CN110611449A - 一种紧凑式储能变流器系统 - Google Patents

一种紧凑式储能变流器系统 Download PDF

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易斌
罗敏
盛超
曾杰
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Abstract

本申请实施例公开了一种紧凑式储能变流器系统，包括：AC/DC功率变换器、四绕组隔离变压器和滤波电容器；AC/DC功率变换器的直流侧通过直流侧电容连接储能装置；四绕组隔离变压器包括变压器铁芯和绕制在变压器铁芯上的原边绕组、副边绕组和滤波电抗器绕组；AC/DC功率变换器的交流输出端连接原边绕组；滤波电抗器绕组与滤波电容器联接组成交流侧的滤波装置；副边绕组通过滤波装置连接低压配电线路。本发明使得储能变流器系统的集成度更高、结构更加紧凑，可以应用于更小型的设备，是一种优质的紧凑式储能变流器系统。

Description

一种紧凑式储能变流器系统
技术领域
本申请涉及变流器技术领域，尤其涉及一种紧凑式储能变流器系统。
背景技术
低压配电系统与电力用户的各类负载直接相连，其供电可靠性和电能质量直接影响电力用户的正常用电，因此对线路网络复杂、庞大的配电网的升级改造也是电力公司关注的重点工作之一。
电化学储能系统应用于低压配电网络，能够有效延缓或减少配电设备扩容和建设、提供有功和无功功率支撑、提高供电可靠性和电能质量、实现电网负荷“削峰填谷”等等。而应用于低压配电网的电化学储能系统，通常采用模块化、小型化的分布式安装方式。在实际应用中，对于这种分布式储能系统，由于设备尺寸严格受限，因此其储能变流器系统通常集成在一个电气柜中，包括变流功率单元、控制单元、隔离变压器、滤波器等关键部件，其中滤波器通常由尺寸相对较小的铁芯电抗器和滤波电容器组成。然而现有的储能变流器系统集成度不高、结构不够紧凑，为此，本发明提出一种紧凑式储能变流器系统。
发明内容
本申请实施例提供了一种紧凑式储能变流器系统，使得储能变流器系统的集成度更高、结构更加紧凑，可以应用于更小型的设备。
有鉴于此，本申请提供了一种紧凑式储能变流器系统，包括：AC/DC功率变换器、四绕组隔离变压器和滤波电容器；
所述AC/DC功率变换器的直流侧通过直流侧电容连接储能装置；
所述四绕组隔离变压器包括变压器铁芯和绕制在所述变压器铁芯上的原边绕组、副边绕组和滤波电抗器绕组；
所述AC/DC功率变换器的交流输出端连接所述原边绕组；
所述滤波电抗器绕组与所述滤波电容器联接组成交流侧的滤波装置；
所述副边绕组通过所述滤波装置连接低压配电线路。
可选地，所述滤波电抗器绕组包括第一电抗器绕组和第二电抗器绕组；
所述第一电抗器绕组与所述第二电抗器绕组相互反向串联。
可选地，所述第一电抗器绕组与所述第二电抗器绕组通过上下交错式绕制。
可选地，所述第一电抗器绕组与所述第二电抗器绕组的匝数、高度和内外径均相同。
可选地，所述原边绕组和所述副边绕组为同心式绕制。
可选地，所述储能装置为储能电池组。
可选地，所述AC/DC功率变换器为三相全桥变流电路。
可选地，所述AC/DC功率变换器、所述四绕组隔离变压器和所述滤波电容器均集成于电器柜内。
可选地，所述电器柜为立式电器柜。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：设置有AC/DC 功率变换器、四绕组隔离变压器和滤波电容器，四绕组隔离变压器包括变压器铁芯和绕制在变压器铁芯上的原边绕组、副边绕组和滤波电抗器绕组，滤波电抗器绕组与滤波电容器联接组成交流侧的滤波装置，通过采用四绕组隔离变压器，将隔离变压器的原、副边绕组与滤波电抗器绕组共同绕制在同一磁芯上，使滤波电抗器与隔离变压器集成于一体，使得储能变流器系统整体结构更加紧凑、集成度高。
附图说明
图1为本申请实施例中紧凑式储能变流器系统的拓扑结构图；
图2为本申请实施例中四绕组隔离变压器的绕组排布图；
其中，附图标记为：
1-原边绕组，2-副边绕组，3-第一电抗器绕组，4-第二电抗器绕组，5-变压器铁芯。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本申请提供了一种紧凑式储能变流器系统的一个实施例，具体请参阅图 1。
本实施例中的紧凑式储能变流器系统包括：AC/DC功率变换器、四绕组隔离变压器和滤波电容器；AC/DC功率变换器的直流侧通过直流侧电容连接储能装置；四绕组隔离变压器包括变压器铁芯5和绕制在变压器铁芯5上的原边绕组1、副边绕组2和滤波电抗器绕组；AC/DC功率变换器的交流输出端连接原边绕组1；滤波电抗器绕组与滤波电容器联接组成交流侧的滤波装置；副边绕组2通过滤波装置连接低压配电线路。
需要说明的是：设置有AC/DC功率变换器、四绕组隔离变压器和滤波电容器，四绕组隔离变压器包括变压器铁芯5和绕制在变压器铁芯5上的原边绕组1、副边绕组2和滤波电抗器绕组，滤波电抗器绕组与滤波电容器联接组成交流侧的滤波装置，通过采用四绕组隔离变压器，将隔离变压器的原边绕组1、副边绕组2与滤波电抗器绕组共同绕制在同一磁芯上，使滤波电抗器与隔离变压器集成于一体，使得储能变流器系统整体结构更加紧凑、集成度高。
以上为本申请实施例提供的一种紧凑式储能变流器系统的实施例一，以下为本申请实施例提供的一种紧凑式储能变流器系统的实施例二，具体请参阅图1至图2。
本实施例中的紧凑式储能变流器系统包括：AC/DC功率变换器、四绕组隔离变压器和滤波电容器；AC/DC功率变换器的直流侧通过直流侧电容滤波后与储能装置连接；四绕组隔离变压器包括变压器铁芯5和绕制在变压器铁芯5上的原边绕组1、副边绕组2和滤波电抗器绕组，通过在变压器铁芯5上绕制滤波电抗器绕组，作为滤波装置的滤波电抗器；AC/DC功率变换器的交流输出端连接原边绕组1；滤波电抗器绕组与滤波电容器联接组成交流侧的滤波装置；副边绕组2通过滤波装置连接低压配电线路，隔离变压器的副边绕组2经滤波装置滤波后接入低压配电线路。
具体的，如图2所示，在变压器铁芯5上由里到外依次绕制有副边绕组2、原边绕组1和滤波电抗器绕组，即副边绕组2绕制在变压器铁芯5上，原边绕组1绕制在副边绕组2外，滤波电抗器绕组绕制在原边绕组1外，可以理解的是，原边绕组1和副边绕组2的位置关系可以根据具体情况决定，即也可以原边绕组1在内，副边绕组2在外。
滤波电抗器绕组包括第一电抗器绕组3和第二电抗器绕组4，第一电抗器绕组3与第二电抗器绕组4相互反向串联，通过反向串联的第一电抗器绕组3 和第二电抗器绕组4组成滤波电抗器。
第一电抗器绕组3与第二电抗器绕组4通过上下交错式绕制。
需要说明的是：相互反向串联的第一电抗器绕组3和第二电抗器绕组4 为上下布置，如果是左右布置，由于靠里的子绕组的磁场比靠外的子绕组的磁场要大(靠外的子绕组的气隙大，磁阻大，因此磁场弱)，所以由左右布置的两个子绕组构成的滤波电抗器绕组与隔离变压器原边绕组1、副边绕组2 的解耦性能会很差，因此，隔离变压器绕组和滤波电抗器绕组之间会因为电磁感应而相互干扰，不能保持集成一体的隔离变压器和滤波电抗器之间的独立性。
第一电抗器绕组3与第二电抗器绕组4的匝数、高度和内外径均相同，上下交错式绕制的第一电抗器绕组3与第二电抗器绕组4反向串联后，由于第一电抗器绕组3与第二电抗器绕组4的匝数、高度和内外径均相同，故其各自分别在变压器铁芯5中产生的主磁通由于大小相等、极性相反而相互抵消，使得第一电抗器绕组3与第二电抗器绕组4组成的滤波电抗器绕组整体仅有漏磁通。由于滤波电抗器绕组并不会在变压器铁芯5中产生主磁通，因此并不会与该隔离变压器的原边绕组1、副边绕组2形成磁通交链，与隔离变压器原边绕组1、副边绕组2之间无磁链耦合，因而该滤波电抗器绕组即便与隔离变压器的原边绕组1、副边绕组2共同绕制在同一变压器铁芯5(磁芯) 上，也是相互独立、互不影响的。
相关原理分析如下：
滤波电抗器绕组由上下交错式绕制的第一电抗器绕组3与第二电抗器绕组4反向串联组成，因此其主磁通和漏磁通分别为
其中在变压器铁芯5中流通的主磁通的磁路表达式为：
式中，为磁动势；N为绕组匝数；为绕组中的电流；为铁芯的磁阻。由于第一电抗器绕组3和第二电抗器绕组4是匝数相等、绕向相反的，因此 N3＝N4，从而式(2)可转化为
由于第一电抗器绕组3和第二电抗器绕组4的主磁场均建立变压器铁芯5 中，即和均在同一磁路中流通，因此它们由于幅值相等、方向相反而相互抵消。而对于第一电抗器绕组3和第二电抗器绕组4的漏磁场，由于是建立在不同的空间区域，因此它们的漏磁场是相互独立的。
将式(3)代入式(1)可得
由于第一电抗器绕组3和第二电抗器绕组4不会在变压器铁芯5中产生主磁通，因此不会跟隔离变压器的原边绕组1、副边绕组2在变压器铁芯5中产生的主磁通形成交链，因此滤波电抗器绕组不会由于电磁感应原理而与隔离变压器的原边绕组1、副边绕组2形成磁耦合关系，因而可以保持独立，即工作时互不影响。
原边绕组1和副边绕组2为同心式绕制。
需要说明的是：第一电抗器绕组3和第二电抗器绕组4在变压器铁芯5 中产生的主磁通相互抵消，因此由第一电抗器绕组3和第二电抗器绕组4构成的滤波电抗器绕组在变压器铁芯5中的主磁通为零，从而滤波电抗器绕组仅存在漏磁通，其电感值完全由漏磁通所决定，因而滤波电抗器绕组具有良好的电感线性度，非常适合用作滤波电抗器，另外其工作噪声小，环境友好；发热低，有利于空间狭小的储能变流器柜散热；发热损耗低，使系统的整体电能损耗降低，提升了储能系统整体的电能效率。
储能装置可以为储能电池组，也可以为其他具有储能功能的装置，在此不做限定。
AC/DC功率变换器为三相全桥变流电路。AC/DC功率变换器、四绕组隔离变压器和滤波电容器均集成于电器柜内，电器柜为立式电器柜。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种紧凑式储能变流器系统，其特征在于，包括：AC/DC功率变换器、四绕组隔离变压器和滤波电容器；
所述AC/DC功率变换器的直流侧通过直流侧电容连接储能装置；
所述四绕组隔离变压器包括变压器铁芯和绕制在所述变压器铁芯上的原边绕组、副边绕组和滤波电抗器绕组；
所述AC/DC功率变换器的交流输出端连接所述原边绕组；
所述滤波电抗器绕组与所述滤波电容器联接组成交流侧的滤波装置；
所述副边绕组通过所述滤波装置连接低压配电线路。
2.根据权利要求1所述的紧凑式储能变流器系统，其特征在于，所述滤波电抗器绕组包括第一电抗器绕组和第二电抗器绕组；
所述第一电抗器绕组与所述第二电抗器绕组相互反向串联。
3.根据权利要求2所述的紧凑式储能变流器系统，其特征在于，所述第一电抗器绕组与所述第二电抗器绕组通过上下交错式绕制。
4.根据权利要求3所述的紧凑式储能变流器系统，其特征在于，所述第一电抗器绕组与所述第二电抗器绕组的匝数、高度和内外径均相同。
5.根据权利要求1所述的紧凑式储能变流器系统，其特征在于，所述原边绕组和所述副边绕组为同心式绕制。
6.根据权利要求1所述的紧凑式储能变流器系统，其特征在于，所述储能装置为储能电池组。
7.根据权利要求1所述的紧凑式储能变流器系统，其特征在于，所述AC/DC功率变换器为三相全桥变流电路。
8.根据权利要求1所述的紧凑式储能变流器系统，其特征在于，所述AC/DC功率变换器、所述四绕组隔离变压器和所述滤波电容器均集成于电器柜内。
9.根据权利要求8所述的紧凑式储能变流器系统，其特征在于，所述电器柜为立式电器柜。
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