一种多配电变压器的用电企业内部柔性组网系统的制作方法

本发明属于智能电网技术领域，更具体地，涉及一种多配电变压器的用电企业内部柔性组网系统。

背景技术：

供配电系统一般由高压配电所、高压配电线路、低压变电所、低压配电线路及用电设备组成。根据公共电网提供的电压等级，目前企业用电可能需要进行一次变压或二次变压；所谓一次变压即将公共电网提供的6～10kv电压降为380/220v电压，将电能直接分配给各低压用电设备使用；二次变压需要先将公共电网提供的35～110kv电压降为6～10kv电压，再将6～10kv电压降为380/220v电压之后分配给各低压用电设备使用。

图1是基于多配电变压器的用电企业电网系统的结构图，参见图1，将公共电网通过进线1接入企业电网系统的高/中压柜，该高/中压柜通过配电线路与多个配电变压器2相连，每个配电变压器2将高/中压柜输出的电压转换为380/220v电压，分别向动力、照明灯灯多个用电负载5进行供电；由于企业用电设施随着社会科技日益发展而不断更新，因此对供电可靠性就有了更高的要求。

目前的多配电变压器用电企业电网系统中，各配电变压器之间都是独立运行，相互之间没有常连接，整个配电系统呈现辐射状结构，如果出现部分配电变压器故障停电，该配电变压器下接的多个用电负载将短时或长时间停运；另外，不同配电变压器之间出现负荷不均时也没有有效地手段进行电能的重新分配；除了切除部分用电负载来降低配电变压器的负荷之外，没有保障配电安全的其他手段。虽然少数企业会采用部分低压母线直接并联运行的方式，但是这种运行方式会带来以下问题：一是两个配电变压器之间可能出现分配不均情况，多出力的配电变压器容易出现故障；二是一旦其中一个配电变压器出现故障，整个配电系统将全部瘫痪。

技术实现要素：

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种多配电变压器的用电企业内部柔性组网系统，为每个配电变压器配置了至少一个第一双向变流器，每个第一双向变流器的交流侧端口与一个配电变压器对应的供电母线电性连接，且各第一双向变流器的直流侧端口通过直流母线互联，使系统中的多个配电变压器之间形成网状连接网络；每一个配电变压器之间都可以相互柔性连接，系统中的电能可以沿网格形配电网络在各配电变压器之间进行迁移和分配，达到功率相互支持、能量交互、电压互相支撑、互为紧急备用的效果。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种多配电变压器的用电企业内部柔性组网系统，包括多个配电变压器，每个所述配电变压器的低压侧与供电母线相连以通过所述供电母线为用电负载供电；该组网系统还包括若干第一双向变流器；

每个所述第一双向变流器的交流侧端口与一个配电变压器对应的所述供电母线电性连接，且各第一双向变流器的直流侧端口通过直流母线互联；各配电变压器之间通过多个第一双向变流器及所述直流母线形成可供电能迁移的网状连接网络。

优选的，上述用电企业内部柔性组网系统，当任意一个配电变压器出现过负荷时，通过与该配电变压器连接的第一双向变流器以及直流母线从其他配电变压器获取电能以供给与该配电变压器相连的供电母线，实现电能转移与补偿。

优选的，上述用电企业内部柔性组网系统，每个所述第一双向变流器的交流侧端口通过隔离变压器与一个配电变压器对应的所述供电母线电性连接，所述隔离变压器与供电母线之间还配置有保护开关。

优选的，上述用电企业内部柔性组网系统，所述第一双向变流器是ac/dc直流侧可控的、交流侧四象限运行的双向变流器。

优选的，上述用电企业内部柔性组网系统，每个所述配电变压器对应的供电母线与多个第一双向变流器相连。

优选的，上述用电企业内部柔性组网系统，所述直流母线上还接有至少一个储能变流器，所述储能变流器通过直流母线与各第一双向变流器互联。

优选的，上述用电企业内部柔性组网系统，所述储能变流器为dc/dc电压可控的双向变流器，该储能变流器通过计划性充电和放电实现对直流母线电压的管控调节和配电网络的时域调节。

优选的，上述用电企业内部柔性组网系统，还包括至少一个第二双向变流器，所述第二双向变流器的第一侧端口接入直流母线，第二侧端口作为用于对接分布式新能源的对外端口。

优选的，上述用电企业内部柔性组网系统，所述第二双向变流器的第二侧端口与所述对外端口之间还设有隔离变压器和保护开关。

优选的，上述用电企业内部柔性组网系统，所述直流母线上还预留有用于对接直流电源或用电负载的端口。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明提供的多配电变压器的用电企业内部柔性组网系统，为每个配电变压器配置了至少一个第一双向变流器，每个第一双向变流器的交流侧端口与一个配电变压器对应的供电母线电性连接，且各第一双向变流器的直流侧端口通过直流母线互联，使系统中的多个配电变压器之间形成网状连接网络；每一个配电变压器之间都可以相互柔性连接，系统中的电能可以沿网格形配电网络在各配电变压器之间进行迁移和分配，实现相互功率支持、能量交互、互相电压支撑、互为紧急备用的功能，达到企业配电本质安全、提高电力资产利用率、降低固定电费的目的。

(2)本发明提供的多配电变压器的用电企业内部柔性组网系统，直流母线上还接有至少一个储能变流器，该储能变流器通过直流母线与各第一双向变流器互联以实现电能迁移；该储能变流器对其内置的储能电池进行计划性充电和放电，在用电负荷较低时或电价较低时对储能电池充电，收集多余多余电量；在用电负荷较高、电价较高或在尖峰用电时储能电池放电以为配电网络补充配电容量，从而缓解配电系统的供电压力。

(3)本发明提供的多配电变压器的用电企业内部柔性组网系统，将分布式新能源通过第二双向变流器和直流母线接入用电企业内部柔性组网系统中，新能源转化的电能先通过第二双向变流器接入直流母线，再经过各第一双向变流器供给低压柜中的供电母线，除常规电能之前为用电负载提供了新能源供电的解决方案。

(4)本发明提供的多配电变压器的用电企业内部柔性组网系统，直流母线上还预留有用于对接直流电源或用电负载的端口；当低压柜中的供电端口不足时，用电负载可以通过直流母线上的端口接入配电系统来取电；当个别配电变压器出现过负荷时，除了从其他配电变压器取电，也可以通过接入直流母线的其他直流电源为过负荷的配电变压器提供电能，通过电能补偿缓解其过负荷现象。

附图说明

图1是基于多配电变压器的用电企业电网系统的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的多配电变压器的用电企业内部柔性组网系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的辐射状配电网络与网状配电网络的对比示意图；

图4是本发明实施例二提供的多配电变压器的用电企业内部柔性组网系统的结构示意图；

图5是本发明实施例三提供的多配电变压器的用电企业内部柔性组网系统的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的用电企业内部柔性组网系统的一种优选示例结构示意图

在所有的附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-进线；2-配电变压器；3-第一双向变流器；4-低压母线；5-用电负载；6-直流母线；7-隔离变压器；8-保护开关；9-储能变流器；10-第二双向变流器；11、12-端口。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例一

图2是本实施例提供的多配电变压器的用电企业内部柔性组网系统的结构示意图，本实施例以使用一次变压的配电系统为例进行说明；参见图2，该用电企业内部柔性组网系统包括高压柜、n个配电变压器2、与配电变压器2数量相等的低压柜以及第一双向变流器3，其中，n为大于1的自然数，n的取值取决于用电企业内部用电负载的数量及位置分布；公共电网提供的6～10kv电压通过配电线路接入高压柜，然后通过配电变压器2降为380/220v电压后输送至对应的低压柜，每个配电变压器2的低压侧与低压柜中的低压母线4相连，各用电负载5接入该低压母线4进行取电。每个第一双向变流器3的交流侧端口与一个配电变压器2对应的低压母线4电性连接，且各第一双向变流器3的直流侧端口通过直流母线6互联，以使多个配电变压器2之间形成网状配电网络。

图3是本实施例提供的辐射状配电网络与网状配电网络的对比示意图，图3中的左图是现有多配电变压器用电企业电网系统的配电网络，图中每个节点代表一个配电变压器2，可以看出配电网络以配电变压器2为节点呈辐射状扩展，位于同一电压等级的各个配电变压器2之间没有常连接，一旦某个配电变压器2出现故障，则故障配电变压器2下接的其他配电变压器2以及用电负载5将全部瘫痪；右图是本实施例提供的网状配电网络，图中仅示出了六个配电变压器2，因此每个网孔呈现六边形，该六边形的每个顶点代表一个配电变压器2，每条边代表将相邻两个配电变压器2串联起来的直流母线6和至少两个第一双向变流器3；如此形成的企业配电系统就如同一个多孔的网格形的配电网络，每一个配电变压器2之间都可以相互柔性连接，系统中的电能可以沿网格形配电网络在各配电变压器2之间进行迁移和分配，实现相互功率支持、能量交互、互相电压支撑、互为紧急备用的功能，很好的解决了当前辐射状配电系统所存在的问题。

工作时，当任意一个配电变压器2出现过负荷时，通过与该配电变压器2连接的第一双向变流器3以及直流母线6从其他配电变压器2获取电能以供给与该配电变压器2相连的低压母线4，实现电能转移与补偿。具体的，当配电网络中的一个或多个配电变压器2出现过负荷时，由于多个配电变压器2通过各自对应的第一双向变流器3和直流母线6形成了网状配电网络，则配电控制中心通过调节该网状配电网络中各个第一双向变流器3的工作状态，调用其他配电变压器2对应的低压母线4上的多余容量，实现容量的相互拆借；电能容量走向是拆借的多余容量经过其他配电变压器2对应的第一双向变流器3先把交流电能转化为直流电能，该直流电能经过直流母线6传输至过负荷的配电变压器2对应的第一双向变流器3，由该第一双向变流器3将直流电能转化为交流电能后输出至对应的低压母线4，从而实现电能的转移。

每个第一双向变流器3的交流侧端口通过隔离变压器7与一个配电变压器2对应的低压母线4电性连接，且该隔离变压器7与低压母线4之间还配置有保护开关8。

本实施例中，每个配电变压器2对应的低压母线4仅连接了一个第一双向变流器3，但实际上，每个配电变压器2对应的低压母线4可与多个第一双向变流器3相连，且与同一个低压母线4相连的第一双向变流器3的个数不作具体限制，多个第一双向变流器3共同发挥电能迁移作用。

第一双向变流器3是ac/dc直流侧可控的、交流侧四象限运行的双向变流器，实现对电能的交直流双向转换；双向变流器可以实现直流母线6与交流电网之间的双向能量传递和交流侧的双向无功调节。

实施例二

图4是本实施例提供的多配电变压器2的用电企业内部柔性组网系统的结构示意图，如图4所示，本实施例提供的用电企业内部柔性组网系统与实施例一相比，其直流母线6上还接有至少一个储能变流器9，该储能变流器9通过直流母线6与各第一双向变流器3互联；该储能变流器9为dc/dc电压可控的双向变流器，通过该储能变流器9实现对直流母线6电压的管控调节和配电网络的时域调节，以及对储能变流器9内置的储能电池进行计划性充电和放电，例如在用电负荷较低时或电价较低时对储能电池充电，在用电负荷较高、电价较高或在尖峰用电时储能电池放电以为配电网络补充配电容量等。

实施例三

图5是本实施例提供的多配电变压器2的用电企业内部柔性组网系统的结构示意图，如图5所示，本实施例提供的用电企业内部柔性组网系统与实施例一相比，系统中还包括至少一个第二双向变流器10，该第二双向变流器10可以是ac/dc型直流侧可控的、交流侧四象限运行的双向变流器，也可以是dc/dc型电压可控的双向变流器；该第二双向变流器10的一侧端口接入直流母线6，另一侧端口作为用于对接不同形式的分布式新能源的端口11。分布式新能源提供的电能先通过第二双向变流器10和直流母线6接入用电企业内部柔性组网系统，再经过各第一双向变流器3供给低压柜中的低压母线4，为用电负载5提供新能源电能。

本实施例中，分布式新能源包括光伏发电、风力发电、生物质发电等多种能源形式的发电装置；在实际应用过程中，每个第二双向变流器10与分布式新能源之间设置有隔离变压器7和保护开关8。

作为上述任意一个实施例的优选示例，上述用电企业内部柔性组网系统的直流母线6上还预留有用于对接直流电源或用电负载的端口12；参见图6所示，当低压柜中的供电端口不足时，用电负载5可以通过直流母线6上的端口12接入配电系统来取电；当个别配电变压器2出现过负荷时，除了从其他配电变压器2取电，也可以通过接入直流母线6的其他直流电源为过负荷的配电变压器2提供电能，通过电能补偿缓解其过负荷现象。

相比于现有的辐射状配电网络，本发明提供的多配电变压器的用电企业内部柔性组网系统，为每个配电变压器配置了至少一个第一双向变流器，每个第一双向变流器的交流侧端口与一个配电变压器对应的低压母线电性连接，且各第一双向变流器的直流侧端口通过直流母线互联，使系统中的多个配电变压器之间形成网状连接网络；每一个配电变压器之间都可以相互柔性连接，系统中的电能可以沿网格形配电网络在各配电变压器之间进行迁移和分配，实现相互功率支持、能量交互、互相电压支撑、互为紧急备用的功能，保证企业配电安全并提高了电力资产利用率。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。