基于能源路由器的直流配電網(wǎng)設(shè)計(jì)方案分析

伴隨電網(wǎng)的用電負(fù)荷迅猛增加，原先的配電網(wǎng)系統(tǒng)將面對(duì)越來(lái)越多的各種問(wèn)題。例如，分布式發(fā)電及儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展迅速，如何將這些新興電源有效地接入傳統(tǒng)的交流電網(wǎng)？城市發(fā)展對(duì)電源建設(shè)和線路走廊的制約越來(lái)越多，導(dǎo)致負(fù)荷中心的無(wú)功電源更為不足；直流負(fù)荷或直流環(huán)節(jié)的負(fù)載日益增多，亟待發(fā)展更為有效的供電模式以滿足負(fù)荷的快速增長(zhǎng)。隨著電力電子技術(shù)發(fā)展日趨成熟，重新探索直流方式配電的效果，可為當(dāng)前日益發(fā)展的電網(wǎng)提供一條解決配網(wǎng)問(wèn)題的新思路。

直流配電網(wǎng)是以直流為主導(dǎo)的電能配送系統(tǒng)，具有解決現(xiàn)代配電系統(tǒng)面臨挑戰(zhàn)的潛力。直流配電的主要技術(shù)特征：

（1）直流配電更為可靠：線路故障率較交流系統(tǒng)更低，可單極運(yùn)行，響應(yīng)快、恢復(fù)時(shí)間短；

（2）直流配電效率更高：線路損耗低于交流配電，可直接為日益增多的直流負(fù)載提供電能；

（3）可提高電能質(zhì)量；

（4）易于實(shí)現(xiàn)分布式發(fā)電互聯(lián)。直流配電在提供高效電能轉(zhuǎn)換與控制的同時(shí)，由于并列運(yùn)行換流器的數(shù)量大、種類數(shù)量大，會(huì)面對(duì)可靠的性能、安全的性能等方面的種種問(wèn)題，以及直流電力電子裝置的體積、重量、維護(hù)和運(yùn)行費(fèi)用等問(wèn)題。因此，考慮到目前直流配電存在的問(wèn)題，需要一種新的直流配電網(wǎng)以解決信息可靠收集、能量有效流動(dòng)等問(wèn)題。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖1為文章提出的一種基于能源路由器的直流配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖，該配電網(wǎng)包括能源路由器單元、至少一個(gè)信息收集單元、至少一個(gè)能量信息轉(zhuǎn)換單元、至少一個(gè)交流母線單元、至少一個(gè)AC/DC模塊單元、至少一個(gè)交流負(fù)荷單元、至少一個(gè)光伏發(fā)電裝置單元、至少一個(gè)儲(chǔ)能裝置單元、至少一個(gè)風(fēng)力發(fā)電裝置單元、至少一個(gè)電動(dòng)汽車充電裝置單元；其中，能源路由器單元的信息流信號(hào)和控制信息流信號(hào)基于Z-Wave無(wú)線通信技術(shù)進(jìn)行傳輸，AC/DC模塊單元包括一組雙Buck型換流器和一個(gè)工頻逆變橋。

系統(tǒng)各模塊構(gòu)成及作用

能源路由器單元：與交流電網(wǎng)、信息收集1裝置、信息收集2裝置、信息收集3裝置、信息收集4單元、能量信息轉(zhuǎn)換1單元、能量信息轉(zhuǎn)換2單元、能量信息轉(zhuǎn)換3單元、能量信息轉(zhuǎn)換4單元連接；

交流母線單元：與交流電網(wǎng)、交流負(fù)荷1裝置、交流負(fù)荷2裝置、AC/DC模塊1裝置、AC/DC模塊2裝置、AC/DC模塊3裝置、AC/DC模塊4裝置相連；

AC/DC模塊1單元：與交流母線單元、光伏發(fā)電裝置單元連接；

AC/DC模塊2單元：與交流母線單元、儲(chǔ)能裝置單元連接；

AC/DC模塊3單元：與交流母線單元、風(fēng)力發(fā)電裝置單元連接；

AC/DC模塊4單元：與交流母線單元、電動(dòng)汽車充電裝置單元連接；

光伏發(fā)電裝置單元：與AC/DC模塊1單元、信息收集1單元連接；

儲(chǔ)能裝置單元：與AC/DC模塊2單元、信息收集2單元連接；

風(fēng)力發(fā)電裝置單元：與AC/DC模塊3單元、信息收集3單元連接；

電動(dòng)汽車充電裝置單元：與AC/DC模塊4單元、信息收集4單元連接；

信息收集1單元：與光伏發(fā)電裝置單元、能量信息轉(zhuǎn)換1單元連接；

信息收集2單元：與儲(chǔ)能裝置單元、能量信息轉(zhuǎn)換2單元連接；

信息收集3單元：與風(fēng)力發(fā)電裝置單元、能量信息轉(zhuǎn)換3單元連接；

信息收集4單元：與電動(dòng)汽車充電裝置單元、能量信息轉(zhuǎn)換4單元連接。

Buck-Buck 型換流器拓?fù)湓O(shè)計(jì)

圖2為文章配電網(wǎng)系統(tǒng)所采用Buck-Buck型換流器拓?fù)涫疽鈭D。圖2中C表示電容，D表示二極管，S表示開關(guān)，T表示絕緣柵雙極型晶體管，R表示電阻，L表示電感；T1、T2、T3、T4、T5及T6共同組成IGBT的ABC橋型電路。圖2中Sa、Sb、Sc為兩向開關(guān)，其頻率為50Hz的2倍左右。S1、S2一般運(yùn)行在較高的頻率，S1、L1、D1及S2、L2、D2綜合起來(lái)組成最終的Buck-Buck型換流器?；诰哂心孀冏饔玫臉蛐碗娐?，以及頻率高于50Hz數(shù)倍的兩向開關(guān)，將拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分開為兩個(gè)Buck-Buck換流器，從而實(shí)現(xiàn)了實(shí)際電路電流的有效控制。