一种模块化低压柔直变流器系统

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种模块化低压柔直变流器系统。

背景技术

在新型电力系统建设背景下，由于电动汽车充电桩、分布式光伏等直流源荷的接入，配电网负荷和末端电源急剧上升，对传统配电网承载力、可靠性、运行效率、电能质量等提出了新的挑战。分布式发电、储能技术能实现电网智能化的手段，智能电网是社会经济发展的必然选择，为实现清洁能源的开发、输送和消纳，电网必须提高其灵活性和兼容性。分不断提高其安全防御能力和自愈能力。降低运营成本，促进节能减排，电网运行更为经济高效。

由此催生了交直流配电网架设思路。交直流配电网具有节省线路走廊、配电容量大、电能质量好、易于功率分配、传输效率高等诸多优点。通过低压配电台区交直流互联，实现配网末端系统正常运行时的动态增容、负载率均衡和故障下的转供电，提升供电可靠性，提升分布式电源接纳能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模块化低压柔直变流器系统，解决现有交直流配电网线路中供电可靠不强和分布式电源接纳能力差的技术问题。可实现低压柔直互联系统中的电能双向灵活控制、有功无功控制、电能质量治理、不间断供电、电压支撑、故障限流、台区能源互济等。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种模块化低压柔直变流器系统，包括交流进线L1、交流进线L2、交流进线L 3、交流断路器CB 1、变压器T1、若干块柔直变流器模块、直流侧断路器CB 2和主控单元，交流进线L1、交流进线L2和交流进线L3的一端与台区电网连接，交流断路器CB 1经变压器T1与交流进线L1、交流进线L2和交流进线L 3连接，变压器T1设置在交流断路器CB1的后端，交流断路器CB1用于起短路及过载保护作用，同时具有电操机构，远程通断控制，变压器T1用于将交流、直流侧隔离，避免台区之间的电流环流，同时也将交、直流电气隔离，使系统安全可靠运行，柔直变流器模块与柔直变流器模块之间并联设置，若干块柔直变流器模块设置在变压器T1的后端，直流侧断路器CB2设置在若干块柔直变流器模块的后端，直流侧断路器CB2用于短路及过载保护作用，同时具备电操机构，远程通断控制，主控单元分别与交流断路器CB 1、变压器T 1、若干块柔直变流器模块和直流侧断路器CB2连接，主控单元用于远程交流断路器CB1和直流侧断路器CB2的通断，远程监测变压器T1状态，并且调度和监控柔直变流器模块，柔直变流器模块用于电网台区之间交直流能量转换。

进一步地，上述方案还包括软起动电路SS 1，软起动电路SS 1的一端与交流断路器CB1的一端连接，软起动电路SS 1的另一端与交流断路器CB1的另一端连接，软起动电路SS 1的控制驱动端与主控单元连接，软起动电路SS 1用于内部变压器的软起，防止交流断路器CB 1闭合时，变压器T1的励磁涌流冲击引起前一级断路器脱扣。

进一步地，上述方案还包括交流侧防雷器SPD 1，交流侧防雷器SPD 1设置在交流断路器CB1与变压器T1之间，且交流侧防雷器SPD1设置在交流进线L1、交流进线L2和交流进线L3上，交流侧防雷器SPD1接地设置，交流侧防雷器SPD1用于防止设备因交流侧雷击浪涌损坏。

进一步地，上述方案还包括直流侧防雷器SPD2，直流侧防雷器SPD2设置在若干块柔直变流器模块和直流侧断路器CB2之间，且直流侧防雷器SPD2设置在交流进线L1、交流进线L2和交流进线L3上，直流侧防雷器SPD2接地设置，直流侧防雷器SPD2用于防止设备因直流侧雷击浪涌损坏。

进一步地，若干块柔直变流器模块的侧边上设置有风扇FAN 1，风扇FAN 1与主控单元连接，风扇FAN 1用于使系统形成强制对流从而对系统进行散热。

进一步地，变压器T1上设置有温度检测装置，主控单元通过变压器过温检测线T-OPT与温度检测装置连接，温度检测装置用于检测变压器T1的温度，并实时传给主控单元。

进一步地，主控单元通过通讯信号总线COM 1与若干块柔直变流器模块连接，通讯信号总线COM 1为485/CA N总线，柔直变流器模块与柔直变流器模块之间通过并机通讯CAN总线和载波/工频同步信号总线连接。

进一步地，交流侧防雷器SPD 1和直流侧防雷器SPD2上均设置有故障检测装置，主控单元通过交流侧防雷器故障检测线SPD1-FL T与交流侧防雷器SPD 1的故障检测装置连接，用于实时检测交流侧防雷器SPD 1是否发生故障，主控单元通过交流侧防雷器故障检测线SPD2-FL T与直流侧防雷器SPD2的故障检测装置连接，用于实时检测直流侧防雷器SPD2是否发生故障。

进一步地，主控单元通过接触器控制驱动线SS1-ONOF F与软起动电路SS 1，远程控制软起动电路SS 1开启和关闭，主控单元通过控制驱动线CB1-ONOF F与交流断路器CB 1连接，主控单元通过直流断路器驱动控制及回馈线CB2-ONOFF与交流断路器CB1连接。

进一步地，若干块柔直变流器模块的功率规模不同，根据系统总功率需求灵活变换模块数量，满足柔直互联应用，单块柔直变流器模块故障，不影响其它柔直变流器模块运行，实现冗余，柔直变流器模块主控单元分离，电网调度的需求及策略升级，不影响柔直变流器模块。

本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：

本发明主变功率换单元模块化，可根据系统总功率需求灵活变换模块数量，开发1～2种模块(如50k W、100k W)，即可满足几乎所有柔直互联应用，单模块故障，不影响其他模块运行，轻松实现冗余，故障快速更换及维修，运维成本低，功率控制单元与主控单元分离，电网调度等需求及策略升级，不影响功率变换单元。

附图说明

图1是本发明系统原理图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

如图1所示，一种模块化低压柔直变流器系统，包括交流进线L1、交流进线L 2、交流进线L 3、交流断路器CB 1、变压器T1、若干块柔直变流器模块、直流侧断路器CB 2和主控单元，交流进线L1、交流进线L2和交流进线L3的一端与台区电网连接，交流断路器CB 1经变压器T1与交流进线L1、交流进线L 2和交流进线L 3连接，变压器T1设置在交流断路器CB1的后端，交流断路器CB1用于起短路及过载保护作用，同时具有电操机构，远程通断控制，变压器T1用于将交流、直流侧隔离，避免台区之间的电流环流，同时也将交、直流电气隔离，使系统安全可靠运行，柔直变流器模块与柔直变流器模块之间并联设置，若干块柔直变流器模块设置在变压器T1的后端，直流侧断路器CB2设置在若干块柔直变流器模块的后端，直流侧断路器CB2用于短路及过载保护作用，同时具备电操机构，远程通断控制，主控单元分别与交流断路器CB 1、变压器T1、若干块柔直变流器模块和直流侧断路器CB2连接，主控单元用于远程交流断路器CB1和直流侧断路器CB2的通断，远程监测变压器T1状态，并且调度和监控柔直变流器模块。

柔直变流器模块可以为多种不同的功率，可以为50k W、100kW或者更多功率规模，根据电网的功率大小的变化，主控单元及时的增加或者减少柔直变流器模块的接入，即可满足几乎所有柔直互联应用。如图1所示，AC/DC INV 1、AC/DC INV 2、……AC/DC INV n为柔直变流器模块，每个模块具有独立的功率变换控制单元，系统可根据系统总功率等级需求，灵活变换模块数量。

根据输出的功率的需求，主控单元控制柔直变流器模块接入的数量，来实现后端的输出功率的变化，实现交直流的逆变和稳定功率输出，根据需要的功率多少或者需要电流的多少进行柔性的切换，主控单元作为总控制的作用。

本发明实施例中，上述方案还包括软起动电路SS 1，软起动电路SS 1的一端与交流断路器CB1的一端连接，软起动电路SS 1的另一端与交流断路器CB1的另一端连接，软起动电路SS 1的控制驱动端与主控单元连接，软起动电路SS 1用于内部变压器的软起，防止交流断路器CB 1闭合时，变压器T1的励磁涌流冲击引起前一级断路器脱扣。如图1所示，软起动电路SS1与交流断路器CB1是并联设置的，均设置在交流进线L1、交流进线L2、交流进线L3的三相电线上。

本发明实施例中，上述方案还包括交流侧防雷器SPD 1，交流侧防雷器SPD 1设置在交流断路器CB1与变压器T1之间，且交流侧防雷器SPD1设置在交流进线L1、交流进线L2和交流进线L3上，交流侧防雷器SPD1接地设置，交流侧防雷器SPD 1用于防止设备因交流侧雷击浪涌损坏。交流侧防雷器SPD1主要是在打雷的过程对线路进行保护，把雷电流引入大地。

本发明实施例中，上述方案还包括直流侧防雷器SPD2，直流侧防雷器SPD 2设置在若干块柔直变流器模块和直流侧断路器CB2之间，且直流侧防雷器SPD2设置在交流进线L1、交流进线L2和交流进线L3上，直流侧防雷器SPD 2接地设置，直流侧防雷器SPD 2用于防止设备因直流侧雷击浪涌损坏。直流侧防雷器SPD 2主要是保护直流端的电路，当雷电流进入时，及时把雷电流引入大地，避免对直流电路造成破坏。

本发明实施例中，若干块柔直变流器模块的侧边上设置有风扇FAN 1，风扇FAN 1与主控单元连接，风扇FAN 1用于使系统形成强制对流从而对系统进行散热。风扇FAN1主要由主控单元进行控制开启或者关闭，风扇FAN1对柔直变流器模块进行散热的作用。

本发明实施例中，变压器T1上设置有温度检测装置，主控单元通过变压器过温检测线T-OPT与温度检测装置连接，温度检测装置用于检测变压器T1的温度，并实时传给主控单元。温度检测装置检测到温度过高时，及时开启散热装置，变压器T1还设置有空调制冷散热或者风扇散热，的那个温度过高时，及时开启散热装置散热。

本发明实施例中，主控单元通过通讯信号总线COM 1与若干块柔直变流器模块连接，通讯信号总线COM 1为485/CA N总线，柔直变流器模块与柔直变流器模块之间通过并机通讯CAN总线和载波/工频同步信号总线连接。

本发明实施例中，交流侧防雷器SPD 1和直流侧防雷器SPD2上均设置有故障检测装置，主控单元通过交流侧防雷器故障检测线SPD1-FL T与交流侧防雷器SPD 1的故障检测装置连接，用于实时检测交流侧防雷器SPD 1是否发生故障，主控单元通过交流侧防雷器故障检测线SPD2-FL T与直流侧防雷器SPD2的故障检测装置连接，用于实时检测直流侧防雷器SPD2是否发生故障。

本发明实施例中，主控单元通过接触器控制驱动线SS1-ONOFF与软起动电路SS 1，远程控制软起动电路SS 1开启和关闭，主控单元通过控制驱动线CB1-ONOF F与交流断路器CB 1连接，主控单元通过直流断路器驱动控制及回馈线CB2-ONOFF与交流断路器CB1连接。

本发明实施例中，若干块柔直变流器模块的功率规模不同，根据系统总功率需求灵活变换模块数量，满足柔直互联应用，单块柔直变流器模块故障，不影响其它柔直变流器模块运行，实现冗余，柔直变流器模块主控单元分离，电网调度的需求及策略升级，不影响柔直变流器模块。

L1/L2/L 3为交流进线，连接台区电网；CB 1为交流断路器，起短路及过载保护作用，同时具有电操机构，用于远程通断控制；SS 1为软起动电路，用于内部变压器的软起，防止CB 1闭合时，变压器T1的励磁涌流冲击引起前一级断路器脱扣；SPD 1为交流侧防雷器，防止设备因交流侧雷击浪涌损坏；T 1为隔离变压器，将交流、直流侧隔离，避免台区之间的电流环流，同时也将交、直流电气隔离，使系统更安全可靠运行；AC/DC INV 1、AC/DC INV2、……AC/DC INV n为柔直变流器模块，每个模块具有独立的功率变换控制单元，系统可根据系统总功率等级需求，灵活变换模块数量；SPD2为直流侧防雷器，防止设备因直流侧雷击浪涌损坏；CB 3为直流侧断路器，器短路及过载保护作用，同时具备电操机构，用于远程通断控制；FAN 1为风扇，使系统形成强制对流从而对系统进行散热；U 1为主控单元，完成与远程调度的监控通讯，以及柔直变流器模块的监控；SS1-ONOF F为SS 1的接触器控制驱动线；CB1-ONOF F为CB 1控制驱动线；SPD1-FL T为交流侧防雷器故障检测线；T-OP T为变压器过温检测线；COM 1为通讯信号总线，其包含U1与模块间通讯用485/CAN总线、模块间并机通讯CAN总线、模块间载波/工频同步信号总线、指示等控制总线以及一些DI/D O信号总线；SPD2-FL T为直流防雷故障检测线；CB2-ONOF F为直流断路器驱动控制及回馈线。可实现低压柔直互联系统中的电能双向灵活控制、有功无功控制、电能质量治理、不间断供电、电压支撑、故障限流、台区能源互济等。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。