一種含電動汽車充電樁的高可靠性直流配電網的制作方法
【專利摘要】一種含電動汽車充電樁的高可靠性直流配電系統，包括一個含有AC/DC變流器的換流站，一個包含DC/DC變流器的小區配電箱，一個直流斷路器，至少一個包含DC/AC變流器和雙向DC/DC變流器的居民換流箱，至少一個居民傳統負荷，至少一個電動汽車充電樁。與現有的針對含電動汽車充電樁的配電網擴容方案相比，本實用新型不改變原配電網線路結構，且無需更換或升級電纜，在不影響原居民負荷用電的情況下，僅對小區配電箱進行改造，在居民用戶家中裝設居民換流箱，即可提升配電網的線路輸電容量，具有成本低、工程量小、可擴展性好等優點。
【專利說明】一種含電動汽車充電樁的高可靠性直流配電網
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于配電網輸電功率增容【技術領域】，具體涉及一種含電動汽車充電粧的高可靠性直流配電網。
【背景技術】
[0002]近年來，在能源危機、溫室效應、大氣污染等全球性問題的加劇的態勢下，電動汽車憑其節能減排、遏制氣候變暖以及減少人類對不可再生化石能源依賴等方面的優勢而備受關注并得到快速發展。在電動汽車發展過程中，亟待解決的問題是充電粧的建設和配電網的增容。現有的交流配電網結構示意圖如說明書附圖中的圖1所示，當電動汽車大規模接入時，不僅電動汽車充電粧需求量大，而且電動汽車這一直流負荷的大量接入勢必會造成配電網負荷的大幅提升，這對配電線路容量提出了更高要求。針對電動汽車對充電位置的需求問題，現有方案是集中建設充電站或充電粧，該方案可以滿足少量的電動汽車充電位置需求，但當電動汽車滲透率越來越高時，必須對所建充電站或充電粧進行擴增，且充電管理困難，用戶亦須較準確掌控充電站動態，以保證驅車到站后能快速充好電。針對配電網的增容問題，目前的解決方案有兩種，一是對原輸電電纜直接升級改造，將原電纜更換為過流能力更大的電纜，此方法工程量巨大，工期長，成本昂貴，耗材浪費嚴重，且對居民生活影響嚴重，二是采用輸電線路動態增容技術，該方案不改變原線路電纜，但需增設大量檢測和通信設備，且增容幅度小，尚難滿足電動汽車滲透率較大時對線路容量的需求。
【發明內容】
[0003]針對現有技術存在的上述不足，為解決電動汽車充電位置難找及現有配電網增容方案成本高、工程量大、施工周期長、輸電容量提升幅度小及對用戶影響嚴重等問題。本實用新型提供一種含電動汽車充電粧的高可靠性直流配電網，用于確保電動汽車充電方便靈活和應對大規模電動汽車接入后配電網峰值負荷的增加。不改變原配電網線路結構，且無需更換或升級電纜，在不影響原居民負荷用電的情況下，僅對小區配電箱進行改造，在居民用戶家中裝設居民換流箱，即可提升配電網的線路輸電容量，具有成本低、工程量小、可擴展性好等優點。
[0004]本實用新型采取的技術方案為:
[0005]一種含電動汽車充電粧的高可靠性直流配電網，包括一個含有AC/DC變流器的換流站，一個包含DC/DC變流器的小區配電箱，一個直流斷路器，至少一個居民換流箱，至少一個居民傳統負荷，至少一個電動汽車充電粧；所述的含有AC/DC變流器的換流站的交流側與外部交流網絡相連，直流側與小區配電箱相連；所述的含有DC/DC變流器的小區配電箱端電壓較高側與所述換流站相連，端電壓較低側與直流斷路器相連；所述的直流斷路器安裝在小區配電箱出線處，直流斷路器一端與小區配電箱相連，直流斷路器另一端與居民換流箱相連；所述的居民換流箱中包含DC/AC變流器和雙向DC/DC變流器，其中DC/AC變流器的直流側與直流斷路器相連，DC/AC變流器的交流側與居民傳統負荷相連，而雙向DC/DC變流器的端電壓較高側與直流斷路器相連，雙向DC/DC變流器的端電壓較低側與電動汽車充電粧相連；所述的居民傳統負荷與居民換流箱內的DC/AC變流器的交流側相連；
[0006]所述的電動汽車充電粧與居民換流箱內的雙向DC/DC變流器的端電壓較低側相連。
[0007]該直流配電網中電能傳輸均為直流電能形式。
[0008]所述的居民換流箱中的DC/DC變流器是雙向的，電動汽車充電粧可通過居民換流箱中的雙向DC/DC變流器反送電能給配電網中其它負荷。
[0009]小區配電箱與居民用戶之間裝設一臺直流斷路器，以保證居民用電質量和提高直流配電網可靠性。
[0010]每戶居民的居民換流箱中均留有電動汽車充電粧接口，居民用戶在自家便可完成電動汽車的充電，方便靈活。
[0011]本實用新型一種含電動汽車充電粧的高可靠性直流配電網，技術效果如下:
[0012]1)、本實用新型無需改變原配電網線路結構，且無需更換或升級現有配電網所使用的電纜。
[0013]2)、本實用新型的輸電線路容量的提升幅度，可以通過配電網直流線路電壓的幅值進行調節，以滿足不同滲透率的電動汽車接入后對配電線路容量的需求。
[0014]3 )、本實用新型僅需改變現有配電系統中的變電站和小區配電箱的結構，加裝一個直流斷路器，并在居民家中裝設居民換流箱即可。首先將原變電站改變為AC/DC變流站，為直流配電網提供合適電壓等級的直流電(比如IlkV的交流配電電纜可以承受高達30kV的直流電)，然后對小區配電箱進行改造，使用DC/DC變流裝置替換原配電箱中的變壓器，通過DC/DC變流裝置是將配電網的直流電壓轉換為逆變器可用和電動汽車充電粧適合輸入的電壓等級(此處電壓等級受逆變器和輸電容量的影響，可以設置在800V左右)，其次在用戶側添加居民用電箱，為常規交流負載和電動汽車充電粧供電。最后在小區配電箱輸出側加裝直流斷路器。可見需改造的范圍小，且需在居民家中裝設的居民換流箱具有電壓等級低、體積小、價格低、可靠性高的特點，因此，本實用新型所提方案的實施具有工程量小、實現方便、可行性高等特點。
[0015]4)、本實用新型的居民換流箱中，雙向DC/DC變流器具有電能反送功能，可在配網供電發生故障時，向居民負荷反送能量以應對緊急情況，提高了系統的可靠性和居民的供電質量。
[0016]5)、本實用新型的居民換流箱中均留有電動汽車充電粧接口，不僅確保已有電動汽車用戶可方便靈活充電，還能適應不同滲透率的電動汽車充電需求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是一種現有的交流配電系統的結構示意圖。
[0018]圖2是本實用新型含電動汽車充電粧的高可靠性直流配電網實施例的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0019]如圖2所示，一種含電動汽車充電粧的高可靠性直流配電網，包括:一個含有AC/DC變流器的換流站1，一個包含DC/DC變流器的小區配電箱2，一個直流斷路器3，至少一個包含DC/AC變流器5和雙向DC/DC變流器6的居民換流箱4，至少一個居民傳統負荷7，至少一個電動汽車充電粧8。所述的含有AC/DC變流器的換流站I的交流側與外部交流網絡相連，直流側與小區配電箱2相連。所述的含有DC/DC變流器的小區配電箱2的端電壓較高側與換流站I相連，端電壓較低側與直流斷路器3相連。所述的直流斷路器3安裝在小區配電箱2出線處，一端與小區配電箱2相連，另一端與居民換流箱4相連。所述的小區內居民換流箱4中包含DC/AC變流器5和雙向DC/DC變流器6，其中DC/AC變流器5的直流側與直流斷路器3相連，交流側與居民傳統負荷7相連，而雙向DC/DC變流器6的端電壓較高側與直流斷路器3相連，端電壓較低側與電動汽車充電粧8相連。所述的居民傳統負荷7與居民換流箱4內DC/AC變流器5的交流側相連。所述的電動汽車充電粧8與居民換流箱4內雙向DC/DC變流器6的端電壓較低側相連。
[0020]考慮到同樣絕緣厚度和芯線截面的電纜，其耐受直流電壓的能力比耐受交流電壓的能力約高3倍以上，圖1所示的現有交流配電系統的配電線路，母線電壓為10kV，因此在不改變圖1所示交流配電系統線路結構的情況下，圖2中所示的直流配電線路電壓可達30kV以上(現在城市中壓配電網多數采用電纜，給所提方案的實施提供了可行性)。進一步考慮交流輸電電壓峰值與有效值之間的關系及輸電線路功率因數對實際輸送容量的影響，在不改變圖1所示的現有交流配電網電纜的前提下，采樣圖2所示的直流配電形式，配電線路的輸電容量理論上可提高4.7倍左右(此處因考慮導線具體連接方式，1kV 一般是3條配電線，此處設定雙極供電方式，即兩條母線電壓分別為正負30kV以及一個地線，那么實際可提高容量就是4.7倍左右)。圖2所示實施例中，換流站I將IlOkV的交流電整流成正負30kV的直流電，配電線路將電能以直流的形式輸送至小區配電箱2 ;小區配電箱2中的DC/DC變流器將正負30kV的直流電壓降至正負800V，經直流斷路器3送至居民換流箱4中；居民換流箱4中的DC/AC變流器5將正負800V的直流電逆變為220V的交流電供居民傳統負荷7使用；居民換流箱4中的雙向DC/DC變流器6將正負800V的直流電變換為400V的直流電供電動汽車充電粧8使用。圖2所示的本實用新型具體實施例中，換流站I包含的AC/DC變流器、小區配電箱2包含的DC/DC變流器、居民換流箱4內的DC/AC變流器5和雙向DC/DC變流器6的電壓等級均以一實例進行設計和闡述，在在實際應用中可根據實際系統容量需求來選擇和確定電壓等級。
[0021]如圖2所示，居民換流箱4中均裝設雙向DC/DC變流器6，雙向DC/DC變流器6是否連接電動汽車充電粧負荷，可根據居民用戶是否使用電動汽車具體情況而定。根據電網狀態的不同，可以將其分為2種工作狀態:
[0022]1、電網正常運行時:直流斷路器不工作，傳統負荷7和電動汽車充電粧8所需電能由配電網所接的外部網絡經配電線路傳輸供給，此時電動汽車充電粧8作為負荷從配電網中吸收和儲存電能。
[0023]2、電網發生故障時:直流斷路器斷開，隔離故障區與非故障區，同時電動汽車充電粧8中所儲存的能量經居民換流箱4內的雙向DC/DC變流器6反送給傳統負荷1，以應對故障對緊急情況下傳統負荷I的用電需求，此時電動汽車充電粧8作為供電電源將其能量供給傳統負荷I。
[0024]綜上所述，本實用新型所提的含電動汽車充電粧的高可靠性直流配電網，在不改變原交流配電網線路結構和不更換升級電纜的情況下，有效提升了配電網的線路輸電容量，是一種配電線路損耗小、工程量小、可擴展性好、可實施性強、可靠性高的直流配電系統。另外，本實用新型所提的含電動汽車充電粧的高可靠性直流配電網中，小區配電箱2的出線處裝設的直流斷路器3和居民換流箱4內的雙向DC/DC換流器6協同合作，降低了配電網的供電系統發生故障時對居民用電的影響，具有可靠性高的優點。
[0025]本實用新型的上述實施范例僅僅是為說明本實用新型所作的舉例，而并非是對本實用新型的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其他不同形式的變化和變動。這里無法對所有的實施方式予以窮舉。凡是屬于本實用新型的技術方案所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本實用新型的保護范圍之列。
【權利要求】
1.一種含電動汽車充電粧的高可靠性直流配電網， 包括一個含有AC/DC變流器的換流站(I )， 一個包含DC/DC變流器的小區配電箱(2)， 一個直流斷路器(3)， 至少一個居民換流箱(4)， 至少一個居民傳統負荷(7)， 至少一個電動汽車充電粧(8);其特征在于， 所述的含有AC/DC變流器的換流站(I)的交流側與外部交流網絡相連，直流側與小區配電箱(2)相連； 所述的含有DC/DC變流器的小區配電箱(2)端電壓較高側與所述換流站(I)相連，端電壓較低側與直流斷路器(3)相連； 所述的直流斷路器(3)安裝在小區配電箱(2)出線處，直流斷路器(3) —端與小區配電箱(2)相連，直流斷路器(3)另一端與居民換流箱(4)相連； 所述的居民換流箱(4)中包含DC/AC變流器(5)和雙向DC/DC變流器(6)，其中DC/AC變流器(5)的直流側與直流斷路器(3)相連，DC/AC變流器(5)的交流側與居民傳統負荷(7)相連，而雙向DC/DC變流器(6)的端電壓較高側與直流斷路器(3)相連，雙向DC/DC變流器(6)的端電壓較低側與電動汽車充電粧(8)相連； 所述的居民傳統負荷(7)與居民換流箱(4)內的DC/AC變流器(5)的交流側相連； 所述的電動汽車充電粧(8)與居民換流箱(4)內的雙向DC/DC變流器(6)的端電壓較低側相連。
2.根據權利要求1所述一種含電動汽車充電粧的高可靠性直流配電網，其特征在于，所述的電動汽車充電粧(8)通過居民換流箱(4)中的雙向DC/DC變流器(6)反送電能給配電網中其它負荷。
【文檔編號】H02J5/00GK204230936SQ201420779103
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月11日 優先權日:2014年12月11日
【發明者】邾玢鑫, 佘小莉, 陳堂賢, 潘海龍, 楊玉良 申請人:三峽大學