一种含电动汽车充电桩的高可靠性直流配电网的制作方法
【专利摘要】一种含电动汽车充电桩的高可靠性直流配电系统，包括一个含有AC/DC变流器的换流站，一个包含DC/DC变流器的小区配电箱，一个直流断路器，至少一个包含DC/AC变流器和双向DC/DC变流器的居民换流箱，至少一个居民传统负荷，至少一个电动汽车充电桩。与现有的针对含电动汽车充电桩的配电网扩容方案相比，本实用新型不改变原配电网线路结构，且无需更换或升级电缆，在不影响原居民负荷用电的情况下，仅对小区配电箱进行改造，在居民用户家中装设居民换流箱，即可提升配电网的线路输电容量，具有成本低、工程量小、可扩展性好等优点。
【专利说明】一种含电动汽车充电桩的高可靠性直流配电网
【技术领域】
[0001]本实用新型属于配电网输电功率增容【技术领域】，具体涉及一种含电动汽车充电粧的高可靠性直流配电网。
【背景技术】
[0002]近年来，在能源危机、温室效应、大气污染等全球性问题的加剧的态势下，电动汽车凭其节能减排、遏制气候变暖以及减少人类对不可再生化石能源依赖等方面的优势而备受关注并得到快速发展。在电动汽车发展过程中，亟待解决的问题是充电粧的建设和配电网的增容。现有的交流配电网结构示意图如说明书附图中的图1所示，当电动汽车大规模接入时，不仅电动汽车充电粧需求量大，而且电动汽车这一直流负荷的大量接入势必会造成配电网负荷的大幅提升，这对配电线路容量提出了更高要求。针对电动汽车对充电位置的需求问题，现有方案是集中建设充电站或充电粧，该方案可以满足少量的电动汽车充电位置需求，但当电动汽车渗透率越来越高时，必须对所建充电站或充电粧进行扩增，且充电管理困难，用户亦须较准确掌控充电站动态，以保证驱车到站后能快速充好电。针对配电网的增容问题，目前的解决方案有两种，一是对原输电电缆直接升级改造，将原电缆更换为过流能力更大的电缆，此方法工程量巨大，工期长，成本昂贵，耗材浪费严重，且对居民生活影响严重，二是采用输电线路动态增容技术，该方案不改变原线路电缆，但需增设大量检测和通信设备，且增容幅度小，尚难满足电动汽车渗透率较大时对线路容量的需求。
【发明内容】
[0003]针对现有技术存在的上述不足，为解决电动汽车充电位置难找及现有配电网增容方案成本高、工程量大、施工周期长、输电容量提升幅度小及对用户影响严重等问题。本实用新型提供一种含电动汽车充电粧的高可靠性直流配电网，用于确保电动汽车充电方便灵活和应对大规模电动汽车接入后配电网峰值负荷的增加。不改变原配电网线路结构，且无需更换或升级电缆，在不影响原居民负荷用电的情况下，仅对小区配电箱进行改造，在居民用户家中装设居民换流箱，即可提升配电网的线路输电容量，具有成本低、工程量小、可扩展性好等优点。
[0004]本实用新型采取的技术方案为:
[0005]一种含电动汽车充电粧的高可靠性直流配电网，包括一个含有AC/DC变流器的换流站，一个包含DC/DC变流器的小区配电箱，一个直流断路器，至少一个居民换流箱，至少一个居民传统负荷，至少一个电动汽车充电粧；所述的含有AC/DC变流器的换流站的交流侧与外部交流网络相连，直流侧与小区配电箱相连；所述的含有DC/DC变流器的小区配电箱端电压较高侧与所述换流站相连，端电压较低侧与直流断路器相连；所述的直流断路器安装在小区配电箱出线处，直流断路器一端与小区配电箱相连，直流断路器另一端与居民换流箱相连；所述的居民换流箱中包含DC/AC变流器和双向DC/DC变流器，其中DC/AC变流器的直流侧与直流断路器相连，DC/AC变流器的交流侧与居民传统负荷相连，而双向DC/DC变流器的端电压较高侧与直流断路器相连，双向DC/DC变流器的端电压较低侧与电动汽车充电粧相连；所述的居民传统负荷与居民换流箱内的DC/AC变流器的交流侧相连；
[0006]所述的电动汽车充电粧与居民换流箱内的双向DC/DC变流器的端电压较低侧相连。
[0007]该直流配电网中电能传输均为直流电能形式。
[0008]所述的居民换流箱中的DC/DC变流器是双向的，电动汽车充电粧可通过居民换流箱中的双向DC/DC变流器反送电能给配电网中其它负荷。
[0009]小区配电箱与居民用户之间装设一台直流断路器，以保证居民用电质量和提高直流配电网可靠性。
[0010]每户居民的居民换流箱中均留有电动汽车充电粧接口，居民用户在自家便可完成电动汽车的充电，方便灵活。
[0011]本实用新型一种含电动汽车充电粧的高可靠性直流配电网，技术效果如下:
[0012]1)、本实用新型无需改变原配电网线路结构，且无需更换或升级现有配电网所使用的电缆。
[0013]2)、本实用新型的输电线路容量的提升幅度，可以通过配电网直流线路电压的幅值进行调节，以满足不同渗透率的电动汽车接入后对配电线路容量的需求。
[0014]3 )、本实用新型仅需改变现有配电系统中的变电站和小区配电箱的结构，加装一个直流断路器，并在居民家中装设居民换流箱即可。首先将原变电站改变为AC/DC变流站，为直流配电网提供合适电压等级的直流电(比如IlkV的交流配电电缆可以承受高达30kV的直流电)，然后对小区配电箱进行改造，使用DC/DC变流装置替换原配电箱中的变压器，通过DC/DC变流装置是将配电网的直流电压转换为逆变器可用和电动汽车充电粧适合输入的电压等级(此处电压等级受逆变器和输电容量的影响，可以设置在800V左右)，其次在用户侧添加居民用电箱，为常规交流负载和电动汽车充电粧供电。最后在小区配电箱输出侧加装直流断路器。可见需改造的范围小，且需在居民家中装设的居民换流箱具有电压等级低、体积小、价格低、可靠性高的特点，因此，本实用新型所提方案的实施具有工程量小、实现方便、可行性高等特点。
[0015]4)、本实用新型的居民换流箱中，双向DC/DC变流器具有电能反送功能，可在配网供电发生故障时，向居民负荷反送能量以应对紧急情况，提高了系统的可靠性和居民的供电质量。
[0016]5)、本实用新型的居民换流箱中均留有电动汽车充电粧接口，不仅确保已有电动汽车用户可方便灵活充电，还能适应不同渗透率的电动汽车充电需求。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是一种现有的交流配电系统的结构示意图。
[0018]图2是本实用新型含电动汽车充电粧的高可靠性直流配电网实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]如图2所示，一种含电动汽车充电粧的高可靠性直流配电网，包括:一个含有AC/DC变流器的换流站1，一个包含DC/DC变流器的小区配电箱2，一个直流断路器3，至少一个包含DC/AC变流器5和双向DC/DC变流器6的居民换流箱4，至少一个居民传统负荷7，至少一个电动汽车充电粧8。所述的含有AC/DC变流器的换流站I的交流侧与外部交流网络相连，直流侧与小区配电箱2相连。所述的含有DC/DC变流器的小区配电箱2的端电压较高侧与换流站I相连，端电压较低侧与直流断路器3相连。所述的直流断路器3安装在小区配电箱2出线处，一端与小区配电箱2相连，另一端与居民换流箱4相连。所述的小区内居民换流箱4中包含DC/AC变流器5和双向DC/DC变流器6，其中DC/AC变流器5的直流侧与直流断路器3相连，交流侧与居民传统负荷7相连，而双向DC/DC变流器6的端电压较高侧与直流断路器3相连，端电压较低侧与电动汽车充电粧8相连。所述的居民传统负荷7与居民换流箱4内DC/AC变流器5的交流侧相连。所述的电动汽车充电粧8与居民换流箱4内双向DC/DC变流器6的端电压较低侧相连。
[0020]考虑到同样绝缘厚度和芯线截面的电缆，其耐受直流电压的能力比耐受交流电压的能力约高3倍以上，图1所示的现有交流配电系统的配电线路，母线电压为10kV，因此在不改变图1所示交流配电系统线路结构的情况下，图2中所示的直流配电线路电压可达30kV以上(现在城市中压配电网多数采用电缆，给所提方案的实施提供了可行性)。进一步考虑交流输电电压峰值与有效值之间的关系及输电线路功率因数对实际输送容量的影响，在不改变图1所示的现有交流配电网电缆的前提下，采样图2所示的直流配电形式，配电线路的输电容量理论上可提高4.7倍左右(此处因考虑导线具体连接方式，1kV 一般是3条配电线，此处设定双极供电方式，即两条母线电压分别为正负30kV以及一个地线，那么实际可提高容量就是4.7倍左右)。图2所示实施例中，换流站I将IlOkV的交流电整流成正负30kV的直流电，配电线路将电能以直流的形式输送至小区配电箱2 ;小区配电箱2中的DC/DC变流器将正负30kV的直流电压降至正负800V，经直流断路器3送至居民换流箱4中；居民换流箱4中的DC/AC变流器5将正负800V的直流电逆变为220V的交流电供居民传统负荷7使用；居民换流箱4中的双向DC/DC变流器6将正负800V的直流电变换为400V的直流电供电动汽车充电粧8使用。图2所示的本实用新型具体实施例中，换流站I包含的AC/DC变流器、小区配电箱2包含的DC/DC变流器、居民换流箱4内的DC/AC变流器5和双向DC/DC变流器6的电压等级均以一实例进行设计和阐述，在在实际应用中可根据实际系统容量需求来选择和确定电压等级。
[0021]如图2所示，居民换流箱4中均装设双向DC/DC变流器6，双向DC/DC变流器6是否连接电动汽车充电粧负荷，可根据居民用户是否使用电动汽车具体情况而定。根据电网状态的不同，可以将其分为2种工作状态:
[0022]1、电网正常运行时:直流断路器不工作，传统负荷7和电动汽车充电粧8所需电能由配电网所接的外部网络经配电线路传输供给，此时电动汽车充电粧8作为负荷从配电网中吸收和储存电能。
[0023]2、电网发生故障时:直流断路器断开，隔离故障区与非故障区，同时电动汽车充电粧8中所储存的能量经居民换流箱4内的双向DC/DC变流器6反送给传统负荷1，以应对故障对紧急情况下传统负荷I的用电需求，此时电动汽车充电粧8作为供电电源将其能量供给传统负荷I。
[0024]综上所述，本实用新型所提的含电动汽车充电粧的高可靠性直流配电网，在不改变原交流配电网线路结构和不更换升级电缆的情况下，有效提升了配电网的线路输电容量，是一种配电线路损耗小、工程量小、可扩展性好、可实施性强、可靠性高的直流配电系统。另外，本实用新型所提的含电动汽车充电粧的高可靠性直流配电网中，小区配电箱2的出线处装设的直流断路器3和居民换流箱4内的双向DC/DC换流器6协同合作，降低了配电网的供电系统发生故障时对居民用电的影响，具有可靠性高的优点。
[0025]本实用新型的上述实施范例仅仅是为说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本实用新型的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。
【权利要求】
1.一种含电动汽车充电粧的高可靠性直流配电网， 包括一个含有AC/DC变流器的换流站(I )， 一个包含DC/DC变流器的小区配电箱(2)， 一个直流断路器(3)， 至少一个居民换流箱(4)， 至少一个居民传统负荷(7)， 至少一个电动汽车充电粧(8);其特征在于， 所述的含有AC/DC变流器的换流站(I)的交流侧与外部交流网络相连，直流侧与小区配电箱(2)相连； 所述的含有DC/DC变流器的小区配电箱(2)端电压较高侧与所述换流站(I)相连，端电压较低侧与直流断路器(3)相连； 所述的直流断路器(3)安装在小区配电箱(2)出线处，直流断路器(3) —端与小区配电箱(2)相连，直流断路器(3)另一端与居民换流箱(4)相连； 所述的居民换流箱(4)中包含DC/AC变流器(5)和双向DC/DC变流器(6)，其中DC/AC变流器(5)的直流侧与直流断路器(3)相连，DC/AC变流器(5)的交流侧与居民传统负荷(7)相连，而双向DC/DC变流器(6)的端电压较高侧与直流断路器(3)相连，双向DC/DC变流器(6)的端电压较低侧与电动汽车充电粧(8)相连； 所述的居民传统负荷(7)与居民换流箱(4)内的DC/AC变流器(5)的交流侧相连； 所述的电动汽车充电粧(8)与居民换流箱(4)内的双向DC/DC变流器(6)的端电压较低侧相连。
2.根据权利要求1所述一种含电动汽车充电粧的高可靠性直流配电网，其特征在于，所述的电动汽车充电粧(8)通过居民换流箱(4)中的双向DC/DC变流器(6)反送电能给配电网中其它负荷。
【文档编号】H02J5/00GK204230936SQ201420779103
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月11日 优先权日:2014年12月11日
【发明者】邾玢鑫, 佘小莉, 陈堂贤, 潘海龙, 杨玉良 申请人:三峡大学