CN108365606B - 一种电力电子变压器的拓扑结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力电子变压器技术领域，尤其是指一种电力电子变压器的拓扑结构，其包括多端口电力电子变压器，所述多端口电力电子变压器包括有内部拓扑接线结构和外部拓扑接线结构；所述内部拓扑接线结构包括有第一级内部拓扑结构和第二级内部拓扑结构；所述第一级内部拓扑结构包括有子变压器A和子变压器B；子变压器A和子变压器B均具有N个不同电压等级的端口，N为自然数且N≥4，子变压器A和子变压器B内的各个端口之间经DC/DC或者AC/DC变流器在汇流母线星形接线结构下连接实现电气连接，子变压器A与子变压器B相互对应连接的端口电压一致，即U(A‑n)＝U(B‑n)，n为自然数且n≥1。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子变压器技术领域，尤其是指一种电力电子变压器的拓扑结构。
背景技术
以IT类负载、变频空调及电动汽车为代表的广义直流负载设备比例快速升高，其变流环节严重降低了系统能效，目前配网中交直流能量变换损耗高、配用电灵活性差、配用电环节匹配性低的问题日益凸现。在未来的智能配电网中，传统能源日趋耗竭，能源结构低碳化的压力与日俱增，广泛接入分布式能源系统是行业趋势。
采用基于电力电子变压器的交直流配用电技术能够有效减少配用电过程中交直流转化的中间环节，有助于电力电子变压器处于最佳工况运行状态，提高电力电子变压器的效率，提高交直流配用电的综合效率、可靠性和灵活性，妥善解决分布式能源系统接入以后的能源交互和系统稳定问题。
截止到目前，世界范围内对电力电子变压器的研究还停留在双端口电力电子变压器和整体概念层面上，没法用于不同电压等级的分布式能源、直流负载和交流负载接入。在适用性更加广泛的多端口电力电子变压器装置层面上尚属空白。
发明内容
本发明针对现有技术的问题提供一种电力电子变压器的拓扑结构，可以实现电力电子变压器具有多个电压等级和多个端口数量，适用于不同电压等级的分布式能源、直流负载和交流负载接入，有效减少配用电过程中交直流转化的中间环节。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供的一种电力电子变压器的拓扑结构，包括多端口电力电子变压器，所述多端口电力电子变压器包括有内部拓扑接线结构和外部拓扑接线结构；所述内部拓扑接线结构包括有第一级内部拓扑结构和第二级内部拓扑结构；
所述第一级内部拓扑结构包括有子变压器A和子变压器B，子变压器A与子变压器B在多端口电力电子变压器内部具有电气和物理隔离；所述第二级内部拓扑结构为子变压器A和子变压器B其内部的汇流母线星形接线结构，子变压器A和子变压器B均具有N个不同电压等级的端口，N为自然数且N≥4，子变压器A和子变压器B内的各个端口之间经DC/DC或者AC/DC变流器在汇流母线星形接线结构下连接实现电气连接，子变压器A与子变压器B相互对应连接的端口电压一致，即U(A-n)＝U(B-n)，n为自然数且n≥1；所述子变压器A通过外部拓扑接线结构与子变压器B连接。
其中，所述外部拓扑接线结构包括有若干条用于将子变压器A的端口与子变压器B的端口相连的单母线，每条单母线的两端分别设置有双回变压器进线开关CBA-n和双回变压器进线开关CBB-n，双回变压器进线开关CBA-n的一端与子变压器的A-n端口连接，双回变压器进线开关CBA-n的另一端通过单母线与双回变压器进线开关CBB-n的一端连接，双回变压器进线开关CBB-n的另一端与子变压器B的B-n端口连接，n≥2。
其中，所述多端口电力电子变压器的子变压器A的A-1端口和子变压器B的B-1端口并联接有电源或者分别串接两个不同的电源。
其中，所述端口为交流端口或者直流端口。
本发明的有益效果：
本发明通过第一级内部拓扑结构和第二级内部拓扑结构的设置，实现多端口电力电子变压器，适用于不同电压等级的分布式能源、直流负载和交流负载接入，可以根据工程实际应用场景来配置端口需求数量；进一步的，它通过第一级内部拓扑结构，实现多端口电力电子变压器内部的子变压器A和子变压器B之间具有电气和物理隔离；通过外部拓扑接线结构，实现子变压器A和子变压器B之间在外部电气连接；通过内部拓扑接线结构和外部拓扑接线结构相结合的方式，实现分布式能源、直流负载和交流负载的柔性可靠接入，提高了供电可靠性。
附图说明
图1为本发明的一种电力电子变压器的拓扑结构的结构示意图。
图2为本发明的实施例的结构示意图。
图1至图2的附图标记：
1—内部拓扑接线结构 2—外部拓扑接线结构。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。以下结合附图对本发明进行详细的描述。
如图1至图2所示，本实施例所述的一种电力电子变压器的拓扑结构，包括多端口电力电子变压器，所述多端口电力电子变压器包括有内部拓扑接线结构1和外部拓扑接线结构2；所述内部拓扑接线结构1包括有第一级内部拓扑结构和第二级内部拓扑结构；
所述第一级内部拓扑结构包括有子变压器A和子变压器B，子变压器A与子变压器B在多端口电力电子变压器内部具有电气和物理隔离；所述第二级内部拓扑结构为子变压器A和子变压器B其内部的汇流母线星形接线结构，子变压器A和子变压器B均具有N个不同电压等级的端口，N为自然数且N≥4，子变压器A和子变压器B内的各个端口之间经DC/DC或者AC/DC变流器在汇流母线星形接线结构下连接实现电气连接，子变压器A与子变压器B相互对应连接的端口电压一致，即U(A-n)＝U(B-n)，n为自然数且n≥1；所述子变压器A通过外部拓扑接线结构2与子变压器B进行连接。
具体地，本发明通过第一级内部拓扑结构和第二级内部拓扑结构的设置，实现多端口电力电子变压器，适用于不同电压等级的分布式能源、直流负载和交流负载接入，可以根据工程实际应用场景来配置端口需求数量；
进一步的，它通过第一级内部拓扑结构，实现多端口电力电子变压器内部的子变压器A和子变压器B之间具有电气和物理隔离；通过外部拓扑接线结构2，实现子变压器A和子变压器B之间在外部电气连接；所述子变压器A通过外部拓扑接线结构2与子变压器B进行连接；通过内部拓扑接线结构1和外部拓扑接线结构2相结合的方式，实现分布式能源、直流负载和交流负载的柔性可靠接入，提高了供电可靠性。
本实施例所述的一种电力电子变压器的拓扑结构，所述外部拓扑接线结构2包括有若干条用于将子变压器A的端口与子变压器B的端口相连的单母线，每条单母线的两端分别设置有双回变压器进线开关CBA-n和双回变压器进线开关CBB-n，双回变压器进线开关CBA-n的一端与子变压器的A-n端口连接，双回变压器进线开关CBA-n的另一端通过单母线与双回变压器进线开关CBB-n的一端连接，双回变压器进线开关CBB-n的另一端与子变压器B的B-n端口连接，n≥2。
具体地，所述单母线可以为直流母线或者交流母线；本发明具有不停电检修的功能，这也是传统交流变压器所不具备的功能，即通过关闭双回变压器进线开关CBA-n将所有负荷切换至子变压器B，负荷不停电，先检修子变压器A；待子变压器A检修完毕后，通过打开双回变压器进线开关CBA-n，关闭双回变压器进线开关CBB-n，将所有负荷切换至子变压器A，负荷不停电，再检修子变压器B，待子变压器B检修完毕后，恢复所有双回变压器进线开关CBA-n和双回变压器进线开关CBB-n，恢复正常供电；在整个检修过程中，负荷无需停电，检查维修方便，无需停下所有负荷进行检查维修，省时省力，提高效率。
优选的，如图2，以N等于4和n等于4作为示例；
在需要进行检修时，先断开双回变压器进线开关CBA-1、CBA-2、CBA-3和CBA-4，将所有负荷切换至子变压器B；负荷不停电；检修子变压器A；待子变压器A检修完毕后，接通双回变压器进线开关CBA-1、CBA-2、CBA-3和CBA-4；然后断开双回变压器进线开关CBB-1、CBB-2、CBB-3和CBB-4，将所有负荷切换至子变压器A；负荷不停电；再检修子变压器B；待子变压器B检修完毕后，接通双回变压器进线开关CBB-1、CBB-2、CBB-3和CBB-4；然后恢复正常供电；在整个检修过程中，负荷无需停电，检查维修方便，无需停下所有负荷进行检查维修，省时省力，提高效率。
具体地，如图2，以子变压器A和子变压器B均具有10kV交流、10kV直流、±375V直流和380V交流共4个不同电压等级的端口作为示例，子变压器A与子变压器B同编号端口电压一致，即子变压器A与子变压器B对应连接的端口电压一致，即U(A-1)＝U(B-1)＝10kV交流，U(A-2)＝U(B-2)＝±375V直流，U(A-3)＝U(B-3)＝10kV直流，U(A-4)＝U(B-4)＝380V交流；进一步的，即±375V直流母线在母线两端分别设置CBA-2和CBB-2开关，CBA-2开关与A-2端口连接，CBB-2开关与B-2端口连接；10kV直流母线在母线两端分别设置CBA-3和CBB-3开关，CBA-3开关与多A-3端口连接，CBB-3开关与B-3端口连接；380V交流母线在母线两端分别设置CBA-4和CBB-4开关，CBA-4开关与A-4端口连接，CBB-4开关与B-4端口连接。
更进一步的，双回变压器进线开关CBA-n和双回变压器进线开关CBB-n之间的母线分别连接有分布式能源光伏发电n和直流负载n，n≥2；本发明可以通过分别计算母线段∑(分布式能源出力-负载)与0值的大小关系可以得出多端口电力电子变压器各端口的潮流方向，以10kV直流母线，n＝3，为例，当∑(光伏发电3出力-直流负载3)＞0时，该母线段光伏出力盈余，经DC/DC变流器后通过汇流母线流向分布式可再生能源出力不足的母线或者端口；当∑(光伏出力3-直流负载3)＜0时，该母线段光伏出力不足，分布式能源出力盈余的母线或者端口经变流器后通过汇流母线流向该10kV直流母线，实现了不同电压等级母线之间的功率自由双向流动。
其中，以10kV直流母线，n＝3，为例，其功率平衡关系式为PA-3+PB-3＝P直流负载3－P光伏发电3，在分布式能源P光伏发电3和负载P直流负载3固定时，通过电力电子变压器的控制措施，合理地投入变流器功率模块，可以改变子变压器端口A-3的功率PA-3和子变压器B-3端口功率PB-3的大小关系，进而分别调整子变压器A和子变压器B的负载率等运行状态，有助于调节多端口电力电子变压器使其处于最佳工况运行状态，提高电力电子变压器的效率，以达到多端口电力电子变压器的最优能量效率运行，这是传统交流变压器所不具备的功能；其中，10kV直流母线为双回变压器进线方式，供电可靠性高。
本实施例所述的一种电力电子变压器的拓扑结构，所述多端口电力电子变压器的子变压器A的A-1端口和子变压器B的B-1端口并联接有电源或者分别串接两个不同的电源。
本实施例所述的一种电力电子变压器的拓扑结构，所述端口为交流端口或者直流端口。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (3)
1.一种电力电子变压器的拓扑结构，其特征在于：包括多端口电力电子变压器，所述多端口电力电子变压器包括有内部拓扑接线结构和外部拓扑接线结构；所述内部拓扑接线结构包括有第一级内部拓扑结构和第二级内部拓扑结构；
所述第一级内部拓扑结构包括有子变压器A和子变压器B，子变压器A与子变压器B在多端口电力电子变压器内部具有电气和物理隔离；
所述第二级内部拓扑结构为子变压器A和子变压器B其内部的汇流母线星形接线结构，子变压器A和子变压器B均具有N个不同电压等级的端口，N为自然数且N≥4，子变压器A和子变压器B内的各个端口之间经DC/DC或者AC/DC变流器在汇流母线星形接线结构下连接实现电气连接，子变压器A与子变压器B相互对应连接的端口电压一致，即U(A-n)＝U(B-n)，n为自然数且n≥1；所述子变压器A通过外部拓扑接线结构与子变压器B连接；
所述外部拓扑接线结构包括有若干条用于将子变压器A的端口与子变压器B的端口相连的单母线，每条单母线的两端分别设置有双回变压器进线开关CBA-n和双回变压器进线开关CBB-n，双回变压器进线开关CBA-n的一端与子变压器的A-n端口连接，双回变压器进线开关CBA-n的另一端通过单母线与双回变压器进线开关CBB-n的一端连接，双回变压器进线开关CBB-n的另一端与子变压器B的B-n端口连接，n≥2；
在需要进行检修时，通过关闭双回变压器进线开关CBA-n，将所有负荷切换至子变压器B，负荷不停电，先检修子变压器A；待子变压器A检修完毕后，通过打开双回变压器进线开关CBA-n，关闭双回变压器进线开关CBB-n，将所有负荷切换至子变压器A，负荷不停电，再检修子变压器B，待子变压器B检修完毕后，恢复所有双回变压器进线开关CBA-n和双回变压器进线开关CBB-n，恢复正常供电。
2.根据权利要求1所述的一种电力电子变压器的拓扑结构，其特征在于：所述多端口电力电子变压器的子变压器A的A-1端口和子变压器B的B-1端口并联接有电源或者分别串接两个不同的电源。
3.根据权利要求1所述的一种电力电子变压器的拓扑结构，其特征在于：所述端口为交流端口或者直流端口。
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