CN113258620B - 一种交直流供电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种交直流供电系统,包括:在交流系统及变流系统之间加装接地装置,接地装置还与零线及大地连接,从而实现为变流系统提供零线及接地点,使得变流系统的接线方式不仅限于三相三线制;将共模电压消除电路接入变流系统的交流侧及直流侧,共模电压消除电路不仅限于抑制变流系统交直流侧之间的共模电压,还同时感应出相应比例的反向共模电压,并将其串入直流母线与地线回路中,从而实现变流系统对地共模电压的消除。
Description
技术领域
本发明涉及供电技术领域,具体涉及一种交直流供电系统。
背景技术
交直流供电系统(或装置)是交直流配电网的核心组成部分,承担着电能变换(包括电压等级变换,频率变换、交直流供电方式变换等)和电能供给的重要角色,其核心技术是电力电子装置技术。在实际应用设计时,为了提高装置的功率密度、降低装置的制造成本或者鉴于其他设计因素的考虑,通常装置的交流侧多采用大功率三相三线制非隔离型交流/直流变换器(AC/DC)给交流负荷供电、设备的直流侧多采用大功率非隔离型直流/直流(DC/DC)变换器给直流负荷供电。然而,交流负荷需要的供电接线方式多为三相四线(或三相五线)制,并且直流负荷的接地方式多为IT(I=电源端不接地或经高阻抗接地;T=电气装置的外露可导电部分直接接地,此接地点在电气上独立于电源端的接地点)接地形式。在此情况下如果不对交直流供电系统的接线方式进行处理,将导致无法以交直流侧共地的形式给交直流负荷供电,另外供电系统的交直流侧如果共地之后,如果不对交直流母线上因变流器使用PWM(脉冲宽度调制)技术产生的共模电压进行处理,则过高的共模电压可能损坏交直流负荷。
发明内容
因此,本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的因变流器使用PWM(脉冲宽度调制)技术产生的共模电压可能损坏交直流负荷的缺陷,从而提供一种交直流供电系统。
为达到上述目的,本发明提供如下技术方案:
本发明实施例提供一种交直流供电系统,包括:交流系统、接地装置、变流系统、共模电压消除电路、多条直流母线,其中,交流系统的三相交流线路分别与变流系统的三相交流线路连接,并与共模电压消除电路的第一端、第二端及第三端连接,同时与接地装置的第一端、第二端、第三端连接;接地装置的第四端分别与交流系统的零线连接,并接地;变流系统,其直流侧分别通过第一直流母线、第二直流母线与共模电压消除电路的第四端及第五端对应连接;共模电压消除电路的第六端及第七端分别通过第三直流母线、第四直流母线连接于公共直流母线上,且直流系统连接于公共直流母线上,其第八端接地;接地装置用于为变流系统构建零线及接地点;变流系统用于实现直流系统与交流系统之间的能量流动;共模电压消除电路用于抑制变流系统交直流侧之间的共模电压,并将此共模电压转换为相应比例的反向共模感应电压,并将其串入直流母线对地回路中,将剩余共模电压进行抵消。
在一实施例中,共模电压消除电路包括:共模电压抑制电路及剩余共模电压消除电路,其中,共模电压抑制电路,其第一端、第二端及第三端分别与变流系统的三相交流线路对应连接,其第四端及第五端分别与第一直流母线、第二直流母线对应连接,其第六端及第七端分别通过第三直流母线、第四直流母线连接于公共直流母线上,用于抑制变流系统交直流侧之间的共模电压;剩余共模电压消除电路,其第一端及第二端分别与第三直流母线、第四直流母线连接,其第三端接地,其第四端以电磁耦合的方式与所述共模电压抑制电路连接,用于将变流系统交直流侧之间的共模电压转换为相应比例的反向共模感应电压,并将其串入直流母线对地回路中,对剩余共模电压进行抵消。
在一实施例中,共模电压抑制电路包括:第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、共模电感的第一绕组及其第二绕组,其中,共模电感的第一绕组的第一端、共模电感的第二绕组的第一端分别与第一直流母线、第二直流母线对应连接,共模电感的第一绕组的第二端、共模电感的第二绕组的第二端分别通过第三直流母线、第四直流母线连接于公共直流母线上;第一电容与第二电容串联连接后的两端分别与第三直流母线、第四直流母线对应连接;第三电容、第四电容及第五电容呈星型连接后的三端分别与变流系统的三相交流线路对应连接;第一电容与第二电容串联连接后的中点,与第三电容、第四电容及第五电容呈星型连接后的中点连接;共模电感的第一绕组及其第二绕组用于抑制变流系统交直流侧之间的共模电压。
在一实施例中,剩余共模电压消除电路包括:共模电感的第三绕组、第六电容及第七电容,其中,第六电容、共模电感的第三绕组、第七电容依次串联连接后的电路的两端,分别与第三直流母线、第四直流母线对应连接,共模电感的第三绕组的中间抽头接地;共模电感的第三绕组用于将变流系统交直流侧之间的共模电压转换为相应比例的反向共模感应电压,并将其串入直流母线对地回路中,对剩余共模电压进行抵消。
在一实施例中,共模电感的第一绕组及其第二绕组均其第三绕组之间成反向耦合。
在一实施例中,变流系统包括:滤波电路、变换器及电容支撑电路,其中,滤波电路,其第一端、第二端、第三端与变换器的三相交流线路对应连接,其第四端、第五端、第六端分别与共模电压抑制电路的第一端、第二端、第三端对应连接,且与交流系统的三相交流线路对应连接,用于抑制变换器交直流侧之间的部分共模电压和变流器交流侧谐波;电容支撑电路连接于变换器的直流侧的两条直流母线之间,用于对变换器直流侧电压进行支撑和滤波;变换器的直流侧通过第一直流母线、第二直流母线分别与共模电感的第一绕组的第一端及其第二绕组的第一端连接,其三相交流线路还与交流系统的输出端连接,用于直流系统与交流系统之间的能量流动。
在一实施例中,滤波电路包括LC滤波电路或LCL滤波电路,其中,LC滤波电路或LCL滤波电路均包括多个电容,多个电容呈星型连接或三角形连接。
在一实施例中,变换器为两电平交直流变换器、三电平交直流变换器、多电平交直流变换器中的任意一种;当变换器为两电平交直流变换器时,电容支撑电路包括至少一个电容,且当其包括一个电容时,此电容的两端分别与第一直流母线、第二直流母线对应连接,当其包括多个电容时,多个电容串联连接后的两端分别与第一直流母线、第二直流母线对应连接;当变换器为三电平交直流变换器时,电容支撑电路由两个电容串联连接构成,且串联连接电路的两端与第一直流母线及第二直流母线对应连接,且两个电容的连接点与变换器的桥臂连接;当变换器为多电平交直流变换器时,电容支撑电路由多个电容串联连接构成,且串联连接电路的两端与第一直流母线及第二直流母线对应连接,且每两个电容的连接点与变换器的桥臂连接。
在一实施例中,当交流系统为低压交流系统时,交直流供电系统还包括:电力电子变压器及低压直流接口电路,其中,电力电子变压器的第一端及第二端分别与公共直流母线连接,低压直流接口电路连接于电力电子变压器的第一端及第二端之间,电力电子变压器的输出端与高压交流系统、高压直流系统连接。
在一实施例中,接地装置为接地电路,其包括接地变压器、或电容。
本发明技术方案,具有如下优点:
1.本发明提供的交直流供电系统,在交流系统及变流系统之间加装接地装置,接地装置还与零线及大地连接,从而实现为变流系统提供零线及接地点,使得变流系统的接线方式不仅限于三相三线制;共模电压消除电路不仅限于消除变流系统交直流侧之间的共模电压,还将共模电压转换转换为相应比例的反向共模电压,并将其串入直流母线对地回路中,从而实现对共模电压的彻底消除。
2.本发明提供的交直流供电系统,利用三绕组共模电感及交直流侧共模电容构建的共模电压低阻抗通路及剩余共模电压消除电路,从而方便地实现了交直流配电网的交直流侧共地和对共模电压的消除,使供电电压质量更高,对负荷的供电更可靠,具有较低的硬件成本和较高的工程应用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的交直流供电系统的一个具体示例的组成图;
图2为本发明实施例提供的交直流供电系统的另一个具体示例的组成图;
图3(a)为本发明实施例提供的交直流供电系统的另一个具体示例的组成图;
图3(b)为本发明实施例提供的交直流供电系统的另一个具体示例的组成图;
图4为本发明实施例提供的交直流供电系统的另一个具体示例的组成图;
图5(a)~图5(d)分别为本发明实施例提供的变流系统的一个具体示例的组成图;
图6(a)~图6(d)分别为本发明实施例提供的变流系统的另一个具体示例的组成图;
图7为本发明实施例提供的交直流供电系统的另一个具体示例的组成图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,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,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,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发明和简化描述,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发明的限制。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。
在本发明的描述中,需要说明的是,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,还可以是两个元件内部的连通,可以是无线连接,也可以是有线连接。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发明中的具体含义。
此外,下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例
本发明实施例提供一种交直流供电系统,应用于需要消除共模电压的场合,如图1所示,包括:变流系统1、交流系统2、共模电压消除电路3、接地装置4、多条直流母线。
如图1所示,交流系统2的三相交流线路(A相、B相、C相)分别与变流系统1的三相交流线路(A相、B相、C相)连接,并与共模电压消除电路3的第一端、第二端及第三端连接,同时与接地装置4的第一端、第二端、第三端连接;接地装置4的第四端分别与交流系统2的零线(N线)连接,并接地;变流系统1,其直流侧分别通过第一直流母线(直流母线#1)、第二直流母线(直流母线#2)与共模电压消除电路3的第四端及第五端对应连接;共模电压消除电路3的第六端及第七端分别通过第三直流母线(直流母线#3)、第四直流母线(直流母线#4)连接于公共直流母线(公共直流母线#1及公共直流母线#2)上,且直流系统连接于公共直流母线(公共直流母线#1及公共直流母线#2)上,其第八端接地,其中直流系统由DC/DC装置与负载连接构成、或储能装置构成、或其它装置构成。
本发明实施例的变流系统1为三相三线制接线方式,而交流系统需要的供电接线方式多为三相四线制或三相五线制,因此本发明实施例通过将接地装置4与三相交流线路、交流系统2的零线连接,并接地,从而为变流系统1构建零线及接地点,实现交直流侧共地,此外,本发明实施例的接地装置4为接地电路,其包括接地变压器、或电容,且接地装置可以加装至变流系统内部。
本发明实施例的变流系统1用于实现直流系统与交流系统2之间的能量流动;共模电压消除电路3用于抑制变流系统1交直流侧之间的共模电压,并将此共模电压转换为相应比例的反向共模感应电压,并将其串入直流母线对地回路中,将剩余共模电压进行抵消。
具体地,变流系统1的交直流侧之间的共模电压大部分被变流系统1消除、及共模电压消除电路3内部的电抗器消除,而剩余的共模电压被共模电压消除电路3内的带有抽头的电抗器转换为相应比例的反向共模感应电压,并将其串入直流母线对地回路中,将剩余共模电压进行抵消,从而实现彻底消除交直流侧共模电压。
在一具体实施例中,如图2所示,共模电压消除电路3包括:共模电压抑制电路31及剩余共模电压消除电路32,其中,
如图2所示,本发明实施例的共模电压抑制电路31,其第一端、第二端及第三端分别与变流系统1的三相交流线路对应连接,其第四端及第五端分别与第一直流母线、第二直流母线对应连接,其第六端及第七端分别通过第三直流母线、第四直流母线连接于公共直流(公共直流母线#1及公共直流母线#2)母线上,用于抑制变流系统1交直流侧之间的共模电压。
如图2所示,本发明实施例的剩余共模电压消除电路32,其第一端及第二端分别与第三直流母线、第四直流母线连接,其第三端接地,其第四端以电磁耦合的方式与所述共模电压抑制电路连接,用于将变流系统1交直流侧之间的共模电压转换为相应比例的反向共模感应电压,并将其串入直流母线对地回路中,对剩余共模电压进行抵消。
在一具体实施例中,如图3(a)及图3(b)所示,共模电压抑制电路31包括:第一电容C 1、第二电容C 2、第三电容C 3、第四电容C 4、第五电容C 5、共模电感的第一绕组L 1、共模电感的第二绕组L 2,其中,共模电感的第一绕组L 1的第一端、共模电感的第二绕组L 2的第一端分别与第一直流母线、第二直流母线对应连接,共模电感的第一绕组L 1的第二端、共模电感的第二绕组L 2的第二端分别通过第三直流母线、第四直流母线连接于公共直流母线(公共直流母线#1及公共直流母线#2)上;第一电容C 1与第二电容C 2串联连接后的两端分别与第三直流母线、第四直流母线对应连接;第三电容C 3、第四电容C 4及第五电容C 5呈星型连接后的三端分别与变流系统1的三相交流线路对应连接;第一电容C 1与第二电容C 2串联连接后的中点,与第三电容C 3、第四电容C 4及第五电容C 5呈星型连接后的中点连接。
如图3(a)及图3(b)所示,剩余共模电压消除电路32包括:共模电感的第三绕组L 3、第六电容C 6及第七电容C 7,其中,第六电容C 6、共模电感的第三绕组L 3、第七电容C 7依次串联连接后的电路的两端,分别与第三直流母线、第四直流母线对应连接,共模电感的第三绕组L 3的中间抽头接地。
本发明实施例的共模电感的第一绕组L 1及共模电感的第二绕组L 2与共模电感的第三绕组L 3之间成反向耦合,共模电感的第一绕组L 1及其第二绕组L 2用于抑制变流系统1交直流侧之间的共模电压,共模电感的第三绕组L 3用于将变流系统1交直流侧之间的共模电压转换为相应比例的反向共模感应电压,并将其串入直流母线对地回路中,对剩余共模电压进行抵消。
在一具体实施例中,如图4所示,变流系统1包括:滤波电路11、变换器12及电容支撑电路13。
如图4所示,滤波电路11,其第一端、第二端、第三端与变换器12的三相交流线路对应连接,其第四端、第五端、第六端分别与共模电压抑制电路31的第一端、第二端、第三端对应连接,且与交流系统2的三相交流线路对应连接,用于抑制变换器12交直流侧之间的部分共模电压和变流器交流侧谐波。
如图4所示,电容支撑电路13连接于变换器12的直流侧的两条直流母线之间,用于对变换器12直流侧电压进行支撑和滤波。
如图4所示,变换器12的直流侧通过第一直流母线、第二直流母线分别与共模电感的第一绕组L 1的第一端及其第二绕组L 2的第一端连接,其三相交流线路还与交流系统2的输出端连接,用于直流系统与交流系统2之间的能量流动。
本发明实施例的滤波电路11包括LC滤波电路或LCL滤波电路,其中,LC滤波电路或LCL滤波电路均包括多个电容,多个电容呈星型连接或三角形连接。
需要说明的是本发明实施例的滤波电路11不仅限于LC滤波电路、LCL滤波电路,同时还可以为其它具体相同滤波作用的电路,在此不再赘述。
本发明实施例中,变换器12为两电平交直流变换器、三电平交直流变换器、多电平交直流变换器中的任意一种;当变换器12为两电平交直流变换器时,电容支撑电路13包括至少一个电容,且当其包括一个电容时,此电容的两端分别与第一直流母线、第二直流母线对应连接,当其包括多个电容时,多个电容串联连接后的两端分别与第一直流母线、第二直流母线对应连接;当变换器12为三电平交直流变换器时,电容支撑电路13由两个电容串联连接构成,且串联连接电路的两端与第一直流母线及第二直流母线对应连接,且两个电容的连接点与变换器的桥臂连接;当变换器为多电平交直流变换器时,电容支撑电路13由多个电容串联连接构成,且串联连接电路的两端与第一直流母线及第二直流母线对应连接,且每两个电容的连接点与变换器的桥臂连接。
具体地,如图5(a)~图5(d)所示,当变换器12为两电平交直流变换器时,电容支撑电路13由两个电容串联连接构成,且串联连接电路的两端与第一直流母线(直流母线#1)、第二直流母线(直流母线#2)对应连接。
如图6(a)~图6(d)所示,当变换器12为三电平交直流变换器时,电容支撑电路13由两个电容串联连接构成,且串联连接电路的两端与第一直流母线(直流母线#1)、第二直流母线(直流母线#2)对应连接,且两个电容的连接点与变换器的每个桥臂连接。
在一具体实施例中,如图7所示,当交流系统2为低压交流系统时,交直流供电系统还包括:电力电子变压器5及低压直流接口电路6。
如图7所示,本发明实施例的电力电子变压器5的第一端及第二端分别与公共直流母线(公共直流母线#1及公共直流母线#2)连接,低压直流接口电路6连接于电力电子变压器的第一端及第二端之间,电力电子变压器5的输出端分别与高压交流系统、高压直流系统连接。需要说明的是,图7中的低压直流接口电路6仅用于举例,但不以此为限制。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种交直流供电系统,其特征在于,包括:交流系统、接地装置、变流系统、共模电压消除电路、多条直流母线,其中,
交流系统的三相交流线路分别与所述变流系统的三相交流线路连接,并与所述共模电压消除电路的第一端、第二端及第三端连接,同时与接地装置的第一端、第二端、第三端连接;
接地装置的第四端分别与所述交流系统的零线连接,并接地;
变流系统,其直流侧分别通过第一直流母线、第二直流母线与所述共模电压消除电路的第四端及第五端对应连接;
所述共模电压消除电路的第六端及第七端分别通过第三直流母线、第四直流母线连接于公共直流母线上,且直流系统连接于公共直流母线上,其第八端接地;
所述接地装置用于为所述变流系统构建零线及接地点;
所述变流系统用于实现直流系统与所述交流系统之间的能量流动;
所述共模电压消除电路用于抑制变流系统交直流侧之间的共模电压,并将此共模电压转换为相应比例的反向共模感应电压,并将其串入直流母线对地回路中,将剩余共模电压进行抵消。
2.根据权利要求1所述的交直流供电系统,其特征在于,所述共模电压消除电路包括:共模电压抑制电路及剩余共模电压消除电路,其中,
共模电压抑制电路,其第一端、第二端及第三端分别与所述变流系统的三相交流线路对应连接,其第四端及第五端分别与第一直流母线、第二直流母线对应连接,其第六端及第七端分别通过第三直流母线、第四直流母线连接于公共直流母线上,用于抑制变流系统交直流侧之间的共模电压;
剩余共模电压消除电路,其第一端及第二端分别与第三直流母线、第四直流母线连接,其第三端接地,其第四端以电磁耦合的方式与所述共模电压抑制电路连接,用于将变流系统交直流侧之间的共模电压转换为相应比例的反向共模感应电压,并将其串入直流母线对地回路中,对剩余共模电压进行抵消。
3.根据权利要求2所述的交直流供电系统,其特征在于,所述共模电压抑制电路包括:第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、共模电感的第一绕组及其第二绕组,其中,
共模电感的第一绕组的第一端、共模电感的第二绕组的第一端分别与第一直流母线、第二直流母线对应连接,共模电感的第一绕组的第二端、共模电感的第二绕组的第二端分别通过第三直流母线、第四直流母线连接于公共直流母线上;
第一电容与第二电容串联连接后的两端分别与第三直流母线、第四直流母线对应连接;
第三电容、第四电容及第五电容呈星型连接后的三端分别与所述变流系统的三相交流线路对应连接;第一电容与第二电容串联连接后的中点,与第三电容、第四电容及第五电容呈星型连接后的中点连接;
共模电感的第一绕组及第二绕组用于抑制变流系统交直流侧之间的共模电压。
4.根据权利要求3所述的交直流供电系统,其特征在于,所述剩余共模电压消除电路包括:共模电感的第三绕组、第六电容及第七电容,其中,
第六电容、共模电感的第三绕组、第七电容依次串联连接后的电路的两端,分别与第三直流母线、第四直流母线对应连接,共模电感的第三绕组的中间抽头接地;
所述共模电感的第三绕组用于将变流系统交直流侧之间的共模电压转换为相应比例的反向共模感应电压,并将其串入直流母线对地回路中,对剩余共模电压进行抵消。
5.根据权利要求4所述的交直流供电系统,其特征在于,所述共模电感的第一绕组及其第二绕组与其第三绕组之间成反向耦合。
6.根据权利要求2所述的交直流供电系统,其特征在于,所述变流系统包括:滤波电路、变换器及电容支撑电路,其中,
滤波电路,其第一端、第二端、第三端与所述变换器的三相交流线路对应连接,其第四端、第五端、第六端分别与所述共模电压抑制电路的第一端、第二端、第三端对应连接,且与交流系统的三相交流线路对应连接,用于抑制所述变换器交直流侧之间的部分共模电压和变流器交流侧谐波;
电容支撑电路连接于所述变换器的直流侧的两条直流母线之间,用于对所述变换器直流侧电压进行支撑和滤波;
所述变换器的直流侧通过第一直流母线、第二直流母线分别与共模电感的第一绕组的第一端及其第二绕组的第一端连接,其三相交流线路还与所述交流系统的输出端连接,用于直流系统与所述交流系统之间的能量流动。
7.根据权利要求6所述的交直流供电系统,其特征在于,所述滤波电路包括LC滤波电路或LCL滤波电路,其中,LC滤波电路或LCL滤波电路均包括多个电容,多个电容呈星型连接或三角形连接。
8.根据权利要求6所述的交直流供电系统,其特征在于,
所述变换器为两电平交直流变换器、三电平交直流变换器、多电平交直流变换器中的任意一种;
当所述变换器为两电平交直流变换器时,所述电容支撑电路包括至少一个电容,且当其包括一个电容时,此电容的两端分别与第一直流母线、第二直流母线对应连接,当其包括多个电容时,多个电容串联连接后的两端分别与第一直流母线、第二直流母线对应连接;
当所述变换器为三电平交直流变换器时,所述电容支撑电路由两个电容串联连接构成,且串联连接电路的两端与第一直流母线及第二直流母线对应连接,且两个电容的连接点与变换器的桥臂连接;
当所述变换器为多电平交直流变换器时,所述电容支撑电路由多个电容串联连接构成,且串联连接电路的两端与第一直流母线及第二直流母线对应连接,且每两个电容的连接点与变换器的桥臂连接。
9.根据权利要求2所述的交直流供电系统,其特征在于,当所述交流系统为低压交流系统时,所述交直流供电系统还包括:电力电子变压器及低压直流接口电路,其中,
电力电子变压器的第一端及第二端分别与公共直流母线连接,低压直流接口电路连接于电力电子变压器的第一端及第二端之间,电力电子变压器的输出端与高压交流系统、高压直流系统连接。
10.根据权利要求1所述的交直流供电系统,其特征在于,所述接地装置为接地电路,其包括接地变压器或电容。
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