一种用于改善农网三相平衡与容量的直流配电转换装置的制作方法

本实用新型涉及一种用于改善农网三相平衡与容量的直流配电转换装置，属电力供电技术领域。

背景技术：

目前交流配电系统面临着线路损耗大、电压瞬时跌落、电压波动、电网谐波、三相不平衡现象加剧等一系列电能质量问题，尤其是农村地区经常存在负荷小、峰谷差大、供电距离长的用电特征，且路径曲折设备利用效率低，用电发展慢，投资回报率低。供电区域内电力负荷密度最小的地方，恰恰正是电网最薄弱，最需要资金的地方。因此农村电网一度采取推广单相供电的建设形式以缓解解决无电户的资金缺口压力。

随着农村地区对供电水平的要求进一步提高，需要解决农村动力电和三相不平衡、单相配电低电压等问题，如采用传统的三相改造、提高线路变压器规格等方法成本过大，本实用新型方案能够给农村地区提供三相动力电能、能够解决农村地区三相不平衡问题，无需对原有单相交流配电线路及电杆进行更新或重建，具有方案简单、成本低廉的特征。

技术实现要素：

本实用新型的目的是，针对目前农村动力用电存在的问题，提出一种用于改善农网三相平衡与容量的直流配电转换装置。

本实用新型的技术方案是，本实用新型是以脉宽调制技术为基础的电压源型变流(Voltage Source Converter,VSC)柔性直流输电系统。

一种用于改善农网三相平衡与容量的直流配电转换装置包括AC-DC变换器、第一储能单元、潮流控制器、第二储能单元、DC-AC变换器、用户侧直流负载和控制柜。

AC-DC变换器的交流侧连接交流电网；AC-DC变换器的直流侧连接第一储能单元的输入端；第一储能单元的输出端连接潮流控制器，潮流控制器通过直流线路连接第二储能单元；第二储能单元的输出端分别连接DC-AC变换器的直流侧和用户侧直流负载；DC-AC变换器的交流侧为三相四线交流输出。

本实用新型配电网中的变流器装置(包括DC/AC变换器和AC/DC变换器)均采用能量可双向流动的拓扑结构。

所述AC-DC变换器的整流单元采用整流器和直流变换器单元相级联的方式，整流器将三相交流电转变成直流电，后级直流变换器单元将前端整流器输出电压升至300V，该直流变换器单元采用电压前馈控制。

所述DC/AC变换器逆变单元采用前馈解耦控制，具体可分为电压外环和电流内环控制。

所述控制柜设有一块主控制板和多块从控制板，每块控制板均采用双DSP和双FPGA的构架。

所述主控制板包括数字信号处理器DSP6747、数字信号处理器DSP28335，二块现场可编程逻辑门阵列FPGA。第一FPGA与DSP6747互联；第二FPGA与DSP28335互联；高速串行总线分别与二块FPGA互连；16路模拟信号通过AD转换连接第一FPGA；第一FPGA接4路光纤通信，16路光纤发送，8路光纤接收；第二FPGA接12路数字量输出，12路数字量输入；DSP28335分别与CAN、100M以太网、RS422、RS485互联。

本实用新型的有益效果是，本实用新型在不改变原有中低压交流配电网络基本结构的前提下，采用直流配电，形成交流-直流-(交流)的供电结构，解决了由于中、低压线路供电半径过长、三相负荷不平衡及分布式电源大量接入引起的终端用户电压质量差等问题。本实用新型适应低压配电网要求，提供了低成本动力电解决方案。采用本方案则无需对线路进行改造，节约了基建成本。本实用新型具有分布式电源直接接入能力。由于本实用新型专利方案在实现交流配电的同时具有直流传输部分，分布式电源、储能装置可直接接入，减少了分布式电源逆变器成本，提高了可靠性。

附图说明

图1为本实用新型直流配电转换装置及配电网拓扑结构；

图2为主控制板硬件构架；

图3为一期配电网拓扑结构；

图4为二期配电网拓扑结构。

具体实施方式

本实用新型的具体实施方式如图1所示。

为了解决了由于中、低压线路供电半径过长、三相负荷不平衡及分布式电源大量接入引起的终端用户电压质量差等问题，本实施例通过三期工程实现农村低压直流供电。

一期工程完成交流配电网到直流配电网的改造。即初步实现直流输电，同时不影响用户负载接入习惯。为了兼容原有交流电网的绝缘等级，同时也为了充分利用原有的线缆，将直流母线电压定为550V-600V之间。一期配电网拓扑结构。从图中可看出该配电网由AC/DC变换器、直流线路、DC/AC变换器组成。交流电经AC/DC变换器后输出稳定的直流电压，该电压经直流线路传输至DC/AC变换器后输出三相交流电给用户。为了兼容用户的用电习惯，采用常见的三相四线制。同时采用这种结构的逆变器也可通过相应的控制策略，使得当三相负载不平衡时，维持输出电压的对称。

二期工程是一期配电网的改进。本期的主要任务是完成配电网的扩容和储能装置的接入，以提高配电网的容量和稳定性。扩容时也可将输电方式改造成双极性输电方式，进一步提高电网的稳定性。储能装置既可以直接安装在电网中，也可安装在变流设备中。其中各变流设备中均在直流侧预留接口，便于储能装置的安装。从图4中可看出，此时的配电网已经改造成双极性输出的配电网。本次改造采用两组相同的变流器模块串联而成，该方式可以在改动最小的器件下，完成配电网的扩容和双极性输出。

三期工程是本实用新型方案的最终配电网模型，如图1所示。本期的主要任务是完成对配电网各支路的潮流控制，以方便各种DC/DC、DC/AC负载接入和提高各线路能量的利用率。从图1中可看出交流和直流电均接入至用户侧，用户可根据实际负载需求来选择供电的种类。对直流配电网的控制由控制柜执行，控制柜主控制板的结构中图2所示。

具体实施例：

A村是某省山区边远自然村，共有用户10户，零散分布在距离配变平均500米的一块区域。考虑到用户少、地理位置偏远，在解决无电地区供电问题时期只配备了较低容量的单相台变。随着用电需求的增大，平时生活中经常发生低电压问题；由于采用单相供电，村民无法利用三相电气设备从事农业加工和手工业制造。配电线路采用钢芯铝绞线，实际最大允许载流量100A，电阻率0.8Ω/km，村民长期最大用电负荷达20kW，没有三相动力电设备。若村民用电时能不受设备容量约束，则需要用到普通单相负荷25kW，三相负荷10kW。

为满足通常情况下用户20kW的最大用电负荷需求，负荷额定电流90.91A，线路的电压降达到36.7V，用户端将出现严重的低电压现象，无法满足用电设备正常使用。为保证用户电压降不超过10％，电流不应超过55A，只能提供0.198×55＝10.89kW供电容量，远远不能满足村民用电需求。

采用本实用新型三期方案后，直流线路电压±300V，在满足直流线路电压降≤10％(也即30V)的前提下，最大允许电流为75A。故直流传输线最大传输功率为P_dc＝0.3×90％×75×2＝40.5(kW)。使配电系统的供电能力提高了接近4倍，能够满足用户的35kW用电需求，不会出现低电压问题，同时也达到了提供三相动力电的目的。