一種用于樓宇建筑的雙極多層低壓直流配電系統的制作方法

本實用新型涉及直流配電系統技術領域，尤其涉及一種用于樓宇建筑的雙極多層低壓直流配電系統。

背景技術：

與傳統配電網中主要是負荷不同，隨著可再生能源技術和儲能技術的發展，在現代配電網中將包含越來越多的分布式電源和儲能。常見的分布式電源主要有光伏電池、燃料電池、風力機和燃氣輪機等，而這些電源產生的電能均為直流電或可經過簡單整流后變為直流電，使得分布式電源和儲能并入直流配電網將可以節省大量的換流環節。例如，在并入傳統的交流配電網過程中，產生直流電的光伏發電等分布式電源需經過DC-DC和DC-AC兩級變換，而以交流形式產生電能的風力機等分布式電源需要經過AC-DC和DC-AC兩級變換，但是上述分布式電源接入直流配電網時，就可以省略上述DC-AC環節，從而減小成本、降低損耗。

現代配電網中的負荷情況也在發生改變，消費類電子（如計算機、手機、平板電腦）、LED、數據中心和電動汽車等所占比例越來越多，越來越多的負荷需要使用直流供電方式。近幾年，電力電子技術得到了快速的發展，這也導致了用戶的用電方式發生了較大的變化。例如，電力電子變頻技術在空調、冰箱、洗衣機等產品中得到了廣泛的應用。而在交流配電網中，必須通過AC-DC-AC轉換才能達到變頻。而對于直流配電網，則只需進行DC-AC轉換，從而省略了AC-DC環節，降低了變換器損耗。另外，現在很多電氣設備本質上就是采用直流電驅動的，例如，液晶電視、LED照明燈、電動車、個人電腦、手機等。而在交流配電網中，必須通過AC-DC轉換才能供給電器使用。而對于直流配電網，不需要轉換就可以直接給這些設備供電，節約了成本， 也降低了損耗。而對于敏感負荷供電，直流配網中通過換流器可隔離交流系統電壓跌落、治理諧波、補償無功功率，提高電能質量。

因此，在建筑物或建筑園區內采用直流配電系統，可以方便的接入各類分布式電源，靈活地提供各類交直流供電接入服務，減少供電變換環節的設備投資和運行損耗，在建筑物綜合能源利用和節能減排方面具有重要的發展前景。

技術實現要素：

本實用新型實施例所要解決的技術問題在于，提供一種用于樓宇建筑的雙極多層低壓直流配電系統，便于接入各類分布式電源、直流負荷，減少供電變換環節的設備投資和運行損耗。

為了解決上述技術問題，本實用新型實施例提供了一種用于樓宇建筑的雙極多層低壓直流配電系統，包括雙極低壓直流母線Bus1、單極低壓直流母線Bus2、單極低壓直流母線Bus3、交流電網系統S1、儲能系統S2、光伏系統S3、風力發電系統S4、建筑空調S5、電梯S6、電動汽車充電樁S7、服務器S8以及變換器Con1~Con9；其中，

所述雙極低壓直流母線Bus1包括L1、L2和N三條配電線路；其中，所述雙極低壓直流母線Bus1的L1、L2和N三條配電線路通過變換器Con1與所述交流電網系統S1相連，并通過變換器Con2與所述儲能系統S2連接；所述雙極低壓直流母線Bus1的L1和L2兩條配電線路還與所述光伏系統S3、風力發電系統S4、建筑空調S5、電梯S6和電動汽車充電樁S7分別依次通過變換器Con3~Con7連接；所述雙極低壓直流母線Bus1的L1及L2之中任一配電線路和N配電線路還與所述服務器S8通過變換器Con8連接；

所述單極低壓直流母線Bus2包括L3和N兩條配電線路；其中，所述單極低壓直流母線Bus2的L3配電線路與所述雙極低壓直流母線Bus1的L1及L2之中任一配電線路連接，且所述單極低壓直流母線Bus2的N配電線路與所述雙極低壓直流母線Bus1的N配電線路連接；

所述單極低壓直流母線Bus3包括L4和L5兩條配電線路；其中，所述單極低壓直流母線Bus3與所述單極低壓直流母線Bus2通過變換器Con9連接。

其中，所述雙極低壓直流母線Bus1的L1和N兩條配電線路之間形成的直流電壓與L2和N兩條配電線路之間形成的直流電壓相等且均為350V。

其中，所述單極低壓直流母線Bus2的L3和N兩條配電線路之間形成的直流電壓為350V。

其中，所述單極低壓直流母線Bus3的L4和L5兩條配電線路之間形成的直流電壓為48V。

其中，所述變換器Con1包括依序連接的用于將所述交流電網系統S1上高壓轉換至380V三相交流電壓的隔離變壓器、用于將所述380V三相交流電壓轉換至一定直流電壓的PWM整流器以及用于確保所述雙極低壓直流母線Bus1的L1和N兩條配電線路之間形成的直流電壓與L2和N兩條配電線路之間形成的直流電壓均相等的電壓平衡器；其中，所述隔離變壓器還與所述交流電網系統S1相連，所述電壓平衡器還與所述雙極低壓直流母線Bus1的L1、L2和N三條配電線路相連。

其中，所述PWM整流器采用三相全橋結構。

其中，所述變換器Con2包括兩個雙主動全橋變換器；其中，一雙主動全橋變換器的兩端分別與所述雙極低壓直流母線Bus1的L1和N兩條配電線路相連，另一雙主動全橋變換器的兩端分別與所述雙極低壓直流母線Bus1的L2和N兩條配電線路相連。

其中，所述變換器Con7、變換器Con8和變換器Con9均包括依序連接的用于完成直流電壓到交流電壓變換的全橋逆變器、用于提供電氣隔離和電壓匹配的高頻隔離變壓器和用于完成交流電壓到直流電壓變換的全橋整流器。

其中，所述交流電網系統S1為10kV三相交流電網。

其中，所述單極低壓直流母線Bus2還通過變換器Con11連接空調以及通過變換器Con12連接洗衣機。

實施本實用新型實施例，具有如下有益效果：

1）本實用新型的雙極多層低壓直流配電系統可以方便的接入各類分布式電源，靈活地提供各類交直流供電接入服務，減少供電變換環節的設備投資和運行損耗；

2）本實用新型的雙極多層低壓直流配電系統可以方便兼容現有的三相380V和單相220V交流設備。對于原先接入三相380V系統的大功率設備，可以考慮接入雙極低壓直流母線Bus1，而對于原先接入單相220V系統的小功率設備，可以考慮接入單極低壓直流母線Bus2，使得系統及設備的改動較小；

3）本實用新型的雙極多層低壓直流配電系統可供各類低壓電子設備接入，低壓母線與上級母線直接增加隔離設計，可以大幅減小設備電源適配器的體積、成本和重量，并且具有滿足安全性要求。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，根據這些附圖獲得其他的附圖仍屬于本實用新型的范疇。

圖1為本實用新型實施例提供的用于樓宇建筑的雙極多層低壓直流配電系統的一平面結構示意圖；

圖2為本實用新型實施例提供的用于樓宇建筑的雙極多層低壓直流配電系統的另一平面結構示意圖；

圖3為圖1和圖2中變換器con1的系統結構示意圖；

圖4為圖3中變換器con1的應用場景示意圖；

圖5為圖1和圖2中變換器con2的系統結構示意圖；

圖6為圖5中變換器con2的應用場景示意圖；

圖7為圖1和圖2中變換器con7至con9的系統結構示意圖；

圖8為圖7中變換器con7至con9的應用場景圖。

具體實施方式

為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本實用新型作進一步地詳細描述。

如圖1所示，為本實用新型實施例中，提供的一種用于樓宇建筑的雙極多層低壓直流配電系統，包括雙極低壓直流母線Bus1、單極低壓直流母線Bus2、單極低壓直流母線Bus3、交流電網系統S1、儲能系統S2、光伏系統S3、風力發電系統S4、建筑空調S5、電梯S6、電動汽車充電樁S7、服務器S8以及變換器Con1~Con9；其中，

雙極低壓直流母線Bus1包括L1、L2和N三條配電線路；其中，雙極低壓直流母線Bus1的L1、L2和N三條配電線路通過變換器Con1與交流電網系統S1相連，并通過變換器Con2與儲能系統S2連接；雙極低壓直流母線Bus1的L1和L2兩條配電線路與光伏系統S3、風力發電系統S4、建筑空調S5、電梯S6和電動汽車充電樁S7分別依次通過變換器Con3~Con7連接；雙極低壓直流母線Bus1的L1及L2之中任一配電線路和N配電線路與服務器S8通過變換器Con8連接；

單極低壓直流母線Bus2包括L3和N兩條配電線路；其中，單極低壓直流母線Bus2的L3配電線路與雙極低壓直流母線Bus1的L1及L2之中任一配電線路連接，且單極低壓直流母線Bus2的N配電線路與雙極低壓直流母線Bus1的N配電線路連接；

單極低壓直流母線Bus3包括L4和L5兩條配電線路；其中，單極低壓直流母線Bus3與單極低壓直流母線Bus2通過變換器Con9連接。

在本實用新型實施例中，雙極低壓直流母線Bus1的L1和N兩條配電線路之間形成的直流電壓與L2和N兩條配電線路之間形成的直流電壓相等且均為350V，該電壓可供原先接入單相交流系統的換流器的直流母線直接接入；單極低壓直流母線Bus2的L3和N兩條配電線路之間形成的直流電壓為350V；單極低壓直流母線Bus3的L4和L5兩條配電線路之間形成的直流電壓為48V，因此對于原先接入三相380V系統的大功率設備，可以考慮接入雙極低壓直流母線Bus1，而對于原先接入單相220V系統的小功率設備，可以考慮接入單極低壓直流母線Bus2，對于接入直流電壓48V的設備，可以考慮直接接入單極低壓直流母線Bus3，從而使得系統及設備的改動較小。

由此可見，如圖2所示，單極低壓直流母線Bus2還通過變換器Con11連接空調以及通過變換器Con12連接洗衣機；雙極低壓直流母線Bus1的L1、L2和N三條配電線路還通過變換器Con10與交流電網系統S11相連。

在本實用新型實施例中，如圖3所示，變換器Con1具有雙向功率流動能力，其包括依序連接的用于將交流電網系統S1上高壓（如10KV）轉換至380V三相交流電壓的隔離變壓器、用于將380V三相交流電壓轉換至一定直流電壓（如700V）的PWM整流器以及用于確保雙極低壓直流母線Bus1的L1和N兩條配電線路之間形成的直流電壓與L2和N兩條配電線路之間形成的直流電壓均相等（如均為350V）的電壓平衡器；其中，隔離變壓器還與交流電網系統S1相連，電壓平衡器還與雙極低壓直流母線Bus1的L1、L2和N三條配電線路相連；其中，PWM整流器采用三相全橋結構。

在一個實施例中，交流電網系統S1為10kV三相交流電網；變換器Con1中隔離變壓器完成交流電10kV至380V的電壓變換，PWM整流器采用三相全橋結構，完成交流電380V三相交流電壓至700V直流電壓變換，電壓平衡器保證雙極低壓直流母線Bus1的配電線路L1和N之間的電壓V1與N和L2之間的電壓V2相等且均為350V，該變換器Con1的具體應用場景，請參見圖4。

在本實用新型實施例中，如圖5所示，變換器Con2具有雙向功率流動能力，其包括兩個雙主動全橋變換器；其中，一雙主動全橋變換器的兩端分別與雙極低壓直流母線Bus1的L1和N兩條配電線路相連，另一雙主動全橋變換器的兩端分別與雙極低壓直流母線Bus1的L2和N兩條配電線路相連，該變換器Con2的具體應用場景，請參見圖6，S11至S14、T以及Q11至Q14形成一個主動全橋變換器。

在本實用新型實施例中，如圖7所示，變換器Con7、變換器Con8和變換器Con9均具有電氣隔離功能，包括依序連接的用于完成直流電壓到交流電壓變換的全橋逆變器、用于提供電氣隔離和電壓匹配的高頻隔離變壓器和用于完成交流電壓到直流電壓變換的全橋整流器，該變換器Con7至con9的具體應用場景，請參見圖8，S11至S14形成全橋逆變器，T形成高頻隔離變壓器，Q11至Q14形成全橋整流器。

應當說明的是，其它變換器，如變換器Con3和con4，以及Con10至con12等等，均采用業內常用的變換器結構，在此不再一一贅述。

實施本實用新型實施例，具有如下有益效果：

1）本實用新型的雙極多層低壓直流配電系統可以方便的接入各類分布式電源，靈活地提供各類交直流供電接入服務，減少供電變換環節的設備投資和運行損耗；

2）本實用新型的雙極多層低壓直流配電系統可以方便兼容現有的三相380V和單相220V交流設備。對于原先接入三相380V系統的大功率設備，可以考慮接入雙極低壓直流母線Bus1，而對于原先接入單相220V系統的小功率設備，可以考慮接入單極低壓直流母線Bus2，使得系統及設備的改動較小；

3）本實用新型的雙極多層低壓直流配電系統可供各類低壓電子設備接入，低壓母線與上級母線直接增加隔離設計，可以大幅減小設備電源適配器的體積、成本和重量，并且具有滿足安全性要求。

以上所揭露的僅為本實用新型一種較佳實施例而已，當然不能以此來限定本實用新型之權利范圍，因此依本實用新型權利要求所作的等同變化，仍屬本實用新型所涵蓋的范圍。