一種供電島的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電氣工程技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種供電島。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代社會生產(chǎn)生活中，諸如鋼鐵企業(yè)的電弧爐和乳鋼機(jī)、石化企業(yè)的儀表和控制設(shè)備、鋁電解企業(yè)的電解槽、煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)、鐵路調(diào)度指揮系統(tǒng)、電網(wǎng)調(diào)度自動化主站、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、大型信息中心機(jī)房、廣播電視網(wǎng)絡(luò)公司機(jī)房、醫(yī)療手術(shù)設(shè)備、國家政府機(jī)關(guān)、政治會議中心、應(yīng)急指揮中心、重要活動場館、重要實(shí)驗(yàn)設(shè)備等重要負(fù)荷，一旦發(fā)生電力供應(yīng)中斷，將引起重大的政治影響、經(jīng)濟(jì)損失、人身傷亡以及社會公共秩序混亂。
[0003]針對重要負(fù)荷的可靠供電，雙電源及多電源供電系統(tǒng)受到越來越多的關(guān)注。現(xiàn)有的供電系統(tǒng)大多采用不間斷電源UPS、應(yīng)急電源系統(tǒng)EPS、備自投裝置BZT、靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)STS、自動轉(zhuǎn)換開關(guān)ATS等雙電源備用供電方案，即當(dāng)主電源電壓發(fā)生跌落或突然斷電時(shí)，系統(tǒng)會在短時(shí)間內(nèi)切換到備用電源供電，從而保證負(fù)荷的連續(xù)供電；上述方案在一定程度上能夠較好地解決不同領(lǐng)域的可靠供電問題，但存在以下不足:
[0004](I)雙電源及多電源供電系統(tǒng)，在并聯(lián)供電或切換過程中會出現(xiàn)環(huán)流；
[0005](2)切換時(shí)間較長、沖擊電流較大，很難真正做到無縫切換；
[0006](3)負(fù)荷故障時(shí)不能有效隔離故障電流，有源負(fù)荷(微網(wǎng))不能直接并聯(lián)，若并聯(lián)則會出現(xiàn)環(huán)流；
[0007](4)內(nèi)部電網(wǎng)的電能質(zhì)量得不到有效控制，電網(wǎng)電能質(zhì)量會影響負(fù)荷的正常工作，沖擊性或非線性負(fù)荷產(chǎn)生的電能質(zhì)量問題也會污染電網(wǎng)；
[0008](5)供電規(guī)模和適用范圍受到一定限制，裝置本身的可靠性不高；
[0009]在此情況下，在本領(lǐng)域亟需尋找一種技術(shù)方案，解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電源對負(fù)荷、尤其是重要負(fù)荷的可靠供電；將這種技術(shù)方案稱為供電島；供電島布置在電網(wǎng)電源與負(fù)荷之間，無論電源側(cè)或負(fù)荷側(cè)出現(xiàn)何種故障或電能質(zhì)量問題，供電島內(nèi)供電保持正常，為負(fù)荷提供可靠供電。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種供電島，解決現(xiàn)有技術(shù)中的多電源供電系統(tǒng)在并聯(lián)供電或切換過程中出現(xiàn)環(huán)流、切換時(shí)間長的技術(shù)問題。
[0011]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種供電島，包括電源側(cè)電能控制器(Source Power Condit1ner, SPC)、負(fù)荷側(cè)電能控制器(Load Power Condit1ner,LPC)、直流變流系統(tǒng)(DC Convert System，DCS)、應(yīng)急電源系統(tǒng)和交流母線；
[0012]其中，SPC的交流輸入端作為連接外部電源的端口，其交流輸出端與交流母線連接；SPC用于連接m路外部三相電源S1, Sy Sr..Sni與交流母線；
[0013]其中，LPC的交流側(cè)作為連接外部負(fù)荷的端口 ；n路負(fù)荷LD1, LD1*"LDf" 1^通過LPC的交流側(cè)與交流母線相連；
[0014]應(yīng)急電源系統(tǒng)并接于交流母線；DCS的交流側(cè)與交流母線相連；SPC和LPC的直流端口均通過直流母線匯接在DCS的直流側(cè)；
[0015]SPC工作于整流或逆變狀態(tài)時(shí)，輸出可控的補(bǔ)償電壓，對電源的電壓實(shí)行按相補(bǔ)償，在電源故障時(shí)實(shí)現(xiàn)多路電源的無縫切換，快速支撐故障電源出口處的電壓，同時(shí)還可補(bǔ)償電源電壓諧波，實(shí)現(xiàn)電源側(cè)三相對稱，消除多路電源直接并聯(lián)產(chǎn)生的環(huán)流；
[0016]LPC工作于整流或逆變狀態(tài)時(shí)，對負(fù)荷電壓實(shí)行按相補(bǔ)償，在負(fù)荷故障時(shí)實(shí)現(xiàn)故障電流的隔離，同時(shí)還可消除多路有源負(fù)荷(微網(wǎng))直接并聯(lián)產(chǎn)生的環(huán)流，補(bǔ)償負(fù)荷電壓諧波，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷側(cè)三相對稱；
[0017]DCS則用于維持直流母線電壓恒定，同時(shí)也用于實(shí)現(xiàn)對交流母線處電流諧波、無功功率的補(bǔ)償；
[0018]當(dāng)外部的電源全部故障時(shí)，所述應(yīng)急電源系統(tǒng)提供應(yīng)急電源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無縫并網(wǎng)，并具有平抑沖擊性負(fù)荷的有功波動、實(shí)現(xiàn)削峰填谷、補(bǔ)償電流諧波和無功功率的功能，實(shí)現(xiàn)交流母線電壓、電流、有功、無功平穩(wěn)和供電的連續(xù)性。
[0019]優(yōu)選的，SPC包括m套直流側(cè)并聯(lián)的三單相變流系統(tǒng)；m套三單相變流系統(tǒng)的交流側(cè)均串接于供電電源與交流母線之間，直流側(cè)均匯接于直流母線；其中，m大于等于2 ;
[0020]具體的，三單相變流系統(tǒng)的交流輸入端作為所述SPC的交流輸入端，用于連接外部電源；三單相變流系統(tǒng)的交流輸出端作為SPC的交流輸出端，與交流母線連接；
[0021]其中，三單相變流系統(tǒng)包括3個變壓器和3個單相變換器；其中，第一變壓器副方第一端用于連接外部三相電源的A相，副方第二端作為SPC交流輸出端，連接交流母線A相；
[0022]第一變壓器的原方的兩端均與第一單相變換器的交流端連接；第一單相變換器的直流端與直流母線連接；
[0023]其中，第二變壓器副方第一端用于連接外部三相電源的B相，副方第二端作為SPC交流輸出端，連接交流母線B相；
[0024]第二變壓器的原方的兩端均與第二單相變換器的交流端連接；第二單相變換器的直流端與直流母線連接；
[0025]其中，第三變壓器副方第一端用于連接外部三相電源的C相，副方第二端作為SPC交流輸出端，連接交流母線C相；
[0026]第三變壓器的原方的兩端均與第三單相變換器的交流端連接；第三單相變換器的直流端與直流母線連接；
[0027]三單相變流系統(tǒng)工作于整流或逆變狀態(tài)時(shí)，對電壓實(shí)行按相補(bǔ)償，在電源電壓故障時(shí)可快速支撐電源出口處電壓；同時(shí)能補(bǔ)償電源處的電壓諧波，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)側(cè)電壓三相對稱。
[0028]優(yōu)選的，LPC包括η套直流側(cè)并聯(lián)的三單相變流系統(tǒng)，η套三單相變流系統(tǒng)的交流側(cè)均串接于交流母線和負(fù)荷之間，直流側(cè)均匯接于直流母線；其中，η大于等于2 ;
[0029]在LPC里，三單相變流系統(tǒng)的交流輸入端連接交流母線，三單相變流系統(tǒng)的交流輸出端作為LPC的交流輸出端，用于連接負(fù)荷；
[0030]LPC里的三單相變流系統(tǒng)同樣包括3個變壓器和3個單相變換器；其中，第一變壓器副方第一端用于連接外部負(fù)荷的A相，副方第二端作為LPC交流輸入端，連接交流母線A相；
[0031]第一變壓器的原方的兩端均與第一單相變換器的交流端連接；第一單相變換器的直流端與直流母線連接；
[0032]其中，第二變壓器副方第一端用于連接外部負(fù)荷的B相，副方第二端作為LPC交流輸入端，連接交流母線B相；
[0033]第二變壓器的原方的兩端均與第二單相變換器的交流端連接；第二單相變換器的直流端與直流母線連接；
[0034]其中，第三變壓器副方第一端用于連接外部負(fù)荷的C相，副方第二端作為LPC交流輸入端，連接交流母線C相；
[0035]第三變壓器的原方的兩端均與第三單相變換器的交流端連接；第三單相變換器的直流端與直流母線連接；
[0036]三單相變流系統(tǒng)工作于整流或逆變狀態(tài)時(shí)，對電壓實(shí)行按相補(bǔ)償，在負(fù)荷故障時(shí)快速隔離故障電流，同時(shí)補(bǔ)償負(fù)荷處的電壓諧波，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷側(cè)電壓三相對稱。
[0037]優(yōu)選的，LPC采用η套三相快速電子開關(guān)實(shí)現(xiàn)，電子開關(guān)串接于交流母線與負(fù)荷之間，在負(fù)荷故障時(shí)隔離故障電流，與采用三單相變流系統(tǒng)的方案比較，具有低成本的優(yōu)勢。
[0038]優(yōu)選的，DCS包括兩套互為備用的三相三線變換器；互為備用的兩套三相三線變換器的交流側(cè)均并接于交流母線，直流側(cè)均并接于直流母線；三相三線變換器工作于整流或逆變時(shí)，可維持直流母線電壓恒定，同時(shí)實(shí)現(xiàn)交流母線處電流諧波、無功功率的補(bǔ)償。
[0039]優(yōu)選的，DCS采用兩套互為備用的三相四線制變換器，其中性線N由變換器的第四橋臂或分裂電容方式引出；采用該結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)零序電流的補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)交流母線處電流三相對稱。
[0040]優(yōu)選的，應(yīng)急電源系統(tǒng)包括儲能單元和發(fā)電機(jī)；儲能單元包括逆變器和提供直流電的儲能裝置；其中，儲能裝置并接于逆變器的直流側(cè)，逆變器的交流側(cè)為儲能單元的輸出；儲能單元的輸出與發(fā)電機(jī)的交流側(cè)均并接于交流母線；一方面，當(dāng)m路電源全部故障時(shí)，儲能單元快速響應(yīng)并同時(shí)啟動發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急電源系統(tǒng)無縫并網(wǎng)，并維持負(fù)荷正常工作較長時(shí)間；
[0041]另一方面，儲能單元還具有平抑沖擊性負(fù)荷的有功波動，實(shí)現(xiàn)削峰填谷，補(bǔ)償電流諧波和無功功率的功能，從而實(shí)現(xiàn)交流母線電壓、電流、有功、無功平穩(wěn)和供電的連續(xù)性。
[0042]優(yōu)選的，應(yīng)急電源系統(tǒng)包括儲能單元和發(fā)電機(jī)；儲能單元僅包括提供直流電的儲能裝置；儲能單元直接并接于直流母線而發(fā)電機(jī)仍并接于交流母線；這種結(jié)構(gòu)，省去了儲能單元的逆變器，在節(jié)省成本的同時(shí)有利于維持直流母線電壓平穩(wěn)，但三相變換器的容量需增加。
[0043]優(yōu)選的，交流母線采用單母線結(jié)構(gòu):ABC三相，每相只有一條線；匯接SPC、LPC、DCS、應(yīng)急電源系統(tǒng)的交流端。
[0044]優(yōu)選的，上述供電島，還包括第二SPC、第二LPC、第二DCS和第二應(yīng)急電源系統(tǒng)；且交流母線采用雙母線結(jié)構(gòu)，交流母線的ABC三相，每相均包括互為備用的兩條線；而直流母線仍為一組，為公用直流母線；
[0045]第二 SPC的交流輸入端作為連接外部三相電源的端口，交流輸出端與備用交流母線連接仰路外部三相電源S1, S2,…S1,…Sni還通過第二 SPC與備用交流母線連接；
[0046]第二 LPC的交流輸出端口作為連接外部負(fù)荷