩、远端光伏微网和园区路灯网络均连接于母线段。在本实施例中，母线段可以选择直流母线段，直流母线段设置通过直联开关连接电力路由器，可以根据系统实际需求进行调控，提升系统的使用效率。
38.第二母线组结构还包括直联开关，母线段通过直联开关连接于电力路由器。针对多源用户需求，包括不同规模不同辐射范围内的光伏、电动车、储能，提出基于不同需要条件下直流电压值。
39.电力路由器为系统中交直流配电网络中的联结节点，连接第一母线组结构和第二母线组结构。电力路由器为系统中交直流配电网络中的联结节点，连接第一母线组结构和第二母线组结构。在本实施例中，以电力路由器为核心的交直流能源联络装置，用于交流0.4kv的两个电源和2个独立的直流电源互联，电力路由器作为交直流配电网络电能互备的联结节点，提供不同结构和属性的交直流电源的变压和能量互传互备。可以独立提供的直流电源，可实现在不依靠电池储能条件下以外部提供的高容量直流电源稳定系统运行，提升分布式电网对负载电流波动的抗冲击抗瞬时过载能力，解决园区众多独立的屋面可开发光伏以分布式电网无法配置储能的瓶颈问题。
40.本发明的实施例4：一种园区应用的电力交直流混和配电系统，还包括中央控制器、dc/dc换能装置、直流断路器电力接触器、ats转换开关整流装置、储能装置和逆变装置。还包括系统内通讯装置，所述通讯装置接收中央控制器的指令，对系统进行调整操作。基于
不同电压等级的电网电压、电流、功率的测量和调度控制，以及对不同用户回路和负载的保护、操作和电能测量，系统中的各部分部件均具有对电流、电压、功率因数、电能的测量能力。具有向上传输实时快速的参数功能，具有从中央控制器中取得控制参数和指令的功能，为实现信息通讯的快速实时性，采用电力载波技术实现系统内的通讯。
41.母线段包括dc750v母线和dc
±
375v母线，基于该母线段提出了直流750v、dc
±
375v和在
±
375v母线下220v和48v四种电压应用。如图3所示，在本实施例中，为了兼顾园区内供电距离和光伏、电动车、储能等不同需求。本系统在系统结构上系统设置了dc750v、dc
±
375v的两种母线；在直流电压的使用上，提出了dc750v、dc
±
375v和在
±
375v母线下220v和48v四种电压应用。采用直流750v母线的应用，兼顾了现有电力电力1kv的绝缘标准限制，兼顾了升高电压提高送电距离和减少电能损耗的需要，兼顾了采用v2g技术的大型公交车充电的需要，还兼顾了远距离园区照明供电网络的需要。
42.如图4所示，设置了dc
±
375v母排，采用直流
±
375v母线，兼顾了普通导线450v的绝缘标准，兼顾了三相0.4kv全部整流以后的电压值，兼顾了三相电缆同时输送0v和正负2个电压的应用，即可采用2相对地提供375v的电压，同时也可由375v电压串联升压到750v的需要。兼顾了三相电缆中同时传输+375v、-375v、0v的使用方法。在dc
±
375v电压母线下，设置了可通过dc/dc变流装置提供dc220v和dc48v的两种电压标准，48v常应用于一般电动车用户和小型光伏用户，也适用于短距离低电压的配电，这类低压配电网络，可以支持小型风光电源，以就地消纳为主，不具备向电网输送电力的能力，也不配置储能电池，在光伏电源不充足时候，通过48v母线直接从
±
375dc网络中获取电能。dc220用于一般车辆的充电和电能装置的储能和释放，兼顾中大规模的光伏系统储能充放电使用。提供多样多源的交直流混合低压配电系统方案，应用在园区常用低压系统中，辅助和补充常规的低压配电系统结构，发挥存量配电系统潜在资源能力，开发分布式电网技术条件下的直流应用需求，提升低压配电系统的应用效率。
43.本发明的一种实施例的工作原理：如图1所示，提供了一种园区应用的电力交直流混和配电系统，在本系统中包括电力路由器、母线组结构和母联结构，其中，电力路由器作为系统中心节点，用于连接母线组结构和母联结构。母线组结构分为若干第一母线组结构和若干第二母线组结构，第一母线组结构与第二母线组结构的内部结构不同，第一母线组结构与第二母线组结构通过电力路由器连接。母联结构将若干第一母线结构进行连接。以电力路由器为核心节点，包含了原有的ac0.4kv母线，的母联柜，电力路由器，750v直流母线和
±
375v母线，采用了如图的结构连接方法，形成完整的电力交直流混合配电系统结构。设置交直流能源联络装置，用于交流0.4kv的两个电源和2个独立的直流电源互联，电力路由器作为交直流配电网络电能互备的联结节点，提供不同结构和属性的交直流电源的变压和能量互传互备，具备0.4kv转直流电源1和直流电源2的输送，直流电源1和直流电源2之间的相互输送，直流电源1向1段0.4kv交流母线的输送，直流电源2向2段0.4kv交流母线的输送功能。独立提供的直流电源，可实现在不依靠电池储能条件下以外部提供的高容量直流电源稳定系统运行，提升分布式电网对负载电流波动的抗冲击抗瞬时过载能力，解决园区众多独立的屋面可开发光伏以分布式电网无法配置储能的瓶颈问题。提供多样多源的交直流混合低压配电系统方案，应用在园区常用低压系统中，辅助和补充常规的低压配电系统结构，发挥存量配电系统潜在资源能力，开发分布式电网技术条件下的直流应用需求，提升低
压配电系统的应用效率。

技术特征：
1.一种园区应用的电力交直流混和配电系统，其特征在于，包括以下内容：电力路由器、母线组结构和母联结构；电力路由器，所述电力路由器连接母线组结构和母联结构；母线组结构，所述母线组结构分为若干第一母线组结构和若干第二母线组结构，所述第一母线组结构与第二母线组结构的内部结构不同，所述第一母线组结构与第二母线组结构通过电力路由器连接；母联结构，所述母联结构将若干第一母线组结构进行连接。2.根据权利要求1所述的园区应用的电力交直流混和配电系统，其特征在于，所述第一母线组结构包括：母线段、变压器、负载、并网光伏、公共充电桩和储能电池，所述变压器、负载、并网光伏、公共充电桩和储能电池均连接于母线段。3.根据权利要求2所述的园区应用的电力交直流混和配电系统，其特征在于，所述第一母线组结构还包括直联开关，所述母线段通过直联开关连接于电力路由器。4.根据权利要求3所述的园区应用的电力交直流混和配电系统，其特征在于，所述母联结构包括母联柜，所述母联结构通过母联柜连接于若干第一母线组结构的母线段。5.根据权利要求1所述的园区应用的电力交直流混和配电系统，其特征在于，所述第二母线组结构包括：母线段、公交车v2g桩、远端光伏微网和园区路灯网络，所述公交车v2g桩、远端光伏微网和园区路灯网络均连接于母线段。6.根据权利要求5所述的园区应用的电力交直流混和配电系统，其特征在于，所述第二母线组结构还包括直联开关，所述母线段通过直联开关连接于电力路由器。7.根据权利要求5所述的园区应用的电力交直流混和配电系统，其特征在于，所述电力路由器为系统中交直流配电网络中的联结节点，连接所述第一母线组结构和第二母线组结构。8.根据权利要求1所述的园区应用的电力交直流混和配电系统，其特征在于，还包括中央控制器、dc/dc换能装置、直流断路器电力接触器、ats转换开关整流装置、储能装置和逆变装置。9.根据权利要求8所述的园区应用的电力交直流混和配电系统，其特征在于，还包括系统内通讯装置，所述通讯装置接收中央控制器的指令，对系统进行调整操作。10.根据权利要求9所述的园区应用的电力交直流混和配电系统，其特征在于，所述母线段包括dc750v母线和dc
±
375v母线，基于该母线段提出了直流750v、dc
±
375v和在
±
375v母线下220v和48v四种电压应用。

技术总结
本发明公开了一种园区应用的电力交直流混和配电系统，包括：电力路由器、母线组结构和母联结构，电力路由器连接母线组结构和母联结构，母线组结构分为若干第一母线组结构和若干第二母线组结构，第一母线组结构与第二母线组结构的内部结构不同，第一母线组结构与第二母线组结构通过电力路由器连接，联结构将若干第一母线结构进行连接。提供多样多源的交直流混合低压配电系统方案，应用在园区常用低压系统中，辅助和补充常规的低压配电系统结构，发挥存量配电系统潜在资源能力，开发分布式电网技术条件下的直流应用需求，提升低压配电系统的应用效率。应用效率。应用效率。


技术研发人员：冯蕾 胡焕 秦晶 许通 付永强 谢鹏
受保护的技术使用者：中新城镇化（北京）科技有限责任公司
技术研发日：2023.04.26
技术公布日：2023/8/14