CN112039174A - 基于直流母线供电的集中式充电站电路拓扑及实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开并提供了一种结构简单、满足集中式充/换电站用电负荷峰值功率大、负荷波动大，能充分利用电源功率，提高效率、降低成本的基于直流母线供电的集中式充/换电站电路拓扑及实现方法。本发明包括变压器模块、第一谐波滤波器、第二谐波滤波器、第一整流装置、第二整流装置；变压器模块具有原边和两个副边，变压器模块的两个副边输出电压相位有30度的相位差；第一整流装置和第二整流装置的交流输入端分别接入变压器模块的两个副边，第一整流装置的输出端和第二整流装置组合成向站内提供直流供电电源的直流供电母线；第一谐波滤波器和第二谐波滤波器分别接入变压器模块的两个副边。本发明应用于给电动汽车快速充/换电的技术领域。

Description

基于直流母线供电的集中式充电站电路拓扑及实现方法
技术领域
本发明应用于给电动汽车快速充电的技术领域，特别涉及一种基于直流母线供电的集中式充电站电路拓扑及实现方法。
背景技术
现有集中式充/换电站充电机数量较多、用电容量大，一般采用从中压10kV/35kV或其它电压等级经变压器变为低压AC400V后给充电机供电，充电机均选用自带PFC的AC/DC整流模块组合成大功率充电机后给电动汽车充电，原理框图如图1所示。此种模式所有AC/DC模块的拓扑均采用AC/DC自带PFC+DC/DC模式，模块内部发热量高、易受电网过电压冲击、故障率较高。
如何在满足集中式充/换电站用电负荷峰值功率大、负荷波动大等特点，提出一种新的供电架构，提高电源的功率利用率，提高充电效率、降低充电站建设及运营成本是我们要解决的课题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种结构简单、满足集中式充/换电站用电负荷峰值功率大、负荷波动大，能充分利用电源功率，提高效率、降低成本的基于直流母线供电的集中式充电站电路拓扑及实现方法。
本发明所采用的技术方案是：所述基于直流母线供电的集中式充电站电路拓扑包括变压器模块、第一谐波滤波器1LB、第二谐波滤波器2LB、第一整流装置1REC、第二整流装置2REC；所述变压器模块具有原边和两个副边，所述变压器模块的原边与电网连接，所述变压器模块的两个副边输出电压相位有30度的相位差；所述第一整流装置1REC和所述第二整流装置2REC的交流输入端分别接入所述变压器模块的两个副边，所述第一整流装置1REC的输出端和所述第二整流装置2REC的输出端采用串联的方式或通过平衡电抗器L并联的方式组合，向站内提供直流供电电源的直流供电母线+M、-M；所述第一谐波滤波器1LB和所述第二谐波滤波器2LB分别接入所述变压器模块的两个副边，用于滤除由于负载的非线性特性而进入所述变压器模块的谐波。
进一步，所述第一谐波滤波器1LB和所述第二谐波滤波器2LB均为11次谐波滤波器，用于滤除由于负载的非线性特性而进入所述变压器模块的11次谐波。
进一步，所述变压器模块为一台三绕组变压器Tr，或者所述变压器模块由两台二绕组变压器1Tr、2Tr组成。
进一步，所述第一整流装置1REC和所述第二整流装置2REC均为6脉波整流装置，所述第一整流装置1REC的输出端和所述第二整流装置2REC的输出端采用串联的方式或通过所述平衡电抗器L并联的方式组合成12脉波输出，向站内提供直流供电电源的直流供电母线+M、-M。
进一步，与所述直流供电母线+M、-M连接的直流负荷包括若干个由单向隔离DC/DC模块1CHR-nCHR组成的充电机，所述单向隔离DC/DC模块1CHR-nCHR的输入端接入所述直流供电母线+M、-M，所述单向隔离DC/DC模块1CHR-nCHR的输出端给电池充电。
进一步，与所述直流供电母线+M、-M连接的直流负荷包括若干个由双向DC/DC模块1CDR-nCDR及储能电池1BAT-nBAT组成的储能系统，所述双向DC/DC模块1CDR-nCDR的输入端接入所述直流供电母线+M、-M，所述双向DC/DC模块1CDR-nCDR的输出端分别与所述储能电池1BAT-nBAT串联，所述直流供电母线+M、-M经所述双向DC/DC模块1CDR-nCDR给所述储能电池1BAT-nBAT充/放电。
进一步，与所述直流供电母线+M、-M连接的直流负荷包括若干个由DC/DC模块ECP或DC/AC模块ECA组成的站内供电单元，所述站内供电单元给站内设备供电，所述DC/DC模块ECP采用单向DC/DC模块，所述DC/AC模块ECA采用单向DC/DC模块，所述DC/DC模块ECP或所述DC/AC模块ECA的输入端接入所述直流供电母线+M、-M，所述DC/DC模块ECP或所述DC/AC模块ECA的输出端用于给站内设备供电。
进一步，所述单向隔离DC/DC模块1CHR-nCHR由单一单向隔离DC/DC模块或若干个同型号单向隔离DC/DC模块并联而成。
进一步，所述双向DC/DC模块1CDR-nCDR由单一双向DC/DC电源模块或若干个同型号双向DC/DC电源模块并联而成。
所述的基于直流母线供电的集中式充电站电路拓扑的实现方法为：
a、所述变压器模块为一台三绕组变压器Tr，或者所述变压器模块由两台二绕组变压器1Tr、2Tr组成，通过对所述变压器模块的原边副边线圈不同的接线方式组合，将中压35kV或10kV或其它电压等级的电网经一台三绕组变压器Tr或两台二绕组变压器1Tr、2Tr变换至12脉波整流所需的低压后，使所述变压器模块两个副边线圈输出电压相位有30度的相位差；所述第一整流装置1REC和所述第二整流装置2REC均为6脉波整流装置，再经这两台6脉波整流装置，并将6脉波整流装置整流输出端并联或串联后组合成12脉波输出，向站内提供直流供电电源的直流供电母线+M、-M；
b、为了满足电网对负荷注入电网的谐波含量要求，在所述变压器模块的两个副边绕组上分别接入所述第一谐波滤波器1LB和所述第二谐波滤波器2LB均为11次谐波滤波器，确保注入电网的谐波含量小于5%；
c、站内所有负荷包括给电动汽车充电的充电机、储能系统、照明设备、监控设备的供电均由直流供电母线+M、-M经DC/DC模块或DC/AC模块变换至相应的电压等级后进行供电；
d、若站内配有储能系统，每天可在电网的谷电或平电期间，直流供电母线+M、-M经双向DC/DC模块1CDR-nCDR向储能电池1BAT-nBAT充电，在电网峰电期间，所述储能电池1BAT-nBAT经所述双向DC/DC模块1CDR-nCDR向所述直流供电母线+M、-M，给所述直流供电母线+M、-M上的其它用电负荷供电。
本发明的有益效果是：由于本发明采用电网经12脉波整流输出后，向站内提供直流供电母线+M、-M，所有用电负荷均采用DC/DC或DC/AC模式向其负荷供电。在相同功率配置下，本发明与现有技术方案相比，可提高用电效率约2%，成本降低约10%，并且具有充电效率高、模块内部发热量小、故障率低、整站建设成本低等特点，可较好地解决目前充电机故障率高、发热量大、长时间运行易积灰、整站建设成本高等问题。
附图说明
图1是现有集中式充电站电路架构原理框图；
图2是本发明采用一台三绕组变压器，两台整流装置输出串联的电路架构原理框图；
图3是本发明采用一台三绕组变压器，两台整流装置输出并联的电路架构原理框图；
图4是本发明采用两台二绕组变压器，两台整流装置输出串联的电路架构原理框图；
图5是本发明采用两台二绕组变压器，两台整流装置输出并联的电路架构原理框图。
具体实施方式
实施例一
如图2所示，在本实施例中，所述基于直流母线供电的集中式充/换电站电路拓扑包括变压器模块、第一谐波滤波器1LB、第二谐波滤波器2LB、第一整流装置1REC、第二整流装置2REC；所述变压器模块具有原边和两个副边，所述变压器模块的原边与电网连接，所述变压器模块的两个副边输出电压相位有30度的相位差；所述第一整流装置1REC和所述第二整流装置2REC的交流输入端分别接入所述变压器模块的两个副边，所述第一整流装置1REC的输出端和所述第二整流装置2REC的输出端采用串联的方式组合成向站内提供直流供电电源的直流供电母线+M、-M；所述第一谐波滤波器1LB和所述第二谐波滤波器2LB分别接入所述变压器模块的两个副边，用于滤除由于负载的非线性特性而进入所述变压器模块的谐波。
在本实施例中，所述第一谐波滤波器1LB和所述第二谐波滤波器2LB均为11次谐波滤波器，用于滤除由于负载的非线性特性而进入所述变压器模块的11次谐波。
在本实施例中，所述变压器模块为一台三绕组变压器Tr。
在本实施例中，所述第一整流装置1REC和所述第二整流装置2REC均为6脉波整流装置，所述第一整流装置1REC的输出端和所述第二整流装置2REC的输出端采用串联的方式或通过所述平衡电抗器L并联的方式组合成呈12脉波输出的向站内提供直流供电电源的直流供电母线+M、-M。
在本实施例中，与所述直流供电母线+M、-M连接的直流负荷包括若干个由单向隔离DC/DC模块1CHR-nCHR组成的充电机，所述单向隔离DC/DC模块1CHR-nCHR的输入端接入所述直流供电母线+M、-M，所述单向隔离DC/DC模块1CHR-nCHR的输出端给电池充电。
在本实施例中，与所述直流供电母线+M、-M连接的直流负荷包括若干个由双向DC/DC模块1CDR-nCDR及储能电池1BAT-nBAT组成的储能系统，所述双向DC/DC模块1CDR-nCDR的输入端接入所述直流供电母线+M、-M，所述双向DC/DC模块1CDR-nCDR的输出端分别与所述储能电池1BAT-nBAT串联，所述直流供电母线+M、-M经所述双向DC/DC模块1CDR-nCDR给所述储能电池1BAT-nBAT充/放电。
在本实施例中，与所述直流供电母线+M、-M连接的直流负荷包括若干个由DC/DC模块ECP或DC/AC模块ECA组成的站内供电单元，所述站内供电单元给站内设备供电，所述DC/DC模块ECP采用单向DC/DC模块，所述DC/AC模块ECA采用单向DC/AC模块，所述DC/DC模块ECP或所述DC/AC模块ECA的输入端接入所述直流供电母线+M、-M，所述DC/DC模块ECP或所述DC/AC模块ECA的输出端用于给站内设备供电。
在本实施例中，所述单向隔离DC/DC模块1CHR-nCHR由单一单向隔离DC/DC模块或若干个同型号单向隔离DC/DC模块并联而成。
在本实施例中，所述双向DC/DC模块1CDR-nCDR由单一双向DC/DC电源模块或若干个同型号双向DC/DC电源模块并联而成。
在本实施例中，所述ECP电源模块由单一DC/DC模块或若干个同型号DC/DC模块并联而成。所述ECA电源模块由单一DC/AC电源模块或若干个同型号DC/AC电源模块并联而成。
以图2说明本发明的工作原理：
a、所述变压器模块为一台三绕组变压器Tr，通过对所述变压器模块的原边副边线圈不同的接线方式组合，将中压35kV或10kV或其它电压等级的电网经一台三绕组变压器Tr或两台二绕组变压器1Tr、2Tr变换至12脉波整流所需的低压后，使所述变压器模块两个副边线圈输出电压相位有30度的相位差；所述第一整流装置1REC和所述第二整流装置2REC均为6脉波整流装置，再经这两台6脉波整流装置，并将6脉波整流装置整流输出端串联后组合成12脉波输出，向站内提供直流供电电源的直流供电母线+M、-M；
b、为了满足电网对负荷注入电网的谐波含量要求，在三绕组变压器Tr的两个副边绕组上分别接入所述第一谐波滤波器1LB和所述第二谐波滤波器2LB均为11次谐波滤波器，确保注入电网的谐波含量小于5%；
c、站内所有负荷包括给电动汽车充电的充电机、储能系统、照明设备、监控设备的供电均由直流供电母线+M、-M经DC/DC模块或DC/AC模块变换至相应的电压等级后进行供电；
d、若站内配有储能系统，每天可在电网的谷电或平电期间，直流供电母线+M、-M经双向DC/DC模块1CDR-nCDR向储能电池1BAT-nBAT充电，在电网峰电期间，所述储能电池1BAT-nBAT经所述双向DC/DC模块1CDR-nCDR向所述直流供电母线+M、-M，给所述直流供电母线+M、-M上的其它用电负荷供电。
实施例二
如图3所示，本实施例与实施例一的不同之处在于，所述第一整流装置1REC的输出端和所述第二整流装置2REC的输出端通过平衡电抗器L并联的方式组合，向站内提供直流供电电源的直流供电母线+M、-M。
实施例三
如图4所示，本实施例与实施例一的不同之处在于，所述变压器模块由两台二绕组变压器1Tr、2Tr组成。
实施例四
如图5所示，本实施例与实施例三的不同之处在于，所述第一整流装置1REC的输出端和所述第二整流装置2REC的输出端通过平衡电抗器L并联的方式组合，向站内提供直流供电电源的直流供电母线+M、-M。
虽然本发明的实施例是以实际方案来描述的，但是并不构成对本发明含义的限制，对于本领域的技术人员，根据本说明书对其实施方案的修改及与其他方案的组合都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种基于直流母线供电的集中式充/换电站电路拓扑，其特征在于：所述基于直流母线供电的集中式充电站电路拓扑包括变压器模块、第一谐波滤波器（1LB）、第二谐波滤波器（2LB）、第一整流装置（1REC）、第二整流装置（2REC）；所述变压器模块具有原边和两个副边，所述变压器模块的原边与电网连接，所述变压器模块的两个副边输出电压相位有30度的相位差；所述第一整流装置（1REC）和所述第二整流装置（2REC）的交流输入端分别接入所述变压器模块的两个副边，所述第一整流装置（1REC）的输出端和所述第二整流装置（2REC）的输出端采用串联的方式或通过平衡电抗器（L）并联的方式组合成向站内提供直流供电电源的直流供电母线（+M、-M）；所述第一谐波滤波器（1LB）和所述第二谐波滤波器（2LB）分别接入所述变压器模块的两个副边，用于滤除由于负载的非线性特性而进入所述变压器模块的谐波。
2.根据权利要求1所述的基于直流母线供电的集中式充电站电路拓扑，其特征在于：所述第一谐波滤波器（1LB）和所述第二谐波滤波器（2LB）均为11次谐波滤波器，用于滤除由于负载的非线性特性而进入所述变压器模块的11次谐波。
3.根据权利要求1所述的基于直流母线供电的集中式充电站电路拓扑，其特征在于：所述变压器模块为一台三绕组变压器（Tr），或者所述变压器模块由两台二绕组变压器（1Tr、2Tr）组成。
4.根据权利要求1所述的基于直流母线供电的集中式充电站电路拓扑，其特征在于：所述第一整流装置（1REC）和所述第二整流装置（2REC）均为6脉波整流装置，所述第一整流装置（1REC）的输出端和所述第二整流装置（2REC）的输出端采用串联的方式或通过所述平衡电抗器（L）并联的方式组合为12脉波输出，并向站内提供直流供电电源的直流供电母线（+M、-M）。
5.根据权利要求1所述的基于直流母线供电的集中式充电站电路拓扑，其特征在于：与所述直流供电母线（+M、-M）连接的直流负荷包括若干个由单向隔离DC/DC模块（1CHR-nCHR）组成的充电机，所述单向隔离DC/DC模块（1CHR-nCHR）的输入端接入所述直流供电母线（+M、-M），所述单向隔离DC/DC模块（1CHR-nCHR）的输出端给电池充电。
6.根据权利要求1所述的基于直流母线供电的集中式充电站电路拓扑，其特征在于：与所述直流供电母线（+M、-M）连接的直流负荷包括若干个由双向DC/DC模块（1CDR-nCDR）及储能电池（1BAT-nBAT）组成的储能系统，所述双向DC/DC模块（1CDR-nCDR）的输入端接入所述直流供电母线（+M、-M），所述双向DC/DC模块（1CDR-nCDR）的输出端分别与所述储能电池（1BAT-nBAT）串联，所述直流供电母线（+M、-M）经所述双向DC/DC模块（1CDR-nCDR）给所述储能电池（1BAT-nBAT）充/放电。
7.根据权利要求1所述的基于直流母线供电的集中式充电站电路拓扑，其特征在于：与所述直流供电母线（+M、-M）连接的直流负荷包括若干个由DC/DC模块（ECP）或DC/AC模块（ECA）组成的站内供电单元，所述站内供电单元给站内设备供电，所述DC/DC模块（ECP）采用单向DC/DC模块，所述DC/AC模块（ECA）采用单向DC/AC模块，所述DC/DC模块（ECP）或所述DC/AC模块（ECA）的输入端接入所述直流供电母线（+M、-M），所述DC/DC模块（ECP）或所述DC/AC模块（ECA）的输出端用于给站内设备供电。
8.根据权利要求5所述的基于直流母线供电的集中式充电站电路拓扑，其特征在于：所述单向隔离DC/DC模块（1CHR-nCHR）由单一单向隔离DC/DC模块或若干个同型号单向隔离DC/DC模块并联而成。
9.根据权利要求6所述的基于直流母线供电的集中式充电站电路拓扑，其特征在于：所述双向DC/DC模块（1CDR-nCDR）由单一双向DC/DC电源模块或若干个同型号双向DC/DC电源模块并联而成。
10.一种如权利要求1所述的基于直流母线供电的集中式充电站电路拓扑的实现方法，其特征在于：所述实现方法为：
a、所述变压器模块为一台三绕组变压器（Tr），或者所述变压器模块由两台二绕组变压器（1Tr、2Tr）组成，通过对所述变压器模块的原边副边线圈不同的接线方式组合，将中压35kV或10kV或其它电压等级的电网经一台三绕组变压器（Tr）或两台二绕组变压器（1Tr、2Tr）变换至12脉波整流所需的低压后，使所述变压器模块两个副边线圈输出电压相位有30度的相位差；所述第一整流装置（1REC）和所述第二整流装置（2REC）均为6脉波整流装置，再经这两台6脉波整流装置，并将6脉波整流装置整流输出端并联或串联后组合成12脉波输出的向站内提供直流供电电源的直流供电母线（+M、-M）；
b、为了满足电网对负荷注入电网的谐波含量要求，在所述变压器模块的两个副边绕组上分别接入所述第一谐波滤波器（1LB）和所述第二谐波滤波器（2LB）均为11次谐波滤波器，确保注入电网的谐波含量小于5%；
c、站内所有负荷包括给电动汽车充电的充电机、储能系统、照明设备、监控设备的供电均由直流供电母线（+M、-M）经DC/DC模块或DC/AC模块变换至相应的电压等级后进行供电；
d、若站内配有储能系统，每天可在电网的谷电或平电期间，直流供电母线（+M、-M）经双向DC/DC模块（1CDR-nCDR）向储能电池（1BAT-nBAT）充电，在电网峰电期间，所述储能电池（1BAT-nBAT）经所述双向DC/DC模块（1CDR-nCDR）向所述直流供电母线（+M、-M），给所述直流供电母线（+M、-M）上的其它用电负荷供电。
CN202011045677.9A 2020-09-29 2020-09-29 基于直流母线供电的集中式充电站电路拓扑及实现方法 Pending CN112039174A (zh)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023125827A1 (zh) * 2021-12-30 2023-07-06 奥动新能源汽车科技有限公司 电池管理设备、充电装置

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