直流配电网柔性直流储能接线结构的制作方法

1.本实用新型涉及直流配电网工程技术领域，更具体地说它是一种直流配电网柔性直流储能接线结构。


背景技术：

2.直流组网具有可有效提升系统直流型单元并网转换效率、方便分布式清洁能源及新型直流负荷接入、可扩大配电容量与减小网络损耗等优点，是新型电力系统在配网层面的重要形态。
3.直流配电网节点特性复杂多样，直流换流站故障如直流系统电压暂降和短时功率中断会影响到敏感用户(即重要直流用户)生产，电压波幅较大时将导致直流系统控制保护动作，威胁直流系统可靠运行。
4.分布式电源的波动性、充电设施的随机性等对直流系统电压控制及可靠供电均提出了更高要求，直流配电网故障后保供电及快速恢复供电问题也得到关注。
5.因此，开发一种在直流换流站故障时可保证重要直流用户供电以及保证直流系统可靠运行，且直流故障解除后能快速恢复供电的直流配电网柔性直流储能接线结构很有必要。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是为了提供一种直流配电网柔性直流储能接线结构，采用柔性直流储能的双向快速调节稳定直流系统电压，在直流换流站故障时可保证重要直流用户供电以及保证直流系统可靠运行，直流故障解除后通过柔性直流储能对直流系统快速充电，实现直流换流站快速解锁，缩短直流配电网系统的恢复供电时间。
7.为了实现上述目的，本实用新型的技术方案为：直流配电网柔性直流储能接线结构，其特征在于：包括相互电联的a直流换流站、直流线路、直流用户、柔性直流储能和b直流换流站；
8.a直流换流站和b直流换流站换流单元均采用柔性电力电子装置；
9.直流线路包括直流线路ⅰ和直流线路ⅱ；
10.柔性电力电子装置通过直流隔离开关分别与直流线路ⅰ、直流线路ⅱ电联；
11.直流用户的直流用户变换器及负荷通过直流隔离开关分别与直流线路ⅰ、直流线路ⅱ电联；
12.柔性直流储能通过直流隔离开关分别与直流线路ⅰ、直流线路ⅱ电联；
13.柔性直流储能基于电池换流模块bcm电联，电池换流模块bcm采用升压充电、降压放电的双向拓扑结构。
14.在上述技术方案中，柔性直流储能包括直流隔离开关、启动回路装置、桥臂电抗器、直流母线ⅰ、直流母线ⅱ及由多个电池换流模块bcm电联组成的储能电池单元；直流隔离开关、启动回路装置、桥臂电抗器、直流母线ⅰ、储能电池单元直流母线ⅱ依次电联。
15.在上述技术方案中，电池换流模块bcm，包括旁路开关、储能电感、电力电子开关器件ⅰ及续流二极管ⅰd1、电力电子开关器件ⅱ及续流二极管ⅱ、滤波电容器、滤波电抗器和储能电池；
16.储能电池、滤波电抗器、续流二极管ⅰ、储能电感、电网依次电联；
17.滤波电容器一端连接在滤波电抗器与续流二极管之间、另一端连接在储能电池与电网之间；
18.续流二极管ⅱ一端连接在续流二极管ⅰ与储能电感之间、另一端连接在储能电池与电网之间；
19.旁路开关一端连接在储能电感与电网正极之间、另一端连接在储能电池与电网之间；
20.电力电子开关器件ⅰ与续流二极管ⅰ并联；
21.电力电子开关器件ⅱ与续流二极管ⅱ并联。
22.本实用新型具有如下优点：
23.(1)本实用新型在直流线路上配置柔性直流储能，基于电力电子开关器件的快速可控性能实现储能充放电双向可控管理，在直流电压跌落或短时功率缺失时可提供紧急支撑，能有效提升配电系统的供电性能；本实用新型中的柔性直流储能采用电池换流模块bcm电联以匹配直流电压，与传统集中低压方案相比，本实用新型不设置隔离升压环节，可提高储能系统效率；本实用新型中的bcm模块采用升压充电、降压放电的双向拓扑，接线简单，通过低压模块化成组，模块之间对电池的异构兼容性强；
24.(2)本实用新型提供的一种直流配电网柔性直流储能接线结构，在正常运行状态，柔性直流储能双向快速调节有利于维持直流电压稳定；在直流换流站故障时，柔性直流储能快速放电以保证重要直流用户供电以及保证直流系统可靠运行；在直流换流站故障解除后，柔性直流储能可对直流系统快速充电，实现直流换流站快速解锁，缩短直流配电网系统的恢复供电时间。
附图说明
25.图1为本实用新型电路示意图。
26.图2为本实用新型中的储能换流模块bcm结构图。
27.在图1中，z1表示a直流换流站；z2表示b直流换流站；z3表示直流用户；z4表示柔性直流储能；z5表示直流用户变换器及负荷。
28.在图2中，qs表示旁路开关；t1表示电力电子开关器件ⅰ、t2表示电力电子开关器件ⅱ；d1表示续流二极管ⅰ、d2表示续流二极管ⅱ；c2表示滤波电容器；l2表示滤波电抗器；bs表示储能电池。
29.图中1-柔性电力电子装置，2-直流隔离开关，3-直流线路，3-1-直流线路ⅰ，3-2-直流线路ⅱ，4-启动回路装置，5-桥臂电抗器，6-1-直流母线ⅰ，6-2-直流母线ⅱ，7-储能电池单元。
具体实施方式
30.下面结合附图详细说明本实用新型的实施情况，但它们并不构成对本实用新型的
限定，仅作举例而已。同时通过说明使本实用新型的优点更加清楚和容易理解。
31.参阅附图可知：直流配电网柔性直流储能接线结构，包括相互电联的a直流换流站、直流线路3、直流用户、柔性直流储能和b直流换流站；柔性直流储能基于电池换流模块bcm电联，电池换流模块bcm采用升压充电、降压放电的双向拓扑结构；
32.a直流换流站和b直流换流站换流单元均采用柔性电力电子装置1；
33.直流线路3包括直流线路ⅰ3-1和直流线路ⅱ3-2；
34.柔性电力电子装置1通过直流隔离开关2分别与直流线路ⅰ3-1、直流线路ⅱ3-2电联；
35.直流用户的直流用户变换器及负荷通过直流隔离开关2分别与直流线路ⅰ3-1、直流线路ⅱ3-2电联；
36.柔性直流储能通过直流隔离开关2分别与直流线路ⅰ3-1、直流线路ⅱ3-2电联。
37.进一步地，柔性直流储能包括直流隔离开关2、启动回路装置4、桥臂电抗器5、直流母线ⅰ6-1、直流母线ⅱ6-2及由多个电池换流模块bcm电联组成的储能电池单元7；直流隔离开关2、启动回路装置4、桥臂电抗器5、直流母线ⅰ6-1、储能电池单元7直流母线ⅱ6-2、直流隔离开关2依次电联；
38.启动回路装置4包括启动电阻和旁路开关(如图1所示)。
39.进一步地，电池换流模块bcm，包括旁路开关qs、储能电感l1、电力电子开关器件ⅰt1及续流二极管ⅰd1、电力电子开关器件ⅱt2及续流二极管ⅱd2、滤波电容器c2、滤波电抗器l2和储能电池bs；
40.储能电池bs、滤波电抗器l2、续流二极管ⅰd1、储能电感l1、电网依次电联；
41.滤波电容器c2一端连接在滤波电抗器l2与续流二极管d1之间、另一端连接在储能电池bs与电网之间；
42.续流二极管ⅱd2一端连接在续流二极管ⅰd1与储能电感l1之间、另一端连接在储能电池bs与电网之间；
43.旁路开关qs一端连接在储能电感l1与电网正极之间、另一端连接在储能电池bs与电网之间；
44.电力电子开关器件ⅰt1与续流二极管ⅰd1并联；
45.电力电子开关器件ⅱt2与续流二极管ⅱd2并联(如图2所示)，通过电力电子开关器件t1和t2可控制导通实现对储能电池电池(bs)的充放电管理。
46.进一步地，本实用新型中的柔性直流储能采用bcm模块成组，当l1值较小时，可考虑按桥臂电抗器5集中设置。
47.更进一步地，当电池换流模块bcm处于可控充电工况时，旁路开关qs处于断态，电力电子开关器件ⅰt1处于断态，电力电子开关器件ⅱt2处于周期内可控通断，电池换流模块bcm工作于升压充电状态；
48.电力电子开关器件ⅱt2处于通态时，对储能电感l1蓄能，充电电流为i1；电力电子开关器件ⅱt2处于断态时，电流回路为：u1正极—续流二极管d1-滤波电感器l2-储能电池bs正极-储能电池bs负极-u1负极；
49.设定：t
on2
为电力电子开关器件ⅱt2开关周期内的通态时间(s)，t
off2
为电力电子开关器件ⅱt2开关周期内的断态时间(s)，α2为电力电子开关器件ⅱt2开关周期内的导通
占空比，u1为电网侧电压、u2为电池侧电压(如图2所示)。
50.α2＝t
on2
/(t
on2
+t
off2
)
51.u2＝u1/(1-α2)。
52.通过调制控制，调节电力电子开关器件ⅱt2开关周期内的导通占空比α2实现直流系统电压控制，结合电池能量管理系统实现柔性直流储能充电控制。
53.更进一步地，当电池换流模块bcm可控放电工况时，旁路开关qs处于断态，电力电子开关器件ⅱt2处于断态，电力电子开关器件ⅰt1处于周期内可控通断，电池换流模块bcm工作于降压放电状态；电力电子开关器件ⅰt1处于通态时，放电电流回路为：u2正极-电力电子开关器件t1-蓄能电感l1-u1正极-u1负极-u2负极；电力电子开关器件t1处于断态时，电流流过续流二极管d2；
54.设定：t
on1
为电力电子开关器件ⅰt1开关周期内的通态时间(s)，t
off1
为电力电子开关器件ⅰt1开关周期内的断态时间(s)，α1为电力电子开关器件ⅰt1开关周期内的导通占空比，u1为电网侧电压、u2—电池侧电压(如图2所示)。
55.α1＝t
on1
/(t
on1
+t
off1
)
56.u1＝α1u2。
57.通过调制控制，调节电力电子开关器件ⅰt1开关周期内的导通占空比α1实现直流系统电压控制，结合电池能量管理系统实现柔性直流储能放电控制。
58.更进一步地，当电池换流模块bcm故障隔离或者退出状态时，关断电力电子开关器件ⅰt1、导通电力电子开关器件ⅱt2，为降低回路损耗，闭合旁路开关qs(如图2所示)。
59.本实用新型在直流线路上配置柔性直流储能，基于电力电子开关器件的快速可控性能实现储能充放电双向可控管理，有效提升配电系统的供电性能。本实用新型中的柔性直流储能采用电池换流模块bcm电联以匹配直流电压，与传统集中低压方案相比，不设置隔离升压环节，可提高储能系统效率；bcm模块采用升压充电、降压放电的双向拓扑结构(如图2所示)，接线简单，通过低压模块化成组，模块之间对电池的异构兼容性强。
60.当储能电池容量较大时，直流母线ⅰ6-1、直流母线ⅱ6-2之间可以采用多端口电能路由器并联数个储能电池单元；当直流母线ⅰ6-1、直流母线ⅱ6-2电压较高时，bcm可采用储能电池升压充电、降压放电的结构。以上均属于本实用新型保护内容。
61.其它未说明的部分均属于现有技术。

技术特征：
1.直流配电网柔性直流储能接线结构，其特征在于：包括相互电联的a直流换流站、直流线路、直流用户、柔性直流储能和b直流换流站；a直流换流站和b直流换流站换流单元均采用柔性电力电子装置(1)；直流线路(3)包括直流线路ⅰ(3-1)和直流线路ⅱ(3-2)；柔性电力电子装置(1)通过直流隔离开关(2)分别与直流线路ⅰ(3-1)、直流线路ⅱ(3-2)电联；直流用户的直流用户变换器及负荷通过直流隔离开关(2)分别与直流线路ⅰ(3-1)、直流线路ⅱ(3-2)电联；柔性直流储能通过直流隔离开关(2)分别与直流线路ⅰ(3-1)、直流线路ⅱ(3-2)电联；柔性直流储能基于电池换流模块bcm电联，电池换流模块bcm采用升压充电、降压放电的双向拓扑结构。2.根据权利要求1所述的直流配电网柔性直流储能接线结构，其特征在于：柔性直流储能包括直流隔离开关(2)、启动回路装置(4)、桥臂电抗器(5)、直流母线ⅰ(6-1)、直流母线ⅱ(6-2)及由多个电池换流模块bcm电联组成的储能电池单元(7)；直流隔离开关(2)、启动回路装置(4)、桥臂电抗器(5)、直流母线ⅰ(6-1)、储能电池单元(7)直流母线ⅱ(6-2)依次电联。3.根据权利要求1或2所述的直流配电网柔性直流储能接线结构，其特征在于：电池换流模块bcm，包括旁路开关、储能电感、电力电子开关器件ⅰ及续流二极管ⅰ、电力电子开关器件ⅱ及续流二极管ⅱ、滤波电容器、滤波电抗器和储能电池；储能电池、滤波电抗器、续流二极管ⅰ、储能电感、电网依次电联；滤波电容器一端连接在滤波电抗器与续流二极管之间、另一端连接在储能电池与电网之间；续流二极管ⅱ一端连接在续流二极管ⅰ与储能电感之间、另一端连接在储能电池与电网之间；旁路开关一端连接在储能电感l1与电网正极之间、另一端连接在储能电池与电网之间；电力电子开关器件ⅰ与续流二极管ⅰ并联；电力电子开关器件ⅱ与续流二极管ⅱ并联。

技术总结
本实用新型公开了一种直流配电网柔性直流储能接线结构。它的A直流换流站和B直流换流站换流单元均采用柔性电力电子装置；直流线路包括直流线路Ⅰ和直流线路Ⅱ；柔性电力电子装置通过直流隔离开关分别与直流线路Ⅰ、直流线路Ⅱ电联；直流用户的直流用户变换器及负荷通过直流隔离开关分别与直流线路Ⅰ、直流线路Ⅱ电联；柔性直流储能基于电池换流模块BCM模块电联，BCM采用升压充电、降压放电的双向拓扑。本实用新型采用柔性直流储能的双向快速调节稳定直流系统电压，具有在直流换流站故障时可保证重要直流用户供电，直流故障解除后通过柔性直流储能对直流系统快速充电，实现直流换流站快速解锁，缩短直流配电网系统的恢复供电时间的优点。间的优点。间的优点。


技术研发人员：王娜娜 曾静 张顺 黄贻煜 李婷 李文津 杨超 别萱然
受保护的技术使用者：中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司
技术研发日：2023.04.13
技术公布日：2023/10/20