[发明专利]基于直流多端口电能交换器的全可控灵活配电系统及方法

权利要求书

1.一种基于直流多端口电能交换器的交直流全可控灵活配电系统，其特征在于，所述配电系统由多个单个配电节点层次组网模型相互连接组成，所述单个配电节点层次组网模型包括不同电压等级的直流多端口电能交换器及其负载，所述负载包括各类用电单元、分布式电源以及储能等，所述不同电压等级的直流多端口电能交换器相互连接；

通过将交流端口与对应电压等级的直流端口集中于直流多端口电能交换器的方式，实现中高低压交直流配电网之间、交直流配电网与分布式电源、储能装置以及用电单元之间，能量与信息数据的双向流动；同时通过交直流端口集中的方式减少配电网中交直流变换器的数量，实现一个配电端口内的交直流无缝控制。

2.如权利要求1所述的交直流全可控灵活配电系统，其特征在于，所述不同电压等级的直流多端口电能交换器包括高压直流多端口电能交换器和中、低压直流多端口电能交换器；

所述高压直流多端口电能交换器的输入侧通过高压直流母线实现互联，进而实现电能交换器基础上的高压直流组网层；

高压直流多端口电能交换器输出侧通过中压直流母线实现互联，形成基于电能交换器的中压直流组网层；

中、低压直流多端口电能交换器输入侧通过中低压直流母线实现互联，实现电能交换器基础上的中低压直流组网层；

通过高压直流组网层、中高压交流组网层和中低压直流组网层中电压母线互联，形成基于直流多端口电能交换器的配电节点构成的交直流全可控灵活配电系统。

3.如权利要求2所述的交直流全可控灵活配电系统，其特征在于，所述高压直流组网层的高压直流母线的电压等级为90kV～180kV，所述中压直流组网层的中压直流母线的电压等级为1.5kV～90kV，所述低压直流组网层的低压直流母线的电压等级为5V～1.5kV。

4.如权利要求3所述的交直流全可控灵活配电系统，其特征在于，所述不同电压等级的直流多端口电能交换器包括相互连接的电气信息层和电气物理层；所述电气信息层包括监测模块、智能控制模块、通信模块和信息处理模块、以及管理控制系统；所述电气物理层包括电力电子固态模块和电能接口模块；所述智能控制模块与所述电力电子固态模块连接。

5.如权利要求4所述的交直流全可控灵活配电系统，其特征在于，所述电力电子固态模块包括依次连接的固态模块控制器、电力电子开关管、保护与驱动模块和测感模块；所述电能接口模块包括高压交流接口、高压直流接口、工频交流接口和中压直流接口；

所述不同电压等级的直流多端口电能交换器通过通讯协议的转换和电能接口模块，实现交直流配电区域内、不同层级间电能交换器的通信和信息的即插即用，构成物理信息模型。

6.如权利要求5所述的交直流全可控灵活配电系统，其特征在于，所述不同电压等级的直流多端口电能交换器的输出侧端口类型包括：交直流端口和直流端口；所述交直流端口包括不同电压等级与不同功能的分接口；通过交直流端口集中于不同电压等级的直流多端口电能交换器的方式，实现配电网中交直流线路的无缝连接；

所述交直流端口中的高压交流接口电压等级为120kV～500kV；中压交流接口的电压等级为2kV～120kV；低压交流接口的电压等级为400V以下。

所述不同功能的接口包括负载接口、储能接口、分布式发电并网接口、充电桩接口和电源接口。

7.如权利要求5所述的交直流全可控灵活配电系统，其特征在于，所述电力电子固态模块拓扑中AC/DC或DC/AC变换器根据电压等级选用多电平拓扑结构中的一种，多电平拓扑结构中模块的数量取决于直流电压或交流电压等级，所述的多电平拓扑结构包括二极管嵌位的单桥臂拓扑、H桥级联拓扑以及模块化多电平拓扑；

所述二极管嵌位的单桥臂拓扑实际情况下根据功率等级选择NPC单桥臂或三相三桥臂拓扑，相应的中间中高频隔离变压器采用单相或三相结构；所述H桥级联拓扑与模块化多电平MMC拓扑中的H桥根据功率等级采用单相或三相拓扑，变压器采取相应的改变。