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CN103580264B - 一种以环网形式供电的直流微网系统 - Google Patents

一种以环网形式供电的直流微网系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种以环网形式供电的直流微网系统，包括：不同电压等级的环网状直流母线，连接在母线段之间的混合式电流断路器，以及连接到该直流母线上的光伏发电系统、储能电源、内燃机、变换器、直流负载、交流负载；储能电源和光伏发电系统通过变换器与不同电压等级的环网状直流母线相连；混合式限流断路器在直流母线的某一段线路出现故障点时动作，由其固态开关分断故障点；内燃机通过变换器与不同电压等级的环网状直流母线相连，在混合式限流断路器动作时，为直流微网系统的直流负载和交流负载提供备用电源。本发明的直流微网系统以环网形式供电，当线路某一部分出现故障，混合式限流断路器及时动作隔离故障部位，避免大面积停电事故。

Description

一种以环网形式供电的直流微网系统
技术领域
本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种以环网形式供电的直流微网系统。
背景技术
微网是指由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与大电网并网运行，也可以孤岛模式运行。
目前，微网主要是以交流微网的形式存在。和交流微网相比，直流微网不需要对电压的相位和频率进行跟踪，可靠性大大提高，因而更加适合DER与负载的接入。理论上，直流微网仅需要一级变流器便能方便地实现与DER和负载的连接，具有更高转化效率；同时直流电在传输过程中不需要考虑配电线路的涡流损耗和线路吸收的无功能量，线路损耗得到降低。但是直流微网供电系统当线路某一部分出现故障就会导致整条线路停止供电，供电可靠性低。
在微网中，常常采用太阳能、风能、储能等分布式能源发电作为电源，在这些发电系统中，太阳能发电和储能是直接产生直流电能，风能发电虽然从发电机端口输出的是交流电能，但需要整流成直流电能。这些直流电能需要通过逆变器转换为交流电能，才可供负载使用。而现在的很多用电设备中，先把交流电能变为直流电能，再对直流电能进一步处理。可见，在以分布式能源发电为主的微网系统中，一些交直流转换的中间环节可以省去。
发明名称为“一种适用于现代楼宇的三线制直流微网系统及其控制方法”的中国专利公开了一种直流微网系统结构，具体如图1所示：
该直流微网系统包括一条直流三线制配电线路、一台柴油发电机、至少一个带相应DC/DC变流器的光伏发电装置、一组储能蓄电池及其相应的DC/DC变流器、至少一个带相应直流负载的DC/DC变流器、至少一个带相应单相工频交流负载的DC/AC逆变器、一个带相应三相交流负载的频率幅值可调的DC/AC逆变器、一个接入大电网的三相AC/DC整流/逆变装置、一个电压平衡器、一个微网控制系统。
现有技术公开的直流微网系统中，系统工作标称额定电压为750V，并采用柴发作为电源备用。该系统电压等级较高，在向直流负荷进行供电时，需要经过多次能量变换，并且当某一线路出现故障时，不能保证负荷的正常供电，此外柴发运行期间，该系统会造成一定的环境污染。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种以环网形式供电的直流微网系统，包括：不同电压等级的环网状直流母线，连接在所述环网状直流母线的母线段之间的混合式电流断路器，以及连接到该环网状直流母线上的光伏发电系统、储能电源、内燃机、变换器、直流负载、交流负载；
所述储能电源和光伏发电系统分别通过所述变换器与所述不同电压等级的环网状直流母线相连，为所述直流微网系统供电；
所述混合式限流断路器在所述环网状直流母线的某一段线路出现故障点时动作，由其固态开关分断故障点；
所述内燃机通过所述变换器与所述不同电压等级的环网状直流母线相连，在所述混合式限流断路器动作时，为所述直流微网系统的直流负载和交流负载提供备用电源。
其中，所述变换器包括：三相DC/AC变换器、双向AC/DC变换器、双向DC/DC变换器、单向DC/DC变换器、单向DC/AC变换器、单向AC/DC变换器；
所述光伏发电系统通过所述单向DC/DC变换器与所述环网状直流母线相连；
所述储能电源通过所述双向DC/DC变换器与所述环网状直流母线相连；
所述内燃机通过所述双向AC/DC变换器和/或单向AC/DC变换器与所述环网状直流母线相连。
其中，所述直流负载为两组，每组分别有两个直流负载，每个直流负载通过单向DC/DC变换器与所述不同电压等级的环网状直流母线相连。
其中，所述交流负载包括三相交流负载和单相工频交流负载；所述三相交流负载通过所述三相DC/AC变换器与所述环网状直流母线相连；所述单相工频交流负载通过所述单向DC/AC变换器与所述环网状直流母线相连。
其中，所述环网状直流母线的电压等级分别为240V和480V。
其中，所述直流微网系统还包括与所述单向DC/DC变换器和所述双向DC/DC变换器连接的能量管理系统。
其中，所述储能电源为蓄电池。
实施本发明，该直流微网系统以环网形式供电，系统考虑了目前大部分的直流负荷用电需求，合理分配用电负荷，而且当线路某一部分出现故障，混合式限流断路器及时动作隔离故障部位，避免大面积停电事故，全面提升用电可靠性，通用性更强。
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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中直流微网系统示意图；
图2是本发明提供的以环网形式供电的直流微网系统实施例一的示意图；
图3是本发明提供的以环网形式供电的直流微网系统实施例二的示意图。
具体实施方式
本发明提供的以环网形式供电的直流微网系统中，把直流微电网系统的标称额定电压设定为±240V。在直流微电网系统结构中，大电网、光伏、储能电源作为供电系统，其中在系统运行中光伏的发电量可以完全满足负荷需求时储能也作为负荷的一部分由光伏给储能充电，而内燃机作为备用电源，当大电网故障或者负荷需求较大时开启内燃机补偿剩余电负荷。通过单向DC/DC提供不同电压等级的直流负载，通过AC/DC提供家用220V交流单相负载用电。
具体的，请参见图2，为本发明提供一种以环网形式供电的直流微网系统，其包括：不同电压等级的环网状直流母线，连接在所述环网状直流母线的母线段之间的混合式电流断路器，以及连接到该环网状直流母线上的光伏发电系统、储能电源、内燃机、变换器、直流负载、交流负载；
所述储能电源和光伏发电系统分别通过所述变换器与所述不同电压等级的环网状直流母线相连，为所述直流微网系统供电；
所述混合式限流断路器在所述环网状直流母线的某一段线路出现故障点时动作，由其固态开关分断故障点；
所述内燃机通过所述变换器与所述不同电压等级的环网状直流母线相连，在所述混合式限流断路器动作时，为所述直流微网系统的直流负载和交流负载提供备用电源。
具体的实现中，所述变换器包括：三相DC/AC变换器、双向AC/DC变换器、双向DC/DC变换器、单向DC/DC变换器、单向DC/AC变换器、单向AC/DC变换器；
所述光伏发电系统通过所述单向DC/DC变换器与所述环网状直流母线相连；
所述储能电源通过所述双向DC/DC变换器与所述环网状直流母线相连；
所述内燃机通过所述双向AC/DC变换器和/或单向AC/DC变换器与所述环网状直流母线相连。
其中，所述直流负载为两组，每组分别有两个直流负载，每个直流负载通过单向DC/DC变换器与所述不同电压等级的环网状直流母线相连。
其中，所述交流负载包括三相交流负载和单相工频交流负载；所述三相交流负载通过所述三相DC/AC变换器与所述环网状直流母线相连；所述单相工频交流负载通过所述单向DC/AC变换器与所述环网状直流母线相连。
其中，所述环网状直流母线的电压等级分别为240V和480V。
如图3所示，所述直流微网系统还包括与所述单向DC/DC变换器和所述双向DC/DC变换器连接的能量管理系统。
本发明提出了±240V直流微网系统结构。该系统相比已有的直流微网系统，本发明中的系统以环网形式供电，并以内燃机作为系统的备用电源，当某一线路出现故障时，混合式限流断路器迅速动作，由固态开关分断故障点，供电系统不能完全满足负荷需求时则启动内燃机，保证负荷的正常供电。本发明中的系统结构简单，运行效率高，供电可靠性高。此外，本发明中的直流微网系统纯使用可再生能源和储能系统及内燃机进行能量供应，在节约了一次能源的同时也降低了环境污染，适合未来相关系统的发展建设需求。
值得注意的是，本发明描述的是直流微网系统的一种产品形式，其它满足本发明所述结构的产品，即使材质、器件名称、外观、器件摆放顺序等不影响产品特性的因素不相同，仍然属于本发明保护的范围。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种以环网形式供电的直流微网系统，其特征在于，包括：不同电压等级的环网状直流母线，连接在所述环网状直流母线的母线段之间的混合式限流断路器，以及连接到该环网状直流母线上的光伏发电系统、储能电源、内燃机、变换器、直流负载、交流负载；
所述储能电源和光伏发电系统分别通过所述变换器与所述不同电压等级的环网状直流母线相连，为所述直流微网系统供电；
所述混合式限流断路器在所述环网状直流母线的某一段线路出现故障点时动作，由其固态开关分断故障点；
所述内燃机通过所述变换器与所述不同电压等级的环网状直流母线相连，在所述混合式限流断路器动作时，为所述直流微网系统的直流负载和交流负载提供备用电源；
其中，所述变换器包括：三相DC/AC变换器、双向AC/DC变换器、双向DC/DC变换器、单向DC/DC变换器、单向DC/AC变换器、单向AC/DC变换器；
所述光伏发电系统通过所述单向DC/DC变换器与所述环网状直流母线相连；
所述储能电源通过所述双向DC/DC变换器与所述环网状直流母线相连；
所述内燃机通过所述双向AC/DC变换器和/或单向AC/DC变换器与所述环网状直流母线相连；
其中，所述交流负载包括三相交流负载和单相工频交流负载；所述三相交流负载通过所述三相DC/AC变换器与所述环网状直流母线相连；所述单相工频交流负载通过所述单向DC/AC变换器与所述环网状直流母线相连。
2.如权利要求1所述的以环网形式供电的直流微网系统，其特征在于，所述直流负载为两组，每组分别有两个子直流负载，每个子直流负载通过单向DC/DC变换器与所述不同电压等级的环网状直流母线相连。
3.如权利要求2所述的以环网形式供电的直流微网系统，其特征在于，所述环网状直流母线的电压等级分别为240V和480V。
4.如权利要求3所述的以环网形式供电的直流微网系统，其特征在于，所述直流微网系统还包括与所述单向DC/DC变换器和所述双向DC/DC变换器连接的能量管理系统。
5.如权利要求4所述的以环网形式供电的直流微网系统，其特征在于，所述储能电源为蓄电池。
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