直流配电网络拓扑结构的制作方法

本申请涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种直流配电网络拓扑结构。

背景技术：

随着电力电子技术的发展，相比于交流配电网，直流配电网在很多方面都取得了技术和经济优势，具有巨大的发展前景。直流配电网是一个具有先进的能源管理系统的智能、稳定的交直流混合广域网络。与交流配电网相比，直流配电网有着一些明显的优点：在绝缘水平相同的情况下，直流配电网的传输功率约为交流配电网的1.5倍；直流配电网能够方便各种分布式电源和电动汽车充电站的接入；直流配电网并不存在涡流损耗以及线路的无功损耗，直流配电网的损耗仅为交流配电网的15％～50％；理论上直流配电网没有频率偏差、三相电压不平衡和无功补偿等问题，因此能够有效避免电压波动与闪变、频率偏移、谐波污染等问题，能够有效地改善电能质量。

正是由于直流配电网相比于交流配电网具备上述诸多优点，直流配电网越来越受到青睐，但是，在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：传统直流配电网络供电可靠性和安全性低。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统直流配电网络供电可靠性和安全性低的问题，提供一种直流配电网络拓扑结构。

为了实现上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种直流配电网络拓扑结构，包括第一输入部、第二输入部、联络开关、多个回路配电网络、多个第一类辐射状配电网络以及多个第二类辐射状配电网络；

回路配电网络的一端连接第一输入部、另一端连接第二输入部；第一类辐射状配电网络的一端连接第一输入部；第二类辐射状配电网络的一端连接第二输入部；第一类辐射状配电网络的另一端、第二类辐射状配电网络的另一端连接联络开关；

第一输入部用于连接第一高压电源；第二输入部用于连接第二高压电源；回路配电网络、第一类辐射状配电网络和第二类辐射状配电网络用于给对应的用电负载网络供电；

其中，在任一回路配电网络、第一类辐射状配电网络或第二类辐射状配电网络出现预设故障时，任一处于正常工作状态的回路配电网络、第一类辐射状配电网络或第二类辐射状配电网络给相应的用电负载网络供电。

在其中一个实施例中，还包括多个第一类发电装置、多个第二类发电装置以及多个第三类发电装置；

各第一类发电装置一一对应接入回路配电网络；各第二类发电装置一一对应接入第一类辐射状配电网络；各第三类发电装置一一对应接入第二类辐射状配电网络。

在其中一个实施例中，第一类发电装置包括以下装置中的一种或者任意组合：太阳能发电装置、光伏发电装置和发电机；

第二类发电装置包括以下装置中的一种或者任意组合：太阳能发电装置、光伏发电装置和发电机；

第三类发电装置包括以下装置中的一种或者任意组合：太阳能发电装置、光伏发电装置和发电机。

在其中一个实施例中，还包括多个第一类储能装置、多个第二类储能装置以及多个第三类储能装置；

各第一类储能装置一一对应接入回路配电网络；各第二类储能装置一一对应接入第一类辐射状配电网络；各第三类储能装置一一对应接入第二类辐射状配电网络。

在其中一个实施例中，还包括多个通断装置；

回路配电网络的一端、第一类辐射状配电网络的一端通过通断装置连接第一输入部；回路配电网络通过通断装置连接用电负载网络；

回路配电网络的另一端、第二类辐射状配电网络的一端通过通断装置连接第二输入部。

在其中一个实施例中，通断装置为开关。

在其中一个实施例中，回路配电网络的一端、第一类辐射状配电网络的一端通过第一母线连接第一输入部；

回路配电网络的另一端、第二类辐射状配电网络的一端通过第二母线连接第二输入部。

在其中一个实施例中，第一输入部为第一换流器；第二输入部为第二换流器。

在其中一个实施例中，回路配电网络包括第一传输线和第二传输线；

第一传输线的一端连接第一母线，另一端用于连接用电负载网络；第二传输线的一端连接第二母线，另一端用于连接用电负载网络。

在其中一个实施例中，第一类辐射状配电网络包括第三传输线；第二类辐射状配电网络包括第四传输线；

第三传输线的一端连接第一母线，另一端连接联络开关；第三传输线的一端连接第二母线，另一端连接联络开关。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

本申请直流配电网络拓扑结构提供的各实施例，包括第一输入部、第二输入部、多个回路配电网络、联络开关，多个第一类辐射状配电网络以及多个第二类辐射状配电网络；回路配电网络的一端连接第一输入部、另一端连接第二输入部；第一类辐射状配电网络的一端连接第一输入部；第二类辐射状配电网络的一端连接第二输入部；第一类辐射状配电网络的另一端、第二类辐射状配电网络的另一端连接联络开关；其中，第一输入部用于连接第一高压电源；第二输入部用于连接第二高压电源；回路配电网络、第一类辐射状配电网络和第二类辐射状配电网络用于给对应的用电负载网络供电，其工作原理为在任一回路配电网络、第一类辐射状配电网络或第二类辐射状配电网络出现预设故障时，任一处于正常工作状态的回路配电网络、第一类辐射状配电网络或第二类辐射状配电网络给相应的用电负载网络供电，从而建立了双电源多层级直流配电网络，在任一配电网络出现故障时，可快速切除出现故障的配电网络，并由其他正常的配电网络为出现故障的配电网络提供电能，有效地提高用户的供电可靠性和安全性。

附图说明

图1为一个实施例中直流配电网络拓扑结构的第一结构示意图；

图2为一个实施例中直流配电网络拓扑结构的第二结构示意图；

图3为一个实施例中配电网络的结构示意图；

图4为一个实施例中通断装置的连接示意图；

图5为一个实施例中发电装置和储能装置的连接示意图；

图6为一个实施例中直流配电网络拓扑结构的应用示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

为了解决传统直流配电网络供电可靠性和安全性低的问题，在一个实施例中，如图1所示，提供了一种直流配电网络拓扑结构，包括第一输入部11、第二输入部13、联络开关15、多个回路配电网络17、多个第一类辐射状配电网络19以及多个第二类辐射状配电网络21；

回路配电网络17的一端连接第一输入部11、另一端连接第二输入部13；第一类辐射状配电网络19的一端连接第一输入部11；第二类辐射状配电网络21的一端连接第二输入部13；第一类辐射状配电网络19的另一端、第二类辐射状配电网络21的另一端连接联络开关15；

第一输入部11用于连接第一高压电源23；第二输入部13用于连接第二高压电源25；回路配电网络17、第一类辐射状配电网络19和第二类辐射状配电网络21用于给对应的用电负载网络27供电；

其中，在任一回路配电网络17、第一类辐射状配电网络19或第二类辐射状配电网络21出现预设故障时，任一处于正常工作状态的回路配电网络17、第一类辐射状配电网络19或第二类辐射状配电网络21给相应的用电负载网络27供电。

需要说明的是，第一输入部、第二输入部为直流配电网络拓扑结构连接外部高压电源的连接端，并将高压电源由交流转换成直流输入给直流配电网络拓扑结构，具体的，第一输入部连接第一高压电源，第二输入部连接第二高压电源，进一步的，第一高压电源、第二高压电源为10kv(千伏)交流电源。在一个示例中，第一输入部为第一交直转换装置，第二输入部为第二交直转换装置。进一步的，在一个具体的实施例中，第一输入部为第一换流器；第二输入部为第二换流器。

第一输入部将第一高压电源的电能传输给与其连接的回路配电网络和第一类辐射状配电网络第一高压电源的电能；第二输入部将第二高压电源的电能传输给与其连接的回路配电网络和第二类辐射状配电网络。在一个具体的实施例中，如图2所示，回路配电网络17的一端、第一类辐射状配电网络19的一端通过第一母线29连接第一输入部11；回路配电网络17的另一端、第二类辐射状配电网络21的一端通过第二母线31连接第二输入部13，通过母线连接可简化连接并有利于布置配电网络。

回路配电网络是指一端连接第一输入部、另一端连接第二输入部，并与第一输入部和第二输入部构成为对应的用电负载网络供电的回路，即回路配电网络可从第一输入部连接的第一高压电源和第二输入部连接的第二高压电源获取电能为与其连接的用电负载网络供电。其中，任意两个回路配电网络可形成环状配电网络，当其中一个回路配电网络出现预设故障时，构成环状配电网络的另一个回路配电网络为与出现预设故障的回路配电网络连接的用电负载网络供电。其中，预设故障为配电网络供电异常或者配电网络供电不足。

在一个具体的实施例中，如图3所示，回路配电网络17包括第一传输线171和第二传输线173；第一传输线171的一端连接第一母线29，另一端用于连接用电负载网络27；第二传输线173的一端连接第二母线31，另一端用于连接用电负载网络27。

第一类辐射状配电网络是指一端连接第一输入部形成辐射状配电网络，即第一类辐射状配电网络可第一输入部连接的第一高压电源获取电能，为与其连接的用电负载网络供电。第二类辐射状配电网络是指一端连接第二输入部形成辐射状配电网络，即第一类辐射状配电网络可第二输入部连接的第二高压电源获取电能，为与其连接的用电负载网络供电。

第一类辐射状配电网络的另一端和第二类辐射状配电网络的另一端均连接到联络开关，通过联络开关导通第一类辐射状配电网络和第二类辐射状配电网络，实现在某一个第一类辐射状配电网络出现预设故障时，通过联络开关导通任一正常第二类辐射状配电网络为出现预设故障的第一类辐射状配电网络供电，或者，在某一个第二类辐射状配电网络出现预设故障时，通过联络开关导通任一正常第姨类辐射状配电网络为出现预设故障的第二类辐射状配电网络供电。其中，联络开关用于在双电源供电时当一个电源出现故障，将故障电源的负荷转移到另一个电源上，提高供电可靠性。

在一个具体的实施例中，如图3所示，第一类辐射状配电网络19包括第三传输线191；第二类辐射状配电网络21包括第四传输线211；第三传输线191的一端连接第一母线29，另一端连接联络开关15；第三传输线211的一端连接第二母线31，另一端连接联络开关15。

进一步的，为了能够便于管理回路配电网络、第一类辐射状配电网络与第一输入部的通断，回路配电网络、第二类辐射状配电网络与第二输入部的通断，以及第一类辐射状配电网络、第二类辐射状配电网络与对应的用电负载网络的通断，在一个具体的实施例中，如图4所述，还包括多个通断装置33；回路配电网络17的一端、第一类辐射状配电网络19的一端通过通断装置33连接第一输入部11；回路配电网络17通过通断装置33连接用电负载网络27；回路配电网络17的另一端、第二类辐射状配电网络21的一端通过通断装置33连接第二输入部13。在一个示例中，通断装置为开关。

其中，任一处于正常工作状态的回路配电网络、第一类辐射状配电网络或第二类辐射状配电网络给相应的用电负载网络供电。

本申请直流配电网络拓扑结构为提高可靠性和安全性的工作过程：在任一回路配电网络、第一类辐射状配电网络或第二类辐射状配电网络出现预设故障时，任一处于正常工作状态的回路配电网络、第一类辐射状配电网络或第二类辐射状配电网络给相应的用电负载网络供电。其中，相应的用电负载网络为与出现预设故障的回路配电网络、第一类辐射状配电网络或第二类辐射状配电网络相连接的用电负载网络。

具体如下：当某一个回路配电网络出现预设故障时，可利用正常的回路配电网络为与出现预设故障的回路配电网络连接的用电负载网络供电，或者，也可通过联络开关连通任一第一类辐射状配电网络和任一第二类辐射状配电网络，利用连通后的第一类辐射状配电网络和第二类辐射状配电网络为与出现预设故障的回路配电网络连接的用电负载网络供电；

当某一个第一类辐射状配电网络出现预设故障时，可通过联络开关连通任一正常的第二类辐射状配电网络与出现预设故障的第一类辐射状配电网络，让正常的第二类辐射状配电网络为与出现预设故障的第一类辐射状配电网络连接的用电负载网络供电，或者，也可利用任一正常的回路配电网络为与出现预设故障的第一类辐射状配电网络连接的用电负载网络供电。

第二类辐射状配电网络的工作过程与第一类辐射状配电网络的工作过程相同，此处不再赘述。

本申请直流配电网络拓扑结构的各实施例中，包括第一输入部、第二输入部、多个回路配电网络、联络开关，多个第一类辐射状配电网络以及多个第二类辐射状配电网络；回路配电网络的一端连接第一输入部、另一端连接第二输入部；第一类辐射状配电网络的一端连接第一输入部；第二类辐射状配电网络的一端连接第二输入部；第一类辐射状配电网络的另一端、第二类辐射状配电网络的另一端连接联络开关；其中，第一输入部用于连接第一高压电源；第二输入部用于连接第二高压电源；回路配电网络、第一类辐射状配电网络和第二类辐射状配电网络用于给对应的用电负载网络供电，其工作原理为在任一回路配电网络、第一类辐射状配电网络或第二类辐射状配电网络出现预设故障时，正常的回路配电网络、第一类辐射状配电网络或第二类辐射状配电网络给处于预设故障的回路配电网络、第一类辐射状配电网络或第二类辐射状配电网络供电，从而建立了双电源多层级直流配电网络，在任一配电网络出现故障时，可快速切除出现故障的配电网络，并由其他正常的配电网络为出现故障的配电网络提供电能，有效地提高用户的供电可靠性和安全性。

在一个实施例中，如图5所示，还包括多个第一类发电装置35、多个第二类发电装置37以及多个第三类发电装置39；

各第一类发电装置35一一对应接入回路配电网络17；各第二类发电装置37一一对应接入第一类辐射状配电网络19；各第三类发电装置39一一对应接入第二类辐射状配电网络21。

进一步的还包括多个第一类储能装置41、多个第二类储能装置43以及多个第三类储能装置45；

各第一类储能装置41一一对应接入回路配电网络17；各第二类储能装置43一一对应接入第一类辐射状配电网络19；各第三类储能装置45一一对应接入第二类辐射状配电网络21。

需要说明的是，利用第一类发电装置、第二类发电装置和第三类发电装置在第一高压电源、第二高压电源出现供电故障或供电不足等情况下，为用电负载网络中的重要负载提供电能。

在一个具体的实施例中，第一类发电装置包括以下装置中的一种或者任意组合：太阳能发电装置、光伏发电装置和发电机；

第二类发电装置包括以下装置中的一种或者任意组合：太阳能发电装置、光伏发电装置和发电机；

第三类发电装置包括以下装置中的一种或者任意组合：太阳能发电装置、光伏发电装置和发电机。

第一类储能装置、多个第二类储能装置以及多个第三类储能装置在第一高压电源、第二高压电源供电正常时进行充电，在第一高压电源、第二高压电源出现供电故障或供电不足等情况下，释放电能为用电负载网络中的重要负载提供电能。

本申请直流配电网络拓扑结构的各实施例中，利用发电装置和储能装置为直流配电网络拓扑结构提供辅助电源，从而保证用电负载在正常供电出现故障时能够获得紧急供电，提高了直流配电网络拓扑结构的供电可靠性和安全性，进而减少用户的停电损失。

为了便于理解本申请直流配电网络拓扑结构的供电方式，现以本申请的一具体应用来进行说明，具体如下：

如图6所示，直流配电网络拓扑结构包括第一换流器、第二换流器、第一回路配电网络、第二回路配电网络、第一辐射状配电网络、第二辐射状配电网络、联络开关、第一母线、第二母线、多个开关、多个光伏发电装置以及多个储能装置；

第一回路配电网络通过开关连接第一母线，通过开关连接第二母线，通过开关连接对应的用电负载网络；

第一辐射状配电网络通过开关连接第一母线，并连接联络开关；第二辐射状配电网络通过开关连接第一母线，并连接联络开关；

第二回路配电网络通过开关连接第一母线，通过开关连接第二母线，通过开关连接对应的用电负载网络；

第一换流器通过开关连接第一母线，并用于外接输入(10kv)交流电源；第二换流器通过开关连接第二母线，并用于外接输入(10kv)交流电源；

光伏发电装置相应接入第一回路配电网络、第二回路配电网络、第一辐射状配电网络、第二辐射状配电网络；

储能装置相应接入第一回路配电网络、第二回路配电网络、第一辐射状配电网络、第二辐射状配电网络；

第二回路配电网络、第一辐射状配电网络通过开关连接第一母线；第一回路配电网络、第二回路配电网络、第二辐射状配电网络通过开关连接第二母线。

需要说明的是，如图所示，在配电网络给用电负载网络供电时，通过dc/dc转换器将电能传输给直流负载，通过dc/ac转换器传输给交流负载。

本实施例的工作过程具体如下：

直流配电网络拓扑结构通过第一换流器和第二换流器转换获取交流电源的电能，并通过第一回路配电网络、第二回路配电网络、第一辐射状配电网络、第二辐射状配电网络供给用电负载网络，当第一辐射状配电网络出现供应出现异常或者电能无法满足用户需求时，闭合联络开关并断开开关，利用第二辐射状配电网络给与第一辐射状配电网络连接的用电负载网络供电，同样，当第二辐射状配电网络出现异常或者电能无法满足用户需求时，采取上述同样的做法；

当第一回路配电网络出现异常或者电能无法满足用户需求时，可通过第二回路配电网络为与第一回路配电网络连接的用电负载网络供电，也可通过闭合联络开关，通过第一辐射状配电网络和第二辐射状配电网络为与第一回路配电网络连接的用电负载网络供电，同样，当第二回路配电网络出现异常或者电能无法满足用户需求时，采取上述同样做法；

在直流配电网络拓扑结构不能通过第一换流器和第二换流器转换获取交流电源的电能，可断开开关s2，断开开关s3，断开开关s5，断开开关s6，断开开关s8，断开开关s9，断开联络开关，通过光伏发电装置和储能装置为用电负载网络供电。

本申请直流配电网络拓扑结构，与现有直流配电网络拓扑结构相比，本申请建立了多层级直流配电网络，在直流配电网络的某个配电网络出现故障时，可快速切除故障并由其他配电网络为出现问题的配电网络提供电能，有效地提高用户的供电可靠性和安全性，克服了现有直流配电网络拓扑结构较难协调直流配电网中供电可靠性与故障识别及保护控制之间两者的矛盾，同时难以满足负荷日益增长的城市及用电可靠性要求较高的用户的需求的问题。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。