CN114204818A - 一种电力转换系统、电力转换模块及处理装置 - Google Patents

一种电力转换系统、电力转换模块及处理装置 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种电力转换系统、电力转换模块及处理装置，具有更低的成本，并且电力转换模块可插拔灵活性较高，不易损坏。电力转换系统包括：第一控制器、系统输出端、至少一个系统输入端、至少一个电力转换模块以及连接在所述至少一个电力转换模块中的每个电力转换模块与所述第一控制器之间的总线通信装置；所述至少一个系统输入端与所述至少一个电力转换模块一一对应；所述每个电力转换模块，用于将经所述每个电力转换模块的第一输入端输入的交流电转换成直流电，并通过所述每个电力转换模块的输出端输出，以及通过连接在所述每个电力转换模块与所述第一控制器之间的总线通信装置，与所述第一控制器通信。

Description

一种电力转换系统、电力转换模块及处理装置
技术领域
本申请涉及电力技术领域，尤其涉及一种电力转换系统、电力转换模块及处理装置。
背景技术
随着电力电子技术的发展，固态变压器逐渐进入电力系统领域中，固态变压器(solid state transformers，SST)又可以称为电力电子变压器(electronic powertransformer，EPT)，是一种将电子电力变换技术和基于电磁感应原理的高频电能变换技术相结合，对电能的电力特征进行转换的静止电气设备。
目前，SST可以服务于电网场景，解决配电网的电压扰动问题，例如将10kV中压电压转换为400V低压电压。通常SST包括多相支路，各相支路的电路结构可以相同。各相支路可以包括多个级联的单元cell。每个cell包括交流/直流电路和直流/直流电路。SST输入侧输入的10kV中压电压，可由多个cell均分。每个cell可以将分压后的交流电转换为直流电。每个cell中均设置有cell控制器，可以对cell中的交流/直流电路和直流/直流电路进行控制。SST中设置有集中控制器，由集中控制器与每个cell控制器交互电路参数，实现集中控制器对电压转换过程的统筹控制。
现有的SST中，集中控制器与每个cell控制器之间采用光纤连接。这种连接方式虽然通讯延时低，但是每个cell需配置有对外的光纤接口，通信成本较高，而光纤线的脆弱性，也导致cell难以实现拔插。
发明内容
本申请提供一种电力转换系统、电力转换模块及处理装置，具有更低的成本，并且电力转换模块可插拔灵活性较高，不易损坏。
第一方面，本申请提供一种电力转换系统，包括：第一控制器(20)、系统输出端、至少一个系统输入端、至少一个电力转换模块(21)以及连接在所述至少一个电力转换模块(21)中的每个电力转换模块(21)与所述第一控制器(20)之间的总线通信装置(22)。所述至少一个系统输入端与所述至少一个电力转换模块(21)一一对应。例如，至少一个系统输入端中的一个系统输入端可以与至少一个电力转换模块(21)中的一个电力转换模块(21)具有对应关系。其中，一个系统输入端对应一个电力转换模块(21)，且一个电力转换模块(21)对应一个系统输入端。所述每个电力转换模块(21)可以用于将经所述每个电力转换模块(21)对应的系统输入端输入的交流电转换成直流电后输出至所述系统输出端，以及通过连接在所述每个电力转换模块(21)与所述第一控制器(20)之间的总线通信装置(22)，与所述第一控制器(20)通信。
本申请实施例中，每个电力转换模块(21)与第一控制器(20)之间通过总线通信装置(22)进行通信，可以不需要在电力转换模块(21)与第一控制器(20)之间设置光纤通信装置(33)，如光纤接口等，具有更低的成本。并且，每个电力转换模块(21)与总线通信装置(22)可插拔灵活性较高，并且不易损坏。
在一些示例中，所述每个电力转换模块(21)与所述第一控制器(20)之间的总线通信装置(22)可以包括：设置在所述第一控制器(20)的第一总线接口(22a)、设置在所述每个电力转换模块(21)的第二总线接口(22b)，以及连接在所述第一总线接口(22a)与所述第二总线接口(22b)之间的总线。
一种可能的设计中，每个电力转换模块(21)可以包括第一输入端(K1)。在一些场景中，该第一输入端(K1)可以为该电力转换模块(21)对应的系统输入端。或者说，该电力转换模块(21)的第一输入端(K1)与对应的系统输入端为同一物理端口。在另一些场景中，该电力转换模块(21)的第一输入端(K1)与该电力转换模块(21)对应的系统输入端分别为两个物理端口。并且，该第一输入端(K1)可以与该电力转换模块(21)对应的系统输入端连接。
一种可能的设计中，所述电力转换系统包括多个电力转换模块(21)。多个电力转换模块(21)级联，可使电力转换系统应用于将中压电压转换为低压电压的场景中。例如，所述每个电力转换模块(21)可以包括第一输入端(K1)、第二输入端(K2)和输出端(M)所述每个电力转换模块(21)的第一输入端(K1)连接对应的系统输入端，所述多个电力转换模块(21)的第二输入端(K2)相互连接，所述每个电力转换模块(21)的输出端(M)与所述系统输出端连接。在一些场景中，所述每个电力转换模块(21)的输出端(M)可以与系统输出端为同一物理端口。在另一些场景中，所述每个电力转换模块(21)的输出端(M)与系统输出端分别为两个物理端口。
一种可能的设计中，所述每个电力转换模块(21)包括：所述每个电力转换模块(21)包括：第二控制器(31)、至少一个处理装置(32)、以及连接所述至少一个处理装置(32)中的每个处理装置(32)与所述第二控制器(31)之间的光纤通信装置(33)；所述每个处理装置(32)，用于将交流电转换成直流电后输出至所述每个处理装置(32)的输出端，以及通过连接在所述每个处理装置(32)与所述第二控制器(31)之间的光纤通信装置(33)，与所述第二控制器(31)通信；所述第二控制器(31)，用于通过连接在所述每个处理装置(32)与所述第一控制器(20)之间的总线通信装置(22)，与所述第一控制器(20)通信。
本申请实施例中，电力转换模块(21)包括一个或多个处理装置(32)。电力转换模块(21)中的第二控制器(31)可以通过光纤通信装置(33)与处理装置(32)通信，实现对处理装置(32)的控制，可使电力转换模块(21)应用在过高的绝缘电压的场景中。并且，电力转换模块(21)中的第二控制器(31)通过总线通信装置(22)与第一控制器(20)通信，以便第一控制器(20)对电力转换系统中的电力转换(功率转换)进行控制，调节或者调度等。可见，电力转换模块(21)对外不具有光纤通信接口，插拔灵活性更高，并且成本较低。
在一些示例中，所述每个电力转换模块(21)中的光纤通信装置(33)，包括：设置在所述第二控制器(31)的第一光纤收发器、设置在所述处理装置(32)的第二光纤收发器，以及连接在所述第一光纤收发器与所述第二光纤收发器之间的光纤。
在一些示例中，每个电力转换模块(21)还可以包括电压处理电路(34)。所述电压处理电路(34)与所述每个处理装置(32)的输出端连接，用于在所述第二控制器(31)的控制下，对所述每个处理装置(32)输出的电压进行电压变换处理。
一种可能的设计中，所述每个电力转换模块(21)可以包括第一输入端(K1)和第二输入端(K2)。所述每个处理装置(32)包括第三输入端和第四输入端。所述每个电力转换模块(21)可以包括多个处理装置(32)。例如，所述每个电力转换模块(21)包括处理装置1、处理装置i和处理装置n，所述i取遍2至n-1中的任意一个正整数，所述n为大于或等于2的正整数。所述处理装置(32)1的第三输入端(P1,1)连接所述电力转换模块(21)的第一输入端(K1)；所述处理装置i的第三输入端(Pi,1)连接处理装置i-1的第四输入端(Pi-1,2)，所述处理装置i的第四输入端(Pi,2)连接处理装置i+1的第三输入端(Pi+1,1)；所述处理装置n的第四输入端(Pn,2)连接所述电力转换模块(21)的第二输入端(K2)。本申请实施例中，电力转换模块(21)中可以包括多个处理装置(32)，多个处理装置(32)可以串联。每个处理装置(32)可以分压，并对分压的交流电能转换为直流电能。实现多个处理装置(32)一同对电力转换模块(21)的第一输入端K1接收的交流电能转换为直流电能。
一种可能的而设计中，所述每个电力转换模块(21)可以包括第一输入端(K1)和第二输入端(K2)。所述每个电力转换模块(21)包括一个处理装置(32)，所述一个处理装置(32)的第三输入端与所述电力转换模块(21)的第一输入端连接，所述一个处理装置(32)的第四输入端与所述电力转换模块(21)的第二输入端连接。本申请实施例中，电力转换模块(21)所包括的一个处理装置(32)可以对电力转换模块(21)的第一输入端(K2)接收的交流电能转换为直流电能。
一种可能的设计中，所述每个处理装置(32)包括：第三控制器(41)和至少一个电力变换器(42)；所述至少一个电力变换器(42)中的每个电力变换器(42)，用于在所述第三控制器(41)的控制下，将接收的交流电转换成直流电后输出至所述电力变换器(42)的输出端；所述第三控制器(41)，用于对所述每个电力变换器(42)进行控制，以及通过连接在所述每个处理装置(32)与所述第二控制器(31)之间的光纤通信装置(33)与所述第二控制器(31)通信。
本申请实施例中，处理装置(32)中第三控制器(41)可以对一个或多个电力变换器(42)进行控制，可以减少电力转换系统中第三控制器(41)的数量，以及减少电力转换系统中用于第二控制器(31)与第三控制器(41)通信的光纤通信装置(33)的数量。
一种可能的设计中，所述每个电力变换器(42)包括第五输入端和第六输入端。所述每个处理装置(32)包括电力变换器1、电力变换器j和电力变换器m，所述j取遍2至m-1中的任意一个正整数，所述m为所述多个电力变换器(42)的数量；所述电力变换器(42)1的第五输入端为所述处理装置(32)的第三输入端；所述电力变换器j的第五输入端(Tj,1)与电力变换器j-1的第六输入端(Tj-1,2)连接，所述电力变换器j的第六输入端(Tj,2)与电力变换器(42)j+1的第五输入端连接(Tj+1,1)；所述电力变换器m的第六输入端(Tm,2)为所述处理装置(32)的第四输入端。本申请实施例中，处理装置(32)中可以包括多个电力变换器(42)。多个电力变换器(42)可以串联，每个电力变换器(42)可以将交流电能转换为直流电能。多个电力变换器(42)可以一同对处理装置(32)分压的交流电能转换为直流电能。
一种可能的设计中，所述每个电力变换器(42)包括第五输入端和第六输入端。所述每个处理装置(32)包括一个电力变换器(42)，所述一个电力变换器(42)的第五输入端与所述处理装置(32)的第三输入端连接，所述一个电力变换器(42)的第六输入端为所述处理装置(32)的第四输出端。本申请实施例中，处理装置(32)中可以包括一个电力变换器(42)，可以对处理装置(32)分压的交流电能转换为直流电能。
一种可能的设计中，所述每个电力变换器(42)包括交流/直流变换电路(42a)和直流/直流变换电路(42b)；所述交流/直流变换电路(42a)的第一端为所述每个电力变换器(42)的第五输入端，所述交流/直流变换电路(42a)的第二端为所述每个电力变换器(42)的第六输入端，所述交流/直流变换电路(42a)的第三端通过母线与所述直流/直流变换电路(42b)的输入端连接；所述直流/直流变换电路(42b)的输出端与所述电压处理电路(34)连接。
一种可能的设计中，所述每个处理装置(32)包括多个电力变换器(42)；所述每个处理装置(32)还包括供电系统，所述供电系统用于从所述每个处理装置(32)中的至少两个电力变换器(42)处获取电能，以及为所述每个处理装置(32)中的第三控制器(41)供电。这样的设计，可以在一个供电电路发生故障的情形下，保障第三控制器(41)仍可以工作，提高电力转换系统的可靠性。在一些示例中，所述供电系统包括至少两个供电电路；所述至少两个供电电路与所述至少两个电力变换器(42)一一对应；所述至少两个供电电路中的每个供电电路的输入端与对应的电力变换器(42)连接；所述每个供电电路的输出端与所述供电系统的输出端连接；所述供电系统的输出端与所述每个处理装置(32)中的第三控制器(41)连接。
在一些示例中，供电支路可以从电力变换器(42)处获取电能，例如所述每个供电支路的输入端与对应的电力变换器(42)中的交流/直流变换电路(42a)与直流/直流变换电路(42b)之间的母线连接；或者，所述每个供电支路的输入端与对应的电力变换器(42)中的直流/直流变换电路(42b)的输出端连接。
第二方面，本申请还提供一种电力转换模块(21)，可以应用于电力转换系统，所述电力转换系统包括第一控制器(20)；所述电力转换模块(21)包括：第二控制器(31)、至少一个处理装置(32)、以及连接所述至少一个处理装置(32)中的每个处理装置(32)与所述第二控制器(31)之间的光纤通信装置(33)；所述每个处理装置(32)，用于将交流电转换成直流电后输出至所述每个处理装置(32)的输出端，以及通过连接在所述每个处理装置(32)与所述第二控制器(31)之间的光纤通信装置(33)，与所述第二控制器(31)通信；所述第二控制器(31)，用于通过连接在所述每个处理装置(32)与所述第一控制器(20)之间的总线通信装置(22)，与所述第一控制器(20)通信。
本申请实施例中，电力转换模块(21)可以与电力转换系统中的第一控制器(20)之间通过总线通信装置(22)进行通信，可以不需要在电力转换模块(21)与第一控制器(20)之间设置光纤通信装置(33)，如光纤接口等，具有更低的成本。并且，每个电力转换模块(21)与总线通信装置(22)可插拔灵活性较高，并且不易损坏。
一种可能的设计中，所述电力转换模块(21)还可以包括电压处理电路(34)。所述电压处理电路(34)与所述每个处理装置(32)的输出端连接，用于在所述第二控制器(31)的控制下，对所述每个处理装置(32)输出的电压进行电压变换处理，并将电压变换处理后的电能输出。
第三方面，本申请还提供一种处理装置(32)，可以应用于电力转换模块(21)，所述电力转换模块(21)包括第二控制器(31)；所述处理装置(32)包括：第三控制器(41)和多个电力变换器(42)；所述多个电力变换器(42)中的每个电力变换器(42)，用于在所述第三控制器(41)的控制下，将接收的交流电转换成直流电后输出至所述电力变换器(42)的输出端；所述第三控制器(41)，用于对所述每个电力变换器(42)进行控制，以及通过连接在所述每个处理装置(32)与所述第二控制器(31)之间的光纤通信装置(33)与所述第二控制器(31)通信。
本申请实施例中，处理装置(32)中第三控制器(41)可以对多个电力变换器(42)进行控制，可以减少电力转换模块(21)中第三控制器(41)的数量，以及减少电力转换模块(21)中用于第二控制器(31)与第三控制器(41)通信的光纤通信装置(33)的数量，实现第二控制器(31)通过第三控制器(41)对电力转换进行控制，可使处理装置(32)应用在过高的绝缘电压的场景中。
一种可能的设计中，所述每个处理装置(32)还包括供电系统(43)，所所述供电系统(43)用于从所述每个处理装置(32)中的至少两个电力变换器(42)处获取电能，以及为所述每个处理装置(32)中的第三控制器(41)供电。这样的设计，可以在一个供电电路发生故障的情形下，保障第三控制器(41)仍可以工作，提高电力转换系统的可靠性。
在一些示例中，所述供电系统(43)包括至少两个供电电路；所述至少两个供电电路与所述至少两个电力变换器(42)一一对应；所述至少两个供电电路中的每个供电电路的输入端与对应的电力变换器(42)连接；所述每个供电电路的输出端与所述供电系统(43)的输出端连接；所述供电系统(43)的输出端与所述每个处理装置(32)中的第三控制器(41)连接。
在一些示例中，供电支路可以从电力变换器(42)处获取电能，例如所述每个供电支路的输入端与对应的电力变换器(42)中的交流/直流变换电路(42a)与直流/直流变换电路(42b)之间的母线连接；或者，所述每个供电支路的输入端与对应的电力变换器(42)中的直流/直流变换电路(42b)的输出端连接。
附图说明
图1(a)为一种SST拓扑结构示意图；
图1(b)为SST中各控制器连接关系示意图；
图2(a)为一种电力转换系统的结构示意图；
图2(b)为一种电力转换系统的结构示意图；
图3为一种电力转换模块的结构示意图；
图4(a)为一种电力转换系统的具体结构示意图；
图4(b)为一种电力转换系统的具体结构示意图；
图5为一种处理装置的结构示意图；
图6(a)为一种电力变换器的具体结构示意图；
图6(b)为一种包括供电系统的处理装置的结构示意图；
图6(c)为一种包括供电系统的处理装置的结构示意图；
图7为一种电力转换模块的具体结构示意图；
图8为电力转换器与电力变换电路连接关系示意图。
具体实施方式
以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本申请的限制。如在本申请的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一个”、“一种”、“所述”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括例如“一个或多个”这种表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。
在本说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。在本说明书中描述的至少一个A与至少一个B之间“一一对应”，或者至少一个A与至少一个B具有“一一对应”关系等，可以指至少一个A中的一个A与至少一个B中的一个B具有对应关系。其中，一个A仅与一个B对应，且一个B仅与一个A对应。A和B可以指代本申请提供的电力转换系统中的组成部分。
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。为了方便理解本申请实施例提供的电力转换系统的优点，下面首先介绍一下其应用场景。
SST可服务于电力系统，与常规变压器相比，SST有很多优点，如可实现原方电流、副方电压以及功率的灵活控制。SST应用于电力系统可以改善电能质量，提高系统稳定性，实现灵活的输电方式以及对功率潮流的实时控制。目前，SST不仅可以应用于新能源智能微网领域，也可以应用于传统电网中，如中低压转换场景。图1(a)示出一种应用于电网场景中的SST拓扑结构。SST中各相支路的电路结构相同。各相支路可以包括多个级联的模块cell(也可称单元)、隔离电路、整流电路以及逆变电路。每个cell包括一个交流/直流电路和一个直流/直流电路。隔离电路包括多个子隔离电路。整流电路包括多个并联的子整流电路。SST输入侧输入的10kV中压电压，可由多个cell均分。每个cell通过对应的子隔离电路与对应的子整流电路连接。多个子整流电路的输出侧并联后，与逆变电路连接。逆变电路可以输出400V低压电压。
图1(b)示出该SST拓扑结构下的各控制器连接关系。每个cell中均设置有cell控制器，可以对cell中的交流/直流电路和直流/直流电路进行控制。SST中设置有集中控制器，由集中控制器与每个cell控制器交互电路参数，实现集中控制器统筹控制。如果SST输入侧为10kV的交流电网电压，SST输出侧与输入侧要实现10kV绝缘。过高的绝缘电压导致输入与输出之间难以采用电信号进行通信。因此，SST拓扑中每个cell与集中控制器通过光纤连接，利用光信号通信。不仅使集中控制器与cell控制器之间通信成本较高，并且光纤线的脆弱性也使cell难以灵活拔插。
有鉴于此，本申请提供一种电力转换系统，具有较低成本，并且系统中的模块具有较高插拔灵活性。请参见图2(a)，电力转换系统可以包括：第一控制器(20)，至少一个电力转换模块(21)，以及连接在第一控制器(20)与每个电力转换模块(21)之间的总线通信装置(22)。第一控制器(20)可以通过总线通信装置(22)与每个电力转换模块(21)进行通信，便于对每个电力转换模块(21)进行控制，如控制或者调整每个电力转换模块(21)的工作状态，例如输出电压等。
相比于图1(b)示出的SST拓扑结构，本申请所提供的电力转换系统中的电力转换模块(21)可以实现如图1(b)示出的SST拓扑结构中一相支路中的一个或多个cell的电力变换功能，即将输入到一相支路的交流电转换为直流电。例如，电力转换模块(21)可以包括但不限于上述一个或多个cell。为使系统中的模块具有较高的插拔灵活性，每个电力转换模块(21)可以通过总线通信装置(22)与第一控制器(20)通信，电力转换模块(21)可以还包括通过总线通信装置(22)与第一控制器(20)通信的控制器(便于区分可记为第二控制器)。第二控制器可以通过总线通信装置(22)与第一控制器(20)通信，交互数据(如控制参数等)，实现第一控制器(20)对各电力转换模块(21)的控制。第二控制器可以对与电力转换模块(21)中的各cell进行控制，也可以与各cell中的cell控制器之间通信。后文中对本申请提供的电力转换模块(21)进行详细介绍和说明。
一种可能的设计中，如图2(a)所示，电力转换系统包括一个总线通信装置(22)。总线通信装置(22)与每个电力转换模块(21)连接，以及与第一控制器(20)连接。总线通信装置(22)可以包括一个第一总线接口(22a)、至少一个第二总线接口(22b)以及总线。至少一个电力转换模块(21)可以与至少一个第二总线接口(22b)具有一一对应关系。
每个电力转换模块(21)与对应的第二总线接口(22b)连接。第一控制器(20)与第一总线接口(22a)连接。每个第二总线接口(22b)与第一总线接口(22a)之间通过总线连接。在一些场景中，电力转换模块(21)对应的总线通信装置(22)中的第二总线接口可以设置在电力转换模块(21)上，或者集成在电力转换模块(21)中。
另一种可能的设计中，如图2(b)所示，电力转换系统包括至少一个总线通信装置(22)。至少一个总线通信装置(22)与至少一个电力转换模块(21)一一对应。电力转换模块(21)可以与对应的总线通信装置(22)连接。每个总线通信装置(22)可以包括第一总线接口(22a)、第二总线接口(22b)以及连接在第一总线接口(22a)和第二总线接口(22b)之间的总线。其中，第一总线接口(22a)与第一控制器(20)连接，第二总线接口(22b)与对应的电力转换模块22连接。在一些场景中，电力转换模块(21)对应的总线通信装置(22)中的第二总线接口可以设置在电力转换模块(21)上，或者集成在电力转换模块(21)中。
每个电力转换模块(21)与第一控制器(20)之间通过总线通信装置(22)进行通信，可以不需要在电力转换模块(21)与第一控制器(20)之间设置光纤通信装置(如光纤接口等)，具有更低的成本。并且，每个电力转换模块(21)与总线通信装置(22)可插拔灵活性较高，并且不易损坏。本申请中，电力转换模块(21)也可以称为电力转换模组。电力转换模块(21)可以包括实现电力变换的器件，也可以包括用于封装或者容纳器件的壳体等结构，便于电力转换模块(21)接入电力转换系统，或从电力转换系统中分离。
电力转换系统中可以包括一个或多个电力转换模块(21)。电力转换系统包括一个电力转换模块(21)的情形下，电力转换模块(21)的输入端与电力转换系统的系统输入端连接。电力转换模块(21)的输出端可以与电力转换系统的输出端连接。电力转换系统的输出端可与负载连接。电力转换模块(21)可以进行电力变换，例如将交流电转换为直流电。电力转化模块21可以将单相交流电转换为直流电。
电力转换系统包括多个电力转换模块(21)的情形下。请参见图2(a)或者图2(b)，电力转换系统可以包括多个系统输入端。所述多个系统输入端可以与所述多个电力转换模块(21)一一对应，所述每个电力转换模块(21)的第一输入端(K1)可以与对应的系统输入端连接。所述多个电力转换模块(21)的第二输入端(K2)相互连接，可实现多个电力转换模块(21)级联。所述每个电力转换模块(21)的输出端(M)与所述系统输出端连接。每个电力转换模块(21)可以将经所述每个电力转换模块(21)的第一输入端(K1)输入的交流电转换成直流电，并通过电力转换模块(21)的输出端(M)输出。
在一些可能场景中，电力转换系统的系统输入端可以与电网连接，系统输出端与负载连接。电网可以向电力转换系统提供电网电压，电力转换系统可以向负载输出用电电压。通常电网电压高于负载电压，电力转换系统可以具有降压功能。在一些示例中，电网电压可以为中压电压，负载电压可以为低压电压。可选地，中压电压可以为10kV，低压电压可以为400V。
电力转换系统的降压功能可以由一个或多个电力转换模块(21)一同实现。本申请还提供一种电力转换模块(21)，请参见图3。电力转换模块(21)可以包括第二控制器(31)、至少一个处理装置(32)、以及连接所述至少一个处理装置(32)中的每个处理装置(32)与所述第二控制器(31)之间的光纤通信装置(33)。
电力转换模块(21)中的所述至少一个处理装置(32)可以一同实现电力转换模块(21)将对应的系统输入端输入的交流电转换成直流电后输出至所述系统输出端的功能。所述至少一个处理装置(32)为多个处理装置(32)，多个处理装置(32)可以串联。每个处理装置(32)可以将分压的交流电转换成直流电，使多个处理装置(32)一同实现电力转换模块(21)将对应的系统输入端输入的交流电转换成直流电的功能。在一些场景中，处理装置(32)可以为如图1(b)示出的SST拓扑结构中一相支路中的cell，即处理装置(32)可以包括cell控制器、一个交流/直流电路和一个直流/直流电路。处理装置(32)中的cell控制器可以通过光纤通信装置(33)与第二控制器(31)通信。另一些场景中，处理装置(32)可以包括但不限于前述cell，例如包括cell控制器、多个交流/直流电路和多个直流/直流电路。后文中对本申请提供的处理装置(32)进行详细介绍和说明。
每个处理装置(32)可以将接收的交流电转换成直流电，并通过所述每个处理装置(32)的输出端输出。每个处理装置(32)通过连接在所述每个处理装置(32)与所述第二控制器(31)之间的光纤通信装置(33)，与所述第二控制器(31)通信，便于对第二控制器(31)对每个处理装置(32)进行控制，如控制或者调整每个处理装置(32)的工作状态，例如输出电压等。如图3所示，至少一个处理装置(32)可以与电力转换模块(21)中的光纤通信装置(33)一一对应。电力转换模块(21)中，每个光纤通信装置(33)可以包括第一光纤收发器(33a)、第二光纤收发器(33b)以及连接在第一光纤收发器(33a)和第二光纤收发器(33b)之间的光纤(33c)。每个第一光纤收发器(33a)均与第二控制器(31)连接，第二光纤收发器(33b)可以与对应的处理装置(32)连接，或者第二光纤收发器(33b)可以设置在对应的处理装置(32)中(如图3所示)，或者集成在对应的处理装置(32)中。或者说，处理装置(32)可以包括第二光纤收发器(33b)。电力转换模块(21)中处理装置(32)可以与第二控制器(31)之间通过光纤通信，可使电力转换模块(21)应用在过高的绝缘电压的场景中。
电力转换模块(21)可以包括电压处理电路(34)。电压处理电路(34)与每个处理装置(32)的输出端连接。第二控制器(31)可以对所述电压处理电路(34)进行控制，如控制电压处理电路(34)工作。电压处理电路(34)可以在所述第二控制器(31)的控制下，将所述每个处理装置(32)输出的电压进行电压变换处理。
一种可能的设计中，电力转换模块(21)可以包括多个处理装置(32)，也即包括n个处理装置(32)，n可以表征电力转换模块(21)中处理装置(32)的数量，n≥2。便于介绍，将n个处理装置(32)中的第i个处理装置记为处理装置i。所述每个处理装置(32)具有第三输入端(Pi,1)和第四输入端(Pi,2)。
n个处理装置(32)可以串联。处理装置1的第三输入端(P1,1)连接所述电力转换模块(21)的第一输入端(K1)。所述处理装置i的第三输入端(Pi,1)连接处理装置i-1的第四输入端(Pi-1,2)。所述处理装置i(2≤i≤n-1)的第四输入端(Pi,2)连接处理装置i+1的第三输入端(Pi+1,1)。例如，i等于2时，处理装置2的第三输入端(P2,1)与处理装置1的第四输入端(P1,2)连接，处理装置2的第四输入端(P2,2)与处理装置3的第三输入端(P3,1)连接。所述处理装置n的第三输入端(Pn-1,1)与处理装置n-1的第四输入端(Pn-1,2)连接，所述处理装置n的第四输入端(Pn,2)为所述电力转换模块的第二输入端(K2)。
基于上述处理装置(32)的结构，电力转换系统包括多个电力转换模块(21)的结构示意图可以参见图4(a)和图4(b)。每个电力转换模块(21)中的第二控制器(31)可以通过所在电力转换模块(21)对应的总线通信装置(22)或者对应的第二总线接口(22b)，与所述第一控制器(20)通信。如图4(a)所示，电力转换系统包括一个总线通信装置(22)。总线通信装置(22)包括一个第一总线接口(22a)，多个第二总线转换接口(22b)，以及连接在第二总线转换接口(22b)与第一总线接口(22a)之间的总线。每个电力转换模块(21)可以通过对应的第二总线接口(22b)与第一控制器(20)进行总线通信。可见，每个电力转换模块(21)对外不需要通过光纤通信装置与第一控制器(20)进行通信。每个电力转换模块(21)中可以包括光纤通信装置(33)。电力转换模块(21)中的光纤通信装置(33)可以用于处理装置(32)与第二控制器(31)之间进行通信，可使处理装置(32)与第二控制器(31)在过高的绝缘电压的场景中进行通信。
如图4(b)所示，电力转换系统包括多个总线通信装置(22)。总线通信装置(22)包括一个第一总线接口(22a)，第二总线转换接口(22b)以及连接在第二总线转换接口(22b)与第一总线接口(22a)之间的总线。每个电力转换模块(21)可以通过对应的总线通信装置(22)中的第二总线接口(22b)与第一控制器(20)进行总线通信。类似地，每个电力转换模块(21)对外不需要通过光纤通信装置与第一控制器(20)进行通信。每个电力转换模块(21)中可以包括光纤通信装置(33)。电力转换模块(21)中的光纤通信装置(33)可以用于处理装置(32)与第二控制器(31)之间进行通信，可使处理装置(32)与第二控制器(31)在过高的绝缘电压的场景中进行通信。
另一种可能的设计中，电力转换模块(21)可以包括一个处理装置(32)的情形下，如处理装置1。处理装置1的第三输入端(P1,1)与电力转换模块(21)的第一输入端(K1)连接，处理装置1的第四输入端(P1,2)与电力转换模块(21)的第二输入端(K2)连接。
本申请还提供一种处理装置(32)，如图5所示，处理装置(32)可以包括第三控制器(41)和至少一个电力变换器(42)。每个电力变换器(42)可以在所述第三控制器(41)的控制下，将接收的交流电转换成直流电，并通过所述电力变换器(42)的输出端输出。所述第三控制器(41)可以对每个电力变换器(42)进行控制。第三控制器(41)可以与处理装置(32)对应的光纤通信装置(33)连接，实现与第二控制器(31)之间通信，也可使第三控制器(41)与第二控制器(31)在过高的绝缘电压的场景中进行通信。
一种可能的设计中，处理装置(32)可以包括多个电力变换器，或者说可以包括m个电力变换器，m可以表征处理装置(32)中的电力变换器(42)的数量，m≥2。便于介绍，将多个电力变换器中的第j个电力变换器记为电力变换器j。电力变换器j具有第五输入端(Tj,1)、第六输入端(Tj,2)。电力变换器1的第五输入端(T1,1)可以为所述处理装置(32)的第三输入端(Pj,1)，或者与所述处理装置(32)的第三输入端(Pj,1)连接。电力变换器m的第六输入端(Tm,2)可以为处理装置(32)的第四输入端(Pj,2)，或者与处理装置(32)的第四输入端(Pj,2)连接。
任意一个处理装置中，多个电力变换器可以串联。电力变换器1的第五输入端(T1，1)可以为所述处理装置i的第三输入端(Pi,1)，或者与处理装置(32)的第三输入端(Pi,1)连接。电力变换器m的第六输入端(Tm,2)可以为处理装置(32)的第四输入端(Pj,2)，或者与处理装置(32)的第四输入端(Pi,2)连接。对于任意一个电力变换器j(2≤j≤m-1)，电力变换器j的第五输入端(Tj,1)与电力变换器j-1的第六输入端(Tj-1,2)连接，所述电力变换器j的第六输入端(Tj,2)与电力变换器j+1的第五输入端连接(Tj+1,1)。电力变换器m的第五输入端(Tm,1)与电力变换器m-1的第六输入端为(Tm-1,2)连接。
另一种可能的设计中，处理装置(32)包括一个电力变换器的情形下，如电力变换器1。电力变换器1的第五输入端(T1,1)可以为所述处理装置(32)的第三输入端(Pj,1)，或者与所述处理装置(32)的第三输入端(Pj,1)连接。电力变换器m的第六输入端(Tm,2)可以为处理装置(32)的第四输入端(Pj,2)，或者与处理装置(32)的第四输入端(Pj,2)连接。
处理装置(32)中，第三控制器(41)可以对每个电力变换器(42)进行控制(或者驱动)。在一些场景中，可以获取每个电力变换器(42)的运行状态参数，例如获取电流、电压等参数，以便对电力变换器(42)进行控制或者调节。第三控制器(41)可以将每个电力变换器(42)的运行状态参数通过对应的光纤通信装置(33)，发送给第二控制器(31)。第三控制器(41)也可以通过对应的光纤通信装置(33)接收第二控制器(31)发送的信号。第二控制器(31)发送的信号，可以使第三控制器(41)调整对电力变换器(42)的控制，或者可以使第三控制器(41)获取并上报每个电力变换器(42)的运行状态参数。可见，第二控制器(31)与第三控制器(41)之间交互的信号、信息或者数据，可以调整电力转换模块(21)的电力变换功能。
在一些可能的场景中，处理装置(32)中的第三控制器(41)、电力变换器(42)可以集成在一个印刷电路板，可以减少处理装置(32)占据电力转换系统的空间。并且由一个第三控制器(41)可以对多个电力变换器(42)进行控制，可以减少电力转换系统中第三控制器(41)的数量，以及减少电力转换系统中用于第二控制器(31)与第三控制器(41)通信的光纤通信装置(33)的数量。
通常，每个电力变换器(42)可以包括交流/直流变换电路(42a)和直流/直流变换电路(42b)。每个电力变换器(42)中，交流/直流变换电路(42a)可以具有两个输入端(分别为第一端和第二端)，以及输出端(记为第三端)。所述交流/直流变换电路(42a)的第一端为所述每个电力变换器(42)的第五输入端(Tj，1)，所述交流/直流变换电路(42a)的第二端为每个电力变换器(42)的第六输入端(Tj，2)，所述交流/直流变换电路(42a)的第三端通过母线与所述直流/直流变换电路(42b)的输入端连接。直流/直流变换电路(42b)的输出端也可以是电力变换器(42)的输出端。处理装置(32)中所述每个电力变换器(42)的输出端可以与电力转换模块(21)中的电压处理电路(34)连接。
本申请实施例提供的处理装置(32)中，每个电力变换器(42)中的交流/直流变换电路(42a)，具有将交流电转换为直流电的功能或能力。本申请中交流/直流变换电路(42a)可以为实现上述将交流电转换为直流电的能力或功能的电路，对交流/直流变换电路(42a)的结构不做具体限定。本申请实施例提供的处理装置(32)中，每个电力变换器(42)中的直流/直流变换电路(42b)，具有将直流电转换为直流电的功能或能力。本申请中直流/直流变换电路(42b)可以为实现上述将直流电转换为直流电的能力或功能的电路，对直流/直流变换电路(42b)的结构不做具体限定。在一些示例中，电力变换器(42)的电路结构可以如图6(a)所示，交流/直流变换电路(42a)可以包括多个开关管和多个二极管，第三控制器(41)可以控制每个开关管导通或关断，实现控制交流/直流变换电路(42a)向直流/直流变换电路(42b)提供一种或多种直流电压。直流/直流变换电路(42b)可以包括多个开关管和电容，第三控制器(41)可以控制每个开关管导通或关断，实现控制直流/直流变换电路(42b)向电压处理电路(34)输出一种或多种直流电压。
本申请实施例提供的处理装置(32)中还可以包括供电系统(43)，用于为第三控制器(41)供电。处理装置(32)包括多个电力变换器(42)的情形下，供电系统(43)可以包括至少两个供电电路。至少两个供电支路分别从不同的电力变换器(42)处获取电能。例如，供电电路1可以从电力变换器1处获取电能。供电电路2可以从电力变换器2处获取电能。其中，请参见图6(b)供电电路可以与电力变换器(42)的直流/直流转换电路与交流/直流转换电路之间的母线(或者母线电容)连接，从母线处获取电能。或者，请参见图6(c)，供电电路与电力变换器(42)的直流/直流转换电路的输出端连接，从直流/直流转换电路的输出端处获取电能。该供电系统(43)也可以叫做辅源系统，用于为处理装置(32)的控制器供电。这样的设计，可以在一个供电电路发生故障的情形下，保障第三控制器(41)仍可以工作，提高电力转换系统的可靠性。
基于上述处理装置(32)的结构，图7根据一示例性实施例示出一种电力转换模块(21)的结构示意图。电力转换模块(21)中多个处理装置(32)串联。每个处理装置(32)中设置有供电系统(43)，供电系统(43)可以从多个电力变换器中获取电能，并给处理装置(32)中的第三控制器(41)供电。
电力转换模块(21)还可以包括外围电路。供电系统(43)不仅可以为第三控制器(41)供电，也可以为电力转换模块(21)中的外围电路供电。
基于上述实施例，每个电力转换模块(21)中，电压处理电路(34)可以对每个处理装置(32)输出的电压进行电压变换处理，可以包括隔离处理、整流处理、逆变处理中的一种或多种。例如，电压处理电路(34)可以与每个处理装置(32)中的电力变换器(42)的输出端连接，如与电力变换器(42)直流/直流变换电路的输出端连接。
请参见图8，电压处理电路(34)中隔离电路可以将电力转换模块(21)中的输出端一侧电压与输入端一侧电压隔离，可以保护电力转换模块(21)中的控制电路，如第二控制器(31)，保护逆变电路中的功率元件，如开关等。隔离电路可以包括一个或多个子隔离电路(34a)。每个电力变换器(42)可以对应一个子隔离电路(34a)。电力变换器(42)的输出端(也是直流/直流变换电路的输出端)与所对应的子隔离电路(34a)的输入侧连接。
整流电路可以具有整流能力或者整流功能。整流电路可以包括一个或多个子整流电路34b。每个子隔离电路(34a)可以对应一个整流电路(34b)。子隔离电路(34a)的输出侧与对应的子整流电路(34b)的输入侧连接。子整流电路(34b)的输出侧与电力变换器(42)所属的电力转换模块的输出端(M)连接。电力转换模块的输出端(M)可以包括第一输出端(M1)和第二输出端(M2)。例如，子整流电路(34b)的正极输出与对应的电力转换模块的第一输出端(M1)连接，即与对应的电力转换模块的正极输出端连接，子整流电路34b的负极输出与对应的电力转换模块的第二输出端(M2)连接，即与对应的店里转换模块的负极输出端连接。可见，电压处理电路(34)中的子整流电路(34b)的输出具有并联关系。各子整流电路(34b)可以具有整流功能或者能力，将整流后的电流通过输出端电力转换模块(21)的输出端(M)输出。在一些示例中，第二控制器(31)可以通过控制整流电路中的继电器或者开关，可使电压处理电路(34)输出一种或多种电压。在一些场景中，电力转换系统还可以包括逆变电路，每个电力转换模块(21)的输出端(M)可以与逆变电路连接。逆变电路可以将各电力转换模块(21)输出的直流电转换为交流电。
以上，仅为本申请的具体实施方式，但在本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。

Claims (16)

1.电力转换系统，其特征在于，包括：第一控制器、系统输出端、至少一个系统输入端、至少一个电力转换模块以及连接在所述至少一个电力转换模块中的每个电力转换模块与所述第一控制器之间的总线通信装置；所述至少一个系统输入端与所述至少一个电力转换模块一一对应；
所述每个电力转换模块，用于将经所述每个电力转换模块对应的系统输入端输入的交流电转换成直流电后输出至所述系统输出端，以及通过连接在所述每个电力转换模块与所述第一控制器之间的总线通信装置，与所述第一控制器通信。
2.如权利要求1所述的电力转换系统，其特征在于，所述每个电力转换模块包括：第二控制器、至少一个处理装置、以及连接所述至少一个处理装置中的每个处理装置与所述第二控制器之间的光纤通信装置；
所述每个处理装置，用于将交流电转换成直流电后输出至所述每个处理装置的输出端，以及通过连接在所述每个处理装置与所述第二控制器之间的光纤通信装置，与所述第二控制器通信；
所述第二控制器，用于通过连接在所述每个处理装置与所述第一控制器之间的总线通信装置，与所述第一控制器通信。
3.如权利要求2所述的电力转换系统，其特征在于，所述每个电力转换模块包括第一输入端和第二输入端；所述每个处理装置包括第三输入端和第四输入端；
所述每个电力转换模块包括处理装置1、处理装置i和处理装置n，所述i取遍2至n-1中的任意一个正整数，所述n为大于或等于2的正整数；所述处理装置1的第三输入端连接所述电力转换模块的第一输入端；所述处理装置i的第三输入端连接处理装置i-1的第四输入端，所述处理装置i的第四输入端连接处理装置i+1的第三输入端；所述处理装置n的第四输入端连接所述电力转换模块的第二输入端。
4.如权利要求2所述的电力转换系统，其特征在于，所述每个电力转换模块包括第一输入端和第二输入端；所述每个处理装置包括第三输入端和第四输入端；所述每个电力转换模块包括一个处理装置，所述一个处理装置的第三输入端与所述电力转换模块的第一输入端连接，所述一个处理装置的第四输入端与所述电力转换模块的第二输入端连接。
5.如权利要求3或4所述的电力系统，其特征在于，所述电力转换系统包括多个电力转换模块；所述每个电力转换模块的第一输入端连接对应的系统输入端，所述多个电力转换模块的第二输入端相互连接，所述每个电力转换模块的输出端M与所述系统输出端连接。
6.如权利要求1-5任一所述的电力转换系统，其特征在于，所述每个处理装置包括：第三控制器和至少一个电力变换器；
所述至少一个电力变换器中的每个电力变换器，用于在所述第三控制器的控制下，将接收的交流电转换成直流电后输出至所述电力变换器的输出端；
所述第三控制器，用于对所述每个电力变换器进行控制，以及通过连接在所述每个处理装置与所述第二控制器之间的光纤通信装置与所述第二控制器通信。
7.如权利要求6所述的电力转换系统，其特征在于，所述每个电力变换器包括第五输入端和第六输入端；
所述每个处理装置包括电力变换器1、电力变换器j和电力变换器m，所述j取遍2至m-1中的任意一个正整数，所述m为所述多个电力变换器的数量；所述电力变换器1的第五输入端为所述处理装置的第三输入端；所述电力变换器j的第五输入端与电力变换器j-1的第六输入端连接，所述电力变换器j的第六输入端与电力变换器j+1的第五输入端连接；所述电力变换器m的第六输入端为所述处理装置的第四输入端。
8.如权利要求6所述的电力转换系统，其特征在于，所述每个电力变换器包括第五输入端和第六输入端；所述每个处理装置包括一个电力变换器，所述一个电力变换器的第五输入端与所述处理装置的第三输入端连接，所述一个电力变换器的第六输入端为所述处理装置的第四输出端。
9.如权利要求6-8任一所述的电力转换系统，其特征在于，所述每个处理装置包括多个电力变换器；所述每个处理装置还包括供电系统；
所述供电系统用于从所述每个处理装置中的至少两个电力变换器处获取电能，以及为所述每个处理装置中的第三控制器供电。
10.如权利要求9所述的电力转换系统，其特征在于，所述供电系统包括至少两个供电电路；所述至少两个供电电路与所述至少两个电力变换器一一对应；
所述至少两个供电电路中的每个供电电路的输入端与对应的电力变换器连接；所述每个供电电路的输出端与所述供电系统的输出端连接；所述供电系统的输出端与所述每个处理装置中的第三控制器连接。
11.如权利要求9或10所述的电力转换系统，其特征在于，所述每个电力变换器包括交流/直流变换电路和直流/直流变换电路；
所述交流/直流变换电路的第一端为所述每个电力变换器的第五输入端，所述交流/直流变换电路的第二端为所述每个电力变换器的第六输入端，所述交流/直流变换电路的第三端通过母线与所述直流/直流变换电路的输入端连接；
所述直流/直流变换电路的输出端与所述电压处理电路连接。
12.如权利要求11所述的电力转换系统，其特征在于，所述每个供电支路的输入端与对应的电力变换器中的交流/直流变换电路与直流/直流变换电路之间的母线连接；或者，
所述每个供电支路的输入端与对应的电力变换器中的直流/直流变换电路的输出端连接。
13.一种电力转换模块，其特征在于，应用于电力转换系统，所述电力转换系统包括第一控制器；所述电力转换模块包括：第二控制器、至少一个处理装置、以及连接所述至少一个处理装置中的每个处理装置与所述第二控制器之间的光纤通信装置；
所述每个处理装置，用于将交流电转换成直流电后输出至所述每个处理装置的输出端，以及通过连接在所述每个处理装置与所述第二控制器之间的光纤通信装置，与所述第二控制器通信；
所述第二控制器，用于通过连接在所述每个处理装置与所述第一控制器之间的总线通信装置，与所述第一控制器通信。
14.一种处理装置，其特征在于，应用于电力转换系统中的电力转换模块，所述电力转换模块包括第二控制器；所述处理装置包括：第三控制器和多个电力变换器；
所述多个电力变换器中的每个电力变换器，用于在所述第三控制器的控制下，将接收的交流电转换成直流电后输出至所述电力变换器的输出端；
所述第三控制器，用于对所述每个电力变换器进行控制，以及通过连接在所述每个处理装置与所述第二控制器之间的光纤通信装置与所述第二控制器通信。
15.如权利要求14所述的处理装置，其特征在于，所述处理装置还包括供电系统，所述供电系统用于从所述每个处理装置中的至少两个电力变换器处获取电能，以及为所述每个处理装置中的第三控制器供电。
16.如权利要求15所述的处理装置，其特征在于，所述供电系统包括至少两个供电电路；所述至少两个供电电路与所述至少两个电力变换器一一对应；
所述至少两个供电电路中的每个供电电路的输入端与对应的电力变换器连接；所述每个供电电路的输出端与所述供电系统的输出端连接；所述供电系统的输出端与所述处理装置中的第三控制器连接。
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