專利名稱：基于電壓源換流器的多端直流配電網(wǎng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于電壓源換流器(VSC)的多端直流配電網(wǎng)系統(tǒng)，屬于直流配電技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代化城市規(guī)模的快速發(fā)展，城市中心負(fù)荷需求增長加快，空中輸電走廊已沒有太大的拓展余地，給城市輸配電網(wǎng)的增容改造帶來極大的困難，使得城市電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的壓力越來越大?！俺侵写濉笔浅鞘幸?guī)?？焖贁U大的產(chǎn)物。在國內(nèi)部分城市，一些“城中村”用電負(fù)荷日益增加，當(dāng)前的“城中村”交流配電網(wǎng)系統(tǒng)已遠遠無法滿足新增負(fù)荷的需要。已有的IOkV 配電網(wǎng)面臨負(fù)荷密度高、線路密集、走廊緊張的問題，并且變電站出線已沒有冗余；而“城中村”地處城市中心，用地緊張，可謂“寸土寸金”，受環(huán)境、經(jīng)濟因素等影響，使得變電站擴建困難重重。近年來，“城中村”電網(wǎng)的薄弱已經(jīng)制約了城市整體健康、平衡發(fā)展，影響了市民生活質(zhì)量，成為各級政府、居民和供電企業(yè)共同關(guān)注的焦點?！俺侵写濉庇秒娒芡怀霰憩F(xiàn)在(1) “城中村”電網(wǎng)薄弱、安全隱患大，難以滿足用電需求；(2)電壓質(zhì)量低、供電可靠性低等問題日益突出；(3)用電需求難以滿足，“城中村” 用電需求的快速增長與薄弱的電力設(shè)施形成矛盾。例如，廣東珠三角地區(qū)由于負(fù)荷密度比較高，面對新增負(fù)荷(“城中村”地區(qū)電力需求增加)，當(dāng)前的IOkV配電網(wǎng)系統(tǒng)已無力供應(yīng)所需求的電力；某些精密制造業(yè)對供電質(zhì)量有著特殊的要求，而普通交流電網(wǎng)會對故障、干擾進行傳播，影響了這些精密制造業(yè)的正常生產(chǎn)；此外，現(xiàn)有配電網(wǎng)系統(tǒng)中的交流電纜運行損耗較大，使得運行電流和輸送容量受限等等，迫切需要一種新的配電網(wǎng)系統(tǒng)以應(yīng)對日益增加的城市負(fù)荷需求和環(huán)境壓力。目前，較為理想的城市供電方式為電纜輸電，而直流電纜比交流電纜所需的空間少，且可傳輸更多的功率?；陔妷涸磽Q流器(voltage source converter,VSC)和脈寬調(diào)制技術(shù)的電壓源換流器型高壓直流輸電(voltage source converter HVDC, VSC-HVDC)技術(shù)是當(dāng)今世界電力電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的制高點，能有效提高電能質(zhì)量并確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，是智能電網(wǎng)發(fā)展中具有代表性的關(guān)鍵技術(shù)之一。自1997年世界上第一個VSC-HVDC 試驗工程成功投運以來，憑借其獨特的技術(shù)優(yōu)勢，VSC-HVDC在電網(wǎng)互聯(lián)、新能源并網(wǎng)和城市電網(wǎng)供電等方面具有廣闊的前景，獲得了廣泛的關(guān)注。我國第一條VSC-HVDC示范工程—— 上海南匯風(fēng)電站系統(tǒng)于2011年5月并網(wǎng)成功，整體投入試運行，標(biāo)志著我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的VSC-HVDC核心技術(shù)成功應(yīng)用于實際工程。VSC-HVDC技術(shù)基于全控型器件，與傳統(tǒng)的HVDC相比有很大優(yōu)勢(I)VSC換流站不會出現(xiàn)換相失敗故障，提高了受端系統(tǒng)的電能質(zhì)量；(2) VSC-HVDC可同時對有功和無功分別進行獨立控制，控制方式更加靈活方便；同時，由于VSC交流側(cè)電流可控，不會增加系統(tǒng)的短路容量，從而不會影響繼電保護的整定；(3) VSC-HVDC可通過改變直流電流的方向來改變潮流流向，既有利于潮流控制，又有利于多端直流系統(tǒng)構(gòu)成；(4) VSC不需要交流側(cè)無功的支持，反而在故障發(fā)生時可以動態(tài)補償系統(tǒng)所需的無功，起到STATC0M的作用；(5)VSC 開關(guān)頻率相對較高，換流器產(chǎn)生的諧波大為減弱，所需濾波裝置容量大大減少，簡化了換流器的結(jié)構(gòu)，減少了工程的投資費用；(6)模塊化設(shè)計使得VSC-HVDC工程的設(shè)計、生產(chǎn)、安裝周期大大縮短；同時，換流器的占地面積約占同等容量的傳統(tǒng)直流輸電的50%。綜上所述，VSC-HVDC克服了傳統(tǒng)HVDC的固有缺陷，高壓直流電纜的研制成功也大大降低了直流輸電線路的工程造價，使直流電纜的鋪設(shè)更加經(jīng)濟。另外，VSC-HVDC可以獨立調(diào)節(jié)有功功率和無功功率，使系統(tǒng)的控制更加靈活、可靠，從而提高了電能質(zhì)量。因此，采用VSC-HVDC是城市配電網(wǎng)增容的重要可行方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷提供一種基于VSC的多端直流配電網(wǎng)系統(tǒng)，主要用于向城市電網(wǎng)供電，以緩解城市中心負(fù)荷需求增長加快、已有輸電走廊緊張的壓力，該系統(tǒng)可為相鄰電網(wǎng)提供動態(tài)無功支撐和有功支援，具有電壓支撐的能力，從而提高了相鄰電網(wǎng)的穩(wěn)定性與可靠性，有助于城市輸配電網(wǎng)的增容改造。本發(fā)明為解決其技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案一種基于VSC的多端直流配電網(wǎng)系統(tǒng)，所述直流配電網(wǎng)系統(tǒng)包括VSC整流AC/DC 模塊、VSC逆變DC/AC模塊、至少一個直流配電單元、至少一個交流配電單元、至少一個直流配電網(wǎng)控制模塊、至少一個交流負(fù)載、至少一個直流負(fù)載、至少一個儲能蓄電池組、至少一個電動汽車充電站、至少一個光伏發(fā)電裝置。該系統(tǒng)主要用于向城市電網(wǎng)負(fù)荷中心供電，其中VSC整流AC/DC模塊與交流配電單元、VSC逆變DC/AC模塊、直流配電網(wǎng)控制模塊連接，用于將交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能；VSC逆變DC/AC模塊與VSC整流AC/DC模塊、交流負(fù)載連接，將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能，同時為交流負(fù)載提供電能；直流配電單元與VSC整流AC/DC模塊、直流配電網(wǎng)控制模塊、交流負(fù)載、直流負(fù)載、儲能蓄電池組、電動汽車充電站、光伏發(fā)電裝置連接，向配電網(wǎng)內(nèi)的負(fù)荷供應(yīng)電能，同時分別與儲能蓄電池組、光伏發(fā)電裝置進行能量交換；交流配電單元與城市電網(wǎng)、VSC整流AC/DC模塊連接；直流配電網(wǎng)控制模塊與VSC整流AC/DC模塊、VSC逆變DC/AC模塊和直流配電單元連接，對直流配電網(wǎng)內(nèi)電能的生產(chǎn)、配送、存儲和負(fù)荷的投切進行協(xié)調(diào)控制；交流負(fù)載通過直流配電線路與直流配電單元連接，經(jīng)VSC逆變DC/AC模塊從直流母線吸收電能；直流負(fù)載通過直流配電線路與直流配電單元連接，經(jīng)DC/DC配電裝置從直流母線吸收電能；儲能蓄電池組通過直流配電線路與直流配電單元連接，經(jīng)DC/DC配電裝置與直流母線進行能量交換；電動汽車充電站通過直流配電線路與直流配電單元連接，經(jīng)DC/DC配電裝置從直流母線吸收電能；光伏發(fā)電裝置通過直流配電線路與直流配電單元相連接，經(jīng)DC/DC配電裝置向直流母線饋送能量；所述直流配電網(wǎng)系統(tǒng)中VSC-HVDC的輸電連接線構(gòu)成方式為背靠背結(jié)構(gòu)，可以為兩端或多端直流輸電系統(tǒng)；所述直流配電網(wǎng)系統(tǒng)中VSC-HVDC的換流器結(jié)構(gòu)可以為兩電平拓?fù)洹⑷娖酵負(fù)洌?或模塊化多電平拓?fù)?；所述直流配電網(wǎng)系統(tǒng)可向相鄰電網(wǎng)提供毫秒級動態(tài)無功支撐和有功支援。本發(fā)明的有益效果如下1、VSC-HVDC輸電線可采用緊湊型直流輸電電纜，可利用已有的交流架空線、或已有的地下電纜管道進行鋪設(shè)，節(jié)省了空間，同時也降低了對環(huán)境的影響；2、VSC_HVDC可以獨立調(diào)節(jié)有功功率和無功功率，可為相鄰電網(wǎng)提供動態(tài)無功支撐和有功支援，具有電壓支撐的能力，從而提高了相鄰電網(wǎng)的穩(wěn)定性與可靠性，有助于城市輸配電網(wǎng)的增容改造；3、降低了已有交流電網(wǎng)的容量，有助于解決短路電流超標(biāo)的問題；4、隔離了鄰近交流配電網(wǎng)之間故障和干擾的傳播，可為城市中部分精密制造企業(yè)提供高質(zhì)量、高可靠性的電能；5、VSC-HVDC換流站結(jié)構(gòu)緊湊，自身占地面積小，換流站占地面積僅為常規(guī)直流背靠背系統(tǒng)的一半左右，可為綠化節(jié)省出更多空間。


圖1為本發(fā)明的基于VSC的多端直流配電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的基于VSC的多端直流配電網(wǎng)系統(tǒng)實施方案示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明創(chuàng)造的技術(shù)方案做進一步的詳細(xì)說明本發(fā)明公開了一種基于VSC的多端直流配電網(wǎng)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，該直流配電網(wǎng)系統(tǒng)包括VSC整流AC/DC模塊、VSC逆變DC/AC模塊、至少一個直流配電單元、 至少一個交流配電單元、至少一個直流配電網(wǎng)控制模塊、至少一個交流負(fù)載、至少一個直流負(fù)載、至少一個儲能蓄電池組、至少一個電動汽車充電站、至少一個光伏發(fā)電裝置。該系統(tǒng)主要用于向城市電網(wǎng)負(fù)荷中心供電，其中，VSC-HVDC的輸電連接線構(gòu)成方式為背靠背結(jié)構(gòu)， 可以為兩端或多端直流輸電系統(tǒng)，VSC-HVDC的換流器結(jié)構(gòu)可以為兩電平拓?fù)?、三電平拓?fù)洌?或模塊化多電平拓?fù)?，該系統(tǒng)可向相鄰電網(wǎng)提供毫秒級動態(tài)無功支撐和有功支援。圖2所示為本發(fā)明的基于VSC的多端直流配電網(wǎng)系統(tǒng)實施方案示意圖，圖中DC-Q 表示直流斷路器、低壓高速開關(guān)等直流開關(guān)器件，F(xiàn)Q表示交流斷，F(xiàn)U表示熔斷器，QS表示隔離開關(guān)，T表示變壓器，DC/DC表示電力電子變壓器等配電裝置，VSC整流AC/DC表示VSC整流器，VSC逆變DC/AC表示VSC逆變器，F(xiàn)l、F2表示系統(tǒng)故障。如圖2所示，在已有的交流IOkV配電網(wǎng)系統(tǒng)中，饋入新的VSC多端直流配電線路， 其采用背靠背直流運行方式，供電電壓為士 15kV，供電能力在15MW以上。在供電能力上，一條士 15kV的VSC-HVDC直流配電線路相當(dāng)于已有的3條IOkV交流線路。直流配電單元經(jīng)由2個及以上的交流變電站獲取電能，通過VSC整流AC/DC模塊，將交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能進行配送，常規(guī)的交流負(fù)荷經(jīng)直流到交流的VSC逆變DC/AC模塊供電，直流負(fù)載、儲能蓄電池組、電動汽車充電站、光伏發(fā)電裝置等負(fù)荷經(jīng)由DC/DC配電裝置連接，構(gòu)成VSC-HVDC多端直流配電系統(tǒng)。 圖2所示為由VSC組成的多端直流配電系統(tǒng)中，當(dāng)交流系統(tǒng)Fl、F2處發(fā)生故障時， 負(fù)荷側(cè)的供電并不受影響；并且交流系統(tǒng)的故障、電壓干擾等，不會傳播到負(fù)荷側(cè)的逆變電源處，從而使得該直流配電網(wǎng)系統(tǒng)的供電質(zhì)量得到保障。此外，圖2系統(tǒng)的多端網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在交流系統(tǒng)F1、F2處發(fā)生故障時，可以保障各個地方的負(fù)荷正常持續(xù)供電，同時VSC整流AC/ DC 2側(cè)可用來進行電網(wǎng)的快速恢復(fù)運行，實現(xiàn)故障后的黑啟動。
權(quán)利要求
1.一種基于VSC的多端直流配電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于所述直流配電網(wǎng)系統(tǒng)包括VSC 整流AC/DC模塊、VSC逆變DC/AC模塊、至少一個直流配電單元、至少一個交流配電單元、至少一個直流配電網(wǎng)控制模塊、至少一個交流負(fù)載、至少一個直流負(fù)載、至少一個儲能蓄電池組、至少一個電動汽車充電站、至少一個光伏發(fā)電裝置，其中VSC整流AC/DC模塊與交流配電單元、VSC逆變DC/AC模塊、直流配電網(wǎng)控制模塊連接，用于將交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能；VSC逆變DC/AC模塊與VSC整流AC/DC模塊、交流負(fù)載連接，將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能，同時為交流負(fù)載提供電能；直流配電單元與VSC整流AC/DC模塊、直流配電網(wǎng)控制模塊、交流負(fù)載、直流負(fù)載、儲能蓄電池組、電動汽車充電站、光伏發(fā)電裝置連接，向配電網(wǎng)內(nèi)的負(fù)荷供應(yīng)電能，同時分別與儲能蓄電池組、光伏發(fā)電裝置進行能量交換；交流配電單元與城市電網(wǎng)、VSC整流AC/DC模塊連接；直流配電網(wǎng)控制模塊與VSC整流AC/DC模塊、VSC逆變DC/AC模塊和直流配電單元連接，對直流配電網(wǎng)內(nèi)電能的生產(chǎn)、配送、存儲和負(fù)荷的投切進行協(xié)調(diào)控制；交流負(fù)載通過直流配電線路與直流配電單元連接，經(jīng)VSC逆變DC/AC模塊從直流母線吸收電能；直流負(fù)載通過直流配電線路與直流配電單元連接，經(jīng)DC/DC配電裝置從直流母線吸收電能；儲能蓄電池組通過直流配電線路與直流配電單元連接，經(jīng)DC/DC配電裝置與直流母線進行能量交換；電動汽車充電站通過直流配電線路與直流配電單元連接，經(jīng)DC/DC配電裝置從直流母線吸收電能；光伏發(fā)電裝置通過直流配電線路與直流配電單元相連接，經(jīng)DC/DC配電裝置向直流母線饋送能量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于VSC的多端直流配電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于所述直流配電網(wǎng)系統(tǒng)中VSC-HVDC的輸電連接線構(gòu)成方式為背靠背結(jié)構(gòu)，為兩端或多端直流輸電系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于VSC的多端直流配電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于所述直流配電網(wǎng)系統(tǒng)中VSC-HVDC的換流器結(jié)構(gòu)為兩電平拓?fù)浠蛉娖酵負(fù)浠蚰K化多電平拓?fù)洹?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于VSC的多端直流配電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于所述直流配電網(wǎng)系統(tǒng)向相鄰電網(wǎng)提供毫秒級動態(tài)無功支撐和有功支援。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于電壓源換流器(VSC)的多端直流配電網(wǎng)系統(tǒng)，屬于直流配電技術(shù)領(lǐng)域。包括VSC整流AC/DC模塊、VSC逆變DC/AC模塊、至少一個直流配電單元、至少一個交流配電單元、至少一個直流配電網(wǎng)控制模塊、至少一個交流負(fù)載、至少一個直流負(fù)載、至少一個儲能蓄電池組、至少一個電動汽車充電站、至少一個光伏發(fā)電裝置。其中VSC換流站采用背靠背結(jié)構(gòu)，可以為兩端或多端系統(tǒng)，VSC換流器可以為兩電平、三電平或模塊化多電平拓?fù)?，主要用于向城市電網(wǎng)供電，為相鄰電網(wǎng)提供動態(tài)無功支撐和有功支援，具有電壓支撐的能力，可緩解城市負(fù)荷增長加快、已有輸電走廊緊張的壓力，可提高相鄰電網(wǎng)的穩(wěn)定性與可靠性，有助于城市輸配電網(wǎng)的增容改造。
文檔編號H02J1/00GK102545200SQ20111041673
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月13日
發(fā)明者劉玉娟, 衛(wèi)志農(nóng), 孫國強, 孫永輝, 張偉, 徐巖哲, 楊雄, 潘春蘭, 袁陽, 陸子剛, 陳凡, 韋延方 申請人:河海大學(xué)