[0001] 本发明涉及开闭所技术领域，特别是一种含有储能的中压柔直开闭所拓扑结构及其设计方法。

[0002] 随着5G、云计算、物联网等新技术的不断发展，对电能供应的要求也在不断提高。面对电能变换环节急需简化、变换效率急需提高等问题，传统的交流供用电系统往往无法满足这些需求，而直流供用电技术则能够完美地解决这些问题，提高设备的稳定性和可靠性。直流供电技术的优势包括可靠性大幅提升、大大节约能耗、带载能力大大提高。这些优势使得高压直流供电技术在多个领域得到了成功的应用，并取得了显著的成绩。在信息通信基站、数据中心、光储建筑楼宇等领域，直流供用电技术正在成为首选。

[0037] 为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

[0038] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0039] 需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”，“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程，方法，物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程，方法，物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程，方法，物品或者设备中还存在另外的相同要素。

[0040] 下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。如图1所示，一种含有储能的中压柔直开闭所拓扑结构，包括交流进线1、第一交流母线2、第一低压直流母线14、直流进线7和中压直流母线5，所述交流进线1与第一交流母线2连接，所述第一交流母线2连接变电站变压器3的输入端，所述变电站变压器3的输出端与整流器15的输入端连接，所述整流器15的输出端与第一低压直流母线14连接，所述直流进线7与中压直流母线5连接，所述中压直流母线5连接柔直变流器10的输入端，所述柔直变流器10的输出端连接第二交流母线17，所述第一交流母线2与第二交流母线17通过第一断路器4连接，所述中压直流母线5连接有中压储能装置6，所述中压直流母线5连接直流变压器9的输入端，所述直流变压器9的输出端连接第二低压直流母线12，所述第二低压直流母线12连接有低压储能装置18，第一低压直流母线14和第二低压直流母线12通过第二断路器13连接，所述第一交流母线2和第二交流母线17分别连接有多个交流出线16，所述中压直流母线5连接有多个直流出线8。本实施例在常规的典型二进十二(四、六)出开闭所基础上，将其中一回进线改由交‑直变换后的中压直流接入，同时设置直‑交变换和中压直流出线回路，形成交直流混合出线的开闭所，交流出线借助柔性直流避免用户的电压暂降问题，直流出线可中压直供大规模快充、数据中心、电解电镀等大型直流负荷；在电网运行方式上，可以借助柔直使配电系统具备无冲击合环、多线联络不增加短路电流的优势，将常规开闭所中的两台30千伏安的站变之一取消，设置直流变压器一台，低压侧与另一站用变低压侧整流后的直流互为备用，对开闭所的空调、照明、风机等直流设备采用直流供电，原来的空调、照明、风机的整流电路取消；为保证供电可靠性，在中低压侧均设置了储能，旨在分别保证重要供电负荷和开闭所辅助设备的短时不停电运行。

[0041] 一种含有储能的中压柔直开闭所拓扑结构的设计方法，包括以下步骤：

[0042] 步骤S1：根据所需要中压直流供电的用户数量和每个负荷所需的供电功率确定中压直流出线回路数；

[0043]

[0044] 其中，N1为中压直流出现回路数，ceil()为向上取整函数，nDC为中压直流供电的用户数量，Mi为每个负荷所需的供电功率，pDC为单条中压直流线路的最大供电功率，k为直流负荷综合考虑线路损耗、同时率和负载率的裕度系数；

[0045] 步骤S2：确定每段交流母线的出线数量；

[0046]

[0047] 其中，N2为每段交流母线的出线数量，ceil()为向上取整函数，nAC为中压交流供电的用户数量；pAC为单条中压直流线路的最大供电容量；Li为每个交流负荷所需的供电容量；k'为交流负荷中综合考虑线路损耗、同时率和负载率的裕度系数；

[0048] 步骤S3：确定柔直变流器容量；

[0049]

[0050] 其中，V1为柔直变流器容量；k为直流负荷综合考虑线路损耗、同时率和负载率的裕度系数；Mi为每个负荷所需的供电功率；Vswi和Pswi分别为开闭所交流供电的最大容量和开闭所辅助设施(空调、照明、风机和应急插座)的最大供电功率，如下式：

[0051]

[0052] Pswi＝k”(P空调+P风机+P照明+P应急插座)

[0053] 其中，k”为开闭所辅助设施中综合考虑线路损耗、同时率和负载率的裕度系数；nAC为中压交流供电的用户数量；Li为每个交流负荷所需的供电容量；P空调、P风机、P照明和P应急插座分别为空调、照明、风机和应急插座的功率；

[0054] 步骤S4：确定直流变压器容量；

[0055] V2＝Pswi＝k”(P空调+P风机+P照明+P应急插座)

[0056] 其中，V2为直流变压器容量；Pswi为开闭所辅助设施的最大供电功率，k”为开闭所辅助设施中综合考虑线路损耗、同时率和负载率的裕度系数，P空调、P风机、P照明和P应急插座分别为空调、照明、风机和应急插座的功率；

[0057] 步骤S5：中压储能容量设计；

[0058] 中压储能容量为：

[0059]

[0060] 其中，∑EAC和∑EDC分别为交直流中压一级负荷之和；T1为中压储能对一级重要负荷的连续供电时长，一般取0.5小时；Pmvstr和Vmvstr分别为中压储能的变流器最大功率和电池储能容量；步骤S6：低压储能容量设计；

[0061]

[0062] 其中，T2＝2小时，k”为开闭所辅助设施中综合考虑线路损耗、同时率和负载率的裕度系数；P空调、P风机、P照明和P应急插座分别为空调、照明、风机和应急插座的功率；Plvstr和Vlvstr分别为低压储能的变流器最大功率和电池储能容量。

[0063] 以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述所述技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属于本技术方案的保护范围。