CN114123269A - 一种采用电力电子变压器的火电储能系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用电力电子变压器的火电储能系统，包括：火厂用交流6.3kV单元、储能电力电子升压并网单元和储能设备单元；所述储能设备单元分为A、B两个储能单元，A、B两个储能单元分别通过断路器接入所述储能电力电子升压并网单元中A、B两个电力电子变压器低压侧，所述储能电力电子升压并网单元中电力电子变压器高压侧通过储能并网开关与所述厂用交流6.3kV单元中A、B两段6.3kV厂用母线连接。本发明通过使用电力电子变压器实现储能设备400V/6.3kV变压，使储能设备并网调节更加灵活。

Description

一种采用电力电子变压器的火电储能系统
技术领域
本发明涉及一种采用电力电子变压器的火电储能系统，通过使用电力电子变压器实现储能设备400V/6.3kV变压，使储能设备并网调节更加灵活。
背景技术
近年来，随着储能产业的发展，多种新型储能技术不断突破，在越来越多的场景实现示范应用，主要有储热技术、氢储能技术、电磁储能和飞轮储能等。随着风电和光伏的并网量增加、互联大电网的快速发展、大容量发电和远距离输电，使得电力系统的调节任务更加繁重。储能单元作为可以灵活充放电的电源，能够实现在电网中动态吸收、释放能量，且因为其响应快速、控制灵活，在维持电网电压稳定有无可替代的优势。
电力电子变压器在电能质量调节和谐波抑制等方面具有一定优势，具有电压等级变换、电气隔离、功率调节与控制、多个交直流端口接入、电能质量控制以及与其他智能设备通信等一系列功能优势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用电力电子变压器的火电储能系统，通过使用电力电子变压器实现储能设备400V/6.3kV变压，使储能设备并网调节更加灵活。
为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案来实现：
一种采用电力电子变压器的火电储能系统，包括：火厂用交流6.3kV单元、储能电力电子升压并网单元和储能设备单元；
所述储能设备单元分为A、B两个储能单元，A、B两个储能单元分别通过断路器接入所述储能电力电子升压并网单元中A、B两个电力电子变压器低压侧，所述储能电力电子升压并网单元中电力电子变压器高压侧通过储能并网开关与所述厂用交流6.3kV单元中A、B两段6.3kV厂用母线连接。
本发明进一步的改进在于，所述厂用交流6.3kV单元包括：火电发电机、火电机组厂用分裂绕组变压器、6.3kV厂用电A段、A段厂用负荷并网开关、A段厂用负荷、6.3kV厂用电B段、B段厂用负荷并网开关和B段厂用负荷；
所述火电发电机出口连接有所述火电机组厂用分裂绕组变压器高压侧，所述6.3kV厂用电A段连接至所述火电机组厂用分裂绕组变压器低压侧A分支，所述A段厂用负荷通过所述A段厂用负荷并网开关连接至所述6.3kV厂用电A段；所述6.3kV厂用电B段连接至所述火电机组厂用分裂绕组变压器低压侧B分支，所述B段厂用负荷通过所述B段厂用负荷并网开关连接至所述6.3kV厂用电B段。
本发明进一步的改进在于，所述储能电力电子升压并网单元包括：A段储能并网开关、A段储能电力电子变压器DC/AC换流器、A段储能电力电子变压器高压侧滤波电容、A段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器、A段储能电力电子变压器低压侧滤波电容和A段储能电力电子变压器AC/DC换流器；
所述A段储能电力电子变压器高压侧通过所述A段储能并网开关连接至所述6.3kV厂用电A段；A段储能电力电子变压器中所述A段储能电力电子变压器DC/AC换流器交流侧连接至所述A段储能并网开关，所述A段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器高压侧通过所述A段储能电力电子变压器高压侧滤波电容连接至所述A段储能电力电子变压器DC/AC换流器直流侧；所述A段储能电力电子变压器AC/DC换流器交流侧通过所述A段储能电力电子变压器低压侧滤波电容连接至所述A段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器低压侧。
本发明进一步的改进在于，所述储能电力电子升压并网单元还包括：B段储能并网开关、B段储能电力电子变压器DC/AC换流器、B段储能电力电子变压器高压侧滤波电容、B段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器、B段储能电力电子变压器低压侧滤波电容和B段储能电力电子变压器AC/DC换流器；
所述B段储能电力电子变压器高压侧通过所述B段储能并网开关连接至所述6.3kV厂用电B段；B段储能电力电子变压器中所述B段储能电力电子变压器DC/AC换流器交流侧连接至所述B段储能并网开关，所述B段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器高压侧通过所述B段储能电力电子变压器高压侧滤波电容连接至所述B段储能电力电子变压器DC/AC换流器直流侧；所述B段储能电力电子变压器AC/DC换流器交流侧通过所述B段储能电力电子变压器低压侧滤波电容连接至所述B段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器低压侧。
本发明进一步的改进在于，当火电储能系统需要储能单元吸收电能时，高压交流电经所述A段储能电力电子变压器DC/AC换流器、所述B段储能电力电子变压器DC/AC换流器变换为高压直流，高压直流电通过所述A段储能电力电子变压器高压侧滤波电容、所述B段储能电力电子变压器高压侧滤波电容滤波后，传输至所述A段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器、B段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器，所述A段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器、B段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器包含高频变压器，通过降低频率实现电压降低，经过所述A段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器、B段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器降压的直流电通过所述A段储能电力电子变压器低压侧滤波电容、所述B段储能电力电子变压器低压侧滤波电容滤波后，传输至所述A段储能电力电子变压器AC/DC换流器和所述B段储能电力电子变压器AC/DC换流器形成低压交流电，传输至储能装置。
本发明进一步的改进在于，高频变压器额定频率为10kHz。
本发明进一步的改进在于，当火电储能系统需要储能单元释放电能时，储能单元低压交流电经过所述A段储能电力电子变压器AC/DC换流器、所述B段储能电力电子变压器AC/DC换流器形成低压直流电，低压直流电通过所述A段储能电力电子变压器低压侧滤波电容、所述B段储能电力电子变压器低压侧滤波电容滤波后，传输至所述A段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器、B段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器，所述A段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器、B段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器内包含高频变压器，高频变压器升高频率实现电压升高，经过升压后的高压直流电通过所述A段储能电力电子变压器高压侧滤波电容、所述B段储能电力电子变压器高压侧滤波电容滤波，经过滤波后的高压直流电经过所述A段储能电力电子变压器DC/AC换流器和所述B段储能电力电子变压器DC/AC换流器变换为高压交流，并入6.3kV厂用电系统。
本发明进一步的改进在于，所述储能设备单元包括：A段储能断路器、A段储能PCS换流装置、A套储能、B段储能断路器、B段储能PCS换流装置和B套储能；
所述A套储能通过所述A段储能PCS换流装置和所述A段储能断路器连接至所述A段储能电力电子变压器AC/DC换流器交流侧，所述B套储能通过所述B段储能PCS换流装置和所述B段储能直流断路器连接至所述B段储能电力电子变压器AC/DC换流器直流侧。
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益的技术效果：
1.本发明所采用的储能电力电子升压并网单元中电力电子变压器储能交流经AC/DC装置变为直流，再经含高频变压器的DC-DC装置改变直流电压，最后经DC/AC逆变并输出交流，升压后的交流电并入6.3kV厂用母线。
2.本发明采用的电力电子变压器中高频变压器可以应用于火电储能变压领域，高频变压器额定频率为10kHz，通过频率改变，实现电压变化，相较于传统变压器，体积更小，维护方便。
3.本发明采用的电力电子变压器中AC/DC换流装置可以实现单位功率因数运行或根据火电调节需求，按照给定的功率因数运行，更适合与储能参与火电机组调节领域。
4.本发明采用的电力电子变压器中AC/DC换流装置采用大功率高频IGBT元器件，储能系统所能提供的最大短路电流不超过其额定电流的1.5倍，不会对原火电厂用保护系统造成影响。
附图说明
图1为本发明一种火电厂用储能集中换流系统的结构示意图。
附图标记说明：
1—厂用交流6.3kV单元；2—储能电力电子升压并网单元；3—储能设备单元；
1-1—火电发电机；1-2—火电机组厂用分裂绕组变压器；1-3—6.3kV厂用电A段；1-4—A段厂用负荷并网开关；1-5—A段厂用负荷；1-6—6.3kV厂用电B段；1-7—B段厂用负荷并网开关；1-8—B段厂用负荷；
2-1—A段储能并网开关；2-2—A段储能电力电子变压器DC/AC换流器；2-3—A段储能电力电子变压器高压侧滤波电容；2-4—A段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器；2-5—A段储能电力电子变压器低压侧滤波电容；2-6—A段储能电力电子变压器AC/DC换流器；2-7—B段储能并网开关；2-8—B段储能电力电子变压器DC/AC换流器；2-9—B段储能电力电子变压器高压侧滤波电容；2-10—B段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器；2-11—B段储能电力电子变压器低压侧滤波电容；2-12—B段储能电力电子变压器AC/DC换流器；
3-1—A段储能断路器；3-2—A段储能PCS换流装置；3-3—A套储能；3-4—B段储能断路器；3-5—B段储能PCS换流装置；3-6—B套储能。
具体实施方式
下面通过附图，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图1所示，本发明提供的一种采用电力电子变压器的火电储能系统，包括：火厂用交流6.3kV单元1、储能电力电子升压并网单元2和储能设备单元3；所述储能设备单元3分为A、B两个储能单元，A、B两个储能单元分别通过断路器接入所述储能电力电子升压并网单元2中A、B两个电力电子变压器低压侧，所述储能电力电子升压并网单元2中电力电子变压器高压侧通过储能并网开关与所述厂用交流6.3kV单元1中A、B两段6.3kV厂用母线连接。
所述厂用交流6.3kV单元1包括：火电发电机1-1、火电机组厂用分裂绕组变压器1-2、6.3kV厂用电A段1-3、A段厂用负荷并网开关1-4、A段厂用负荷1-5、6.3kV厂用电B段1-6、B段厂用负荷并网开关1-7和B段厂用负荷1-8。
所述火电发电机1-1出口连接有所述火电机组厂用分裂绕组变压器1-2高压侧，所述6.3kV厂用电A段1-3连接至所述火电机组厂用分裂绕组变压器1-2低压侧A分支，所述A段厂用负荷1-5通过所述A段厂用负荷并网开关1-4连接至所述6.3kV厂用电A段1-3。所述6.3kV厂用电B段1-6连接至所述火电机组厂用分裂绕组变压器1-2低压侧B分支，所述B段厂用负荷1-8通过所述B段厂用负荷并网开关1-7连接至所述6.3kV厂用电B段1-6。
所述储能电力电子升压并网单元2包括：A段储能并网开关2-1、A段储能电力电子变压器DC/AC换流器2-2、A段储能电力电子变压器高压侧滤波电容2-3、A段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器2-4、A段储能电力电子变压器低压侧滤波电容2-5、A段储能电力电子变压器AC/DC换流器2-6、B段储能并网开关2-7、B段储能电力电子变压器DC/AC换流器2-8、B段储能电力电子变压器高压侧滤波电容2-9、B段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器2-10、B段储能电力电子变压器低压侧滤波电容2-11和B段储能电力电子变压器AC/DC换流器2-12。
所述A段储能电力电子变压器高压侧通过所述A段储能并网开关2-1连接至所述6.3kV厂用电A段1-3。A段储能电力电子变压器中所述A段储能电力电子变压器DC/AC换流器2-2交流侧连接至所述A段储能并网开关2-1，所述A段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器2-4高压侧通过所述A段储能电力电子变压器高压侧滤波电容2-3连接至所述A段储能电力电子变压器DC/AC换流器2-2直流侧。所述A段储能电力电子变压器AC/DC换流器2-6交流侧通过所述A段储能电力电子变压器低压侧滤波电容2-5连接至所述A段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器2-4低压侧。所述B段储能电力电子变压器高压侧通过所述B段储能并网开关2-7连接至所述6.3kV厂用电B段1-6。B段储能电力电子变压器中所述B段储能电力电子变压器DC/AC换流器2-8交流侧连接至所述B段储能并网开关2-7，所述B段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器2-10高压侧通过所述B段储能电力电子变压器高压侧滤波电容2-9连接至所述B段储能电力电子变压器DC/AC换流器2-8直流侧。所述B段储能电力电子变压器AC/DC换流器2-12交流侧通过所述B段储能电力电子变压器低压侧滤波电容2-11连接至所述B段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器2-10低压侧。
当火电储能系统需要储能单元吸收电能时，高压交流电经所述A段储能电力电子变压器DC/AC换流器2-2、所述B段储能电力电子变压器DC/AC换流器2-8变换为高压直流，高压直流电通过所述A段储能电力电子变压器高压侧滤波电容2-3、所述B段储能电力电子变压器高压侧滤波电容2-9滤波后，传输至所述A段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器2-4、B段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器2-10，所述A段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器2-4、B段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器2-10包含高频变压器，高频变压器额定频率为10kHz，通过降低频率实现电压降低，经过所述A段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器2-4、B段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器2-10降压的直流电通过所述A段储能电力电子变压器低压侧滤波电容2-5、所述B段储能电力电子变压器低压侧滤波电容2-11滤波后，传输至所述A段储能电力电子变压器AC/DC换流器2-6、所述B段储能电力电子变压器AC/DC换流器2-12形成低压交流电，传输至储能装置。
当火电储能系统需要储能单元释放电能时，储能单元低压交流电经过所述A段储能电力电子变压器AC/DC换流器2-6、所述B段储能电力电子变压器AC/DC换流器2-12形成低压直流电，低压直流电通过所述A段储能电力电子变压器低压侧滤波电容2-5、所述B段储能电力电子变压器低压侧滤波电容2-11滤波后，传输至所述A段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器2-4、B段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器2-10，所述A段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器2-4、B段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器2-10内包含高频变压器，高频变压器升高频率实现电压升高，经过升压后的高压直流电通过所述A段储能电力电子变压器高压侧滤波电容2-3、所述B段储能电力电子变压器高压侧滤波电容2-9滤波，经过滤波后的高压直流电经过所述A段储能电力电子变压器DC/AC换流器2-2、所述B段储能电力电子变压器DC/AC换流器2-8变换为高压交流，并入6.3kV厂用电系统。
所述储能设备单元3包括：A段储能断路器3-1、A段储能PCS换流装置3-2、A套储能3-3、B段储能断路器3-4、B段储能PCS换流装置3-5和B套储能3-6。
所述A套储能3-3通过所述A段储能PCS换流装置3-2、所述A段储能断路器3-1连接至所述A段储能电力电子变压器AC/DC换流器2-6交流侧，所述B段储能设备3-6通过所述B段储能PCS换流装置3-5、所述B段储能直流断路器3-4连接至所述B段储能电力电子变压器AC/DC换流器2-12直流侧。
本发明所采用的储能电力电子升压并网单元中电力电子变压器储能交流经AC/DC装置变为直流，再经含高频变压器的DC-DC装置改变直流电压，最后经DC/AC逆变并输出交流，升压后的交流电并入6.3kV厂用母线。
本发明采用的电力电子变压器中高频变压器可以应用于火电储能变压领域，高频变压器额定频率为10kHz，通过频率改变，实现电压变化，相较于传统变压器，体积更小，维护方便。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种采用电力电子变压器的火电储能系统，其特征在于，包括：火厂用交流6.3kV单元(1)、储能电力电子升压并网单元(2)和储能设备单元(3)；
所述储能设备单元(3)分为A、B两个储能单元，A、B两个储能单元分别通过断路器接入所述储能电力电子升压并网单元(2)中A、B两个电力电子变压器低压侧，所述储能电力电子升压并网单元(2)中电力电子变压器高压侧通过储能并网开关与所述厂用交流6.3kV单元(1)中A、B两段6.3kV厂用母线连接。
2.根据权利要求1所述的一种采用电力电子变压器的火电储能系统，其特征在于，所述厂用交流6.3kV单元(1)包括：火电发电机(1-1)、火电机组厂用分裂绕组变压器(1-2)、6.3kV厂用电A段(1-3)、A段厂用负荷并网开关(1-4)、A段厂用负荷(1-5)、6.3kV厂用电B段(1-6)、B段厂用负荷并网开关(1-7)和B段厂用负荷(1-8)；
所述火电发电机(1-1)出口连接有所述火电机组厂用分裂绕组变压器(1-2)高压侧，所述6.3kV厂用电A段(1-3)连接至所述火电机组厂用分裂绕组变压器(1-2)低压侧A分支，所述A段厂用负荷(1-5)通过所述A段厂用负荷并网开关(1-4)连接至所述6.3kV厂用电A段(1-3)；所述6.3kV厂用电B段(1-6)连接至所述火电机组厂用分裂绕组变压器(1-2)低压侧B分支，所述B段厂用负荷(1-8)通过所述B段厂用负荷并网开关(1-7)连接至所述6.3kV厂用电B段(1-6)。
3.根据权利要求2所述的一种采用电力电子变压器的火电储能系统，其特征在于，所述储能电力电子升压并网单元(2)包括：A段储能并网开关(2-1)、A段储能电力电子变压器DC/AC换流器(2-2)、A段储能电力电子变压器高压侧滤波电容(2-3)、A段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器(2-4)、A段储能电力电子变压器低压侧滤波电容(2-5)和A段储能电力电子变压器AC/DC换流器(2-6)；
所述A段储能电力电子变压器高压侧通过所述A段储能并网开关(2-1)连接至所述6.3kV厂用电A段(1-3)；A段储能电力电子变压器中所述A段储能电力电子变压器DC/AC换流器(2-2)交流侧连接至所述A段储能并网开关(2-1)，所述A段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器(2-4)高压侧通过所述A段储能电力电子变压器高压侧滤波电容(2-3)连接至所述A段储能电力电子变压器DC/AC换流器(2-2)直流侧；所述A段储能电力电子变压器AC/DC换流器(2-6)交流侧通过所述A段储能电力电子变压器低压侧滤波电容(2-5)连接至所述A段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器(2-4)低压侧。
4.根据权利要求3所述的一种采用电力电子变压器的火电储能系统，其特征在于，所述储能电力电子升压并网单元(2)还包括：B段储能并网开关(2-7)、B段储能电力电子变压器DC/AC换流器(2-8)、B段储能电力电子变压器高压侧滤波电容(2-9)、B段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器(2-10)、B段储能电力电子变压器低压侧滤波电容(2-11)和B段储能电力电子变压器AC/DC换流器(2-12)；
所述B段储能电力电子变压器高压侧通过所述B段储能并网开关(2-7)连接至所述6.3kV厂用电B段(1-6)；B段储能电力电子变压器中所述B段储能电力电子变压器DC/AC换流器(2-8)交流侧连接至所述B段储能并网开关(2-7)，所述B段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器(2-10)高压侧通过所述B段储能电力电子变压器高压侧滤波电容(2-9)连接至所述B段储能电力电子变压器DC/AC换流器(2-8)直流侧；所述B段储能电力电子变压器AC/DC换流器(2-12)交流侧通过所述B段储能电力电子变压器低压侧滤波电容(2-11)连接至所述B段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器(2-10)低压侧。
5.根据权利要求4所述的一种采用电力电子变压器的火电储能系统，其特征在于，当火电储能系统需要储能单元吸收电能时，高压交流电经所述A段储能电力电子变压器DC/AC换流器(2-2)、所述B段储能电力电子变压器DC/AC换流器(2-8)变换为高压直流，高压直流电通过所述A段储能电力电子变压器高压侧滤波电容(2-3)、所述B段储能电力电子变压器高压侧滤波电容(2-9)滤波后，传输至所述A段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器(2-4)、B段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器(2-10)，所述A段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器(2-4)、B段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器(2-10)包含高频变压器，通过降低频率实现电压降低，经过所述A段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器(2-4)、B段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器(2-10)降压的直流电通过所述A段储能电力电子变压器低压侧滤波电容(2-5)、所述B段储能电力电子变压器低压侧滤波电容(2-11)滤波后，传输至所述A段储能电力电子变压器AC/DC换流器(2-6)和所述B段储能电力电子变压器AC/DC换流器(2-12)形成低压交流电，传输至储能装置。
6.根据权利要求5所述的一种采用电力电子变压器的火电储能系统，其特征在于，高频变压器额定频率为10kHz。
7.根据权利要求4所述的一种采用电力电子变压器的火电储能系统，其特征在于，当火电储能系统需要储能单元释放电能时，储能单元低压交流电经过所述A段储能电力电子变压器AC/DC换流器(2-6)、所述B段储能电力电子变压器AC/DC换流器(2-12)形成低压直流电，低压直流电通过所述A段储能电力电子变压器低压侧滤波电容(2-5)、所述B段储能电力电子变压器低压侧滤波电容(2-11)滤波后，传输至所述A段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器(2-4)、B段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器(2-10)，所述A段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器(2-4)、B段储能电力电子变压器隔离型DC-DC变换器(2-10)内包含高频变压器，高频变压器升高频率实现电压升高，经过升压后的高压直流电通过所述A段储能电力电子变压器高压侧滤波电容(2-3)、所述B段储能电力电子变压器高压侧滤波电容(2-9)滤波，经过滤波后的高压直流电经过所述A段储能电力电子变压器DC/AC换流器(2-2)和所述B段储能电力电子变压器DC/AC换流器(2-8)变换为高压交流，并入6.3kV厂用电系统。
8.根据权利要求4所述的一种采用电力电子变压器的火电储能系统，其特征在于，所述储能设备单元(3)包括：A段储能断路器(3-1)、A段储能PCS换流装置(3-2)、A套储能(3-3)、B段储能断路器(3-4)、B段储能PCS换流装置(3-5)和B套储能(3-6)；
所述A套储能(3-3)通过所述A段储能PCS换流装置(3-2)和所述A段储能断路器(3-1)连接至所述A段储能电力电子变压器AC/DC换流器(2-6)交流侧，所述B套储能(3-6)通过所述B段储能PCS换流装置(3-5)和所述B段储能直流断路器(3-4)连接至所述B段储能电力电子变压器AC/DC换流器(2-12)直流侧。
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