[发明专利]基于单导线交直流混合技术的配电网系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于单导线交直流混合技术的配电网系统。

背景技术

随着智能电网的快速发展，分布式新能源配电网接入方式受到越来越多的关注。新能源种类众多，包括风力发电、光伏发电、燃料电池、潮汐发电等等，但其本质仍然可以归纳为交流电源与直流电源两类。交流源的并网相对简单，采用变压器及一定的控制策略即可实现，研究的难点在于分布式新能源直流源的并网。目前提出的解决方法主要有两种，一种是通过采用传统的整流逆变装置将直流源转化为交流源并入交流配电网，另一种是构建微网。这两种接入方式的投资成本较高，并且会对大电网形成一定程度的冲击。因此，寻求一种低成本且弱冲击的分布式新能源配电网接入方式成为当前的智能电网研究的一个热点问题。

为简化分析，将种类数量众多的分布式新能源直流源以单个直流源代替，仅关注直流源接入配电网的问题，此直流源既可以是电压源，也可以是电流源。与传统的交流配电网相比，直流配电网能满足直流电器和电动汽车等直流负载的要求，并且可以不用考虑稳定性限制而配送更多的功率。然而，单纯的直流配电网因直流灭弧等技术限制而难以应用。针对光伏发电等直流电源以及电动汽车等直流负载接入电网的需要，提出一种单导线交直流混合配电网的新型拓扑，即三相输电线路中的每一根相线都同时输送交流与直流功率，以融合交流和直流配电网的优点，并弥补其缺点。

交直流混合输电的设想最初在输电技术领域提出。与单纯的交流或者直流输电相比，单导线交直流混合输电具有显著的优势，例如传输容量大，便于形成落点等。然而，由于在输电网电压等级下的交流与直流的耦合难题，交直流混合输电仍然无法应用于工程实际。极高电压下的交直流耦合会引起铁芯饱和，导致严重的电压电流波形的畸变。但在低电压电流水平的配电网中，交流和直流的耦合问题相对比较容易解决。将单导线交直流混合的思想应用于配电网，将省去传统的整流与逆变设备，便于实现新能源发电以及直流负载的接入。为了实现交直流配电网的工程应用，有两个关键的技术难题需要解决：一是交流和直流的耦合方法；二是交直流配电网的系统化，即实现非网络化的直流系统与网络化的交流系统之间的融合。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种基于单导线交直流混合技术的配电网系统，该系统避免了铁芯饱和现象，通过采用Z型变压器减轻了铁芯饱和现象，采用Z型变压器的交直流配电网能够在无严重波形畸变的前提下，实现交流和直流的融合。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

基于单导线交直流混合技术的配电网系统，包括第一交流源和直流源，所述第一交流源和直流源均与第一Z型变压器相连，第一Z型变压器与第二Z型变压器通过线路相连，第二Z型变压器与升压斩波电路相连，第二Z型变压器还与第二交流源相连。

所述升压斩波电路的相角差实现了交流功率的流动，电压差实现了直流功率的流动。

所述Z型变压器是用于实现交流与直流的耦合与解耦，在线路的一端，直流功率由Z型变压器的中性点注入，实现交流直流功率的同导线传输。在线路的另一端，直流功率由Z型变压器的中性点引出，用于供应直流负载。

所述第一交流源和第一Z型变压器之间还连接有第一负载，第二交流源和第二Z型变压器之间还连接有第二负载。

所述Z型变压器为具有六个相同的二次绕组的三相九绕组变压器，每一个绕组铁芯的首端线圈与下一个铁芯的末端线圈反向连接，所有的线圈末端连在一起形成中性点，各相都与原边线圈相连。

所述升压斩波电路为一个输出电压高于输入电压的直流-直流变换电路。

所述升压斩波电路包括电阻R和电容C，电阻R和电容C相并联，电容C的一端通过二极管D及电感L与第二Z型变压器相连，三极管的集电极设置在二极管D的正极端及电感L之间，三极管的发射极与电容的另一端相连且与地相连。

所述三极管为IGBT。

所述IGBT的栅极端上施加有控制脉冲。

所述第一Z型变压器与直流源之间的线路、第二Z型变压器与升压斩波电路之间的线路和第一Z型变压器与第二Z型变压器之间的线路上均设有数据采集点。