CN210007410U - 基于固态变压器的充电站系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种基于固态变压器的充电站系统，其包括：至少一固态变压器，所述固态变压器的输入侧连接一配电网，输出侧连接至少一直流母线；所述直流母线上连接有至少一隔离的充电器和一非隔离的充电器。本实用新型的充电站系统具有较高的效率，且无需配备额外的电能质量管理设备，可减少功率损耗，以及降低成本等。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种充电站系统，特别是涉及一种基于固态变压器的充电站系统。
背景技术
随着绿色智能用电的需求日益增多，电力电子变换器(Power ElectronicTransformer，PET)，又称固态变压器(Solid state transformer，SST)的电压等级正逐渐从传统主流的低压市电(220V/380V)向中压配电网(2.4kV/35kV)拓展，使电力电子器件越来越多地应用于中压系统。同时，随着互联网数据中心和电动汽车产业的飞速发展，直流用电的需求日益增加，应用的多样性及系统架构多样性的需求要求变换器设计易于扩容，因此多个电力电子变换器的串、并联组合，即组合式功率变换器成为了有效的解决途径，而基于此组合式功率变换器(例如SST)的直流组网架构成为关注的重点。
如图1所示，其示出了现有技术中一种基于低压交流母线的组网架构。其中，配电网的中压交流电压(例如2.4～35kV)经变压器降压后形成一低压(例如380V)交流母线。光伏系统(Photovoltaic，PV)、风电系统、储能电池(Battery)、充电器(Charger)等直流负载经交流-直流(后面简称为“AC/DC”)及直流-直流(后面简称为“DC/DC”)两级变换器挂接在低压交流母线上；电动机等交流负载经AC/DC及直流-交流(后面简称为“DC/AC”)两级变换器挂接在低压交流母线上。另外还需要一电能质量调节器(Power Quality Conditioner，PQC)直接挂接在该低压交流母线上进行电能质量控制。
但是，图1所示的组网架构的不足之处在于：
1)中压交流母线需经中压变压器降压，中压变压器体积重量很大，并且出于安全考虑，一般需独立的变压器房。
2)由于基于380V低压交流电压组网，需要安装PQC等设备进行电能质量管理。
3)直流负载及交流负载均需经过两级变换器进行电压变换，效率较低。
4)在诸如电动汽车快速充电需求的场合，电缆电流较大，所需电缆较粗，单价昂贵，长距离铺设低压电缆时造价及施工费用较高。
5)在储能向电网调度时还需增加其他接口设备。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的一目的在于提供一种基于固态变压器的充电站系统，以有效解决上述不足之处的一个或多个。
为了实现上述目的，本实用新型提供一种基于固态变压器的充电站系统，其特点在于，包括：
至少一固态变压器，所述固态变压器的输入侧连接一配电网，输出侧连接至少一直流母线；
所述直流母线上连接有至少一隔离的充电器和一非隔离的充电器。
在本实用新型的一实施例中，所述非隔离的充电器包含一个非隔离的直流-直流变换器，所述非隔离的直流-直流变换器连接在所述直流母线上。
在本实用新型的一实施例中，所述隔离的充电器包含一个隔离的直流-直流变换器，所述隔离的直流-直流变换器连接在所述直流母线上。
在本实用新型的一实施例中，每一所述直流母线上还连接有以下用电设备至少其中之一：光伏系统、储能电池、交流负载和直流负载。
在本实用新型的一实施例中，所述光伏系统是通过一个直流-直流变换器连接所述直流母线；所述储能电池通过一个直流-直流变换器连接所述直流母线；所述交流负载通过一个直流-交流变换器连接所述直流母线；所述直流负载通过一个直流-直流变换器连接所述直流母线。
在本实用新型的一实施例中，所述配电网具有2.4～35KV的中压交流电压。
在本实用新型的一实施例中，每一所述直流母线具有一预定直流电压。
在本实用新型的一实施例中，至少一个所述固态变压器的输出侧连接多个所述直流母线。
在本实用新型的一实施例中，多个所述固态变压器的输入侧连接所述配电网，输出侧连接同一所述直流母线。
本实用新型的充电器系统通过采用基于SST的架构，使整个系统的效率得到了提高，且在轻载到满载情况下均能保持较高的效率，更适合于比如充电站等空载或轻载用电较多使用场景。另外，本实用新型通过采用SST作为与配电网功率交换的中介(即能量路由器)，因其能直接和电网进行通信并能进行四象限运行，提高了电网能量调度灵活度，更便于扩展。而且，SST本身可对电能质量进行控制，不需要配备额外的PQC等电能质量管理设备。
本实用新型通过提供一个恒定的直流母线电压供用电设备组网，与交流母线相比，当输送相同功率时，直流线路造价低，同绝缘水准的电缆可以运行于较高的直流电压，直流输电的功率和能量损耗小，且直流输电对通信干扰小。因此，本实用新型通过采用直流母线组网，可减少低压交流电缆较粗带来的功率损耗，并降低材料及施工费用。
本实用新型的充电站系统能兼容新能源(例如PV)、储能电池(例如风电)、电动汽车充电桩(隔离及非隔离)等直流用电设备，即集配电与光、储、充为一体，增强了系统的稳健性及灵活性，新能源的接入减少了系统对电网电量的需求，储能设备的接入增加了系统对抗负载冲击的能力，且可作为电网调度的能量池。
本实用新型的充电站系统通过非隔离的充电器与隔离的充电器相结合，例如结合大功率高效率的非隔离快速充电器和若干小功率的隔离充电器，可同时满足多车充电，且大功率快充车少需求小，小功率慢充车多需求大，两者结合可有效提高系统利用率。
以下将以实施方式对上述的说明作详细的描述，并对本实用新型的技术方案提供更进一步的解释。
附图说明
为让本实用新型的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：
图1为现有技术的基于低压交流母线的组网架构示意图；
图2为本实用新型的第一较佳实施例的基于SST的充电站系统的组网架构示意图；
图3为本实用新型的第二较佳实施例的基于SST的充电站系统的组网架构示意图；
图4为本实用新型的第三较佳实施例的基于SST的充电站系统的组网架构示意图；
图5为本实用新型的第四较佳实施例的基于SST的充电站系统的组网架构示意图；
图6为本实用新型的第五较佳实施例的基于SST的充电站系统的组网架构示意图；
图7为本实用新型的第六较佳实施例的基于SST的充电站系统的组网架构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的叙述更佳详尽与完备，可参照所附的附图及以下所述各种实施例，附图中相同的号码代表相同或相似的组件。另一方面，众所周知的组件与步骤并未描述于实施例中，以避免对本实用新型造成不必要的限制。此外，为简化附图起见，一些已知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示。
如图2所示，其示出了本实用新型的第一较佳实施例的基于SST的混合式充电站系统的组网架构，其包括至少一SST、至少一非隔离的充电器(Charger)以及至少一隔离的充电器。其中，该SST的输入侧连接配电网，输出侧连接直流母线，且该SST作为与配电网能量交换的中介。配电网的中压交流电压(例如2.4～35kV)经SST变换后得到一直流母线，该直流母线上可连接一个大功率的非隔离型直流充电器(即非隔离的充电器)及若干个的隔离型直流充电器(即隔离的充电器，例如充电器1～N)，其中，该非隔离型直流充电器例如包含一个非隔离DC/DC变换器连接该直流母线，该隔离型直流充电器例如包含一个隔离DC/DC变换器连接该直流母线。并且，该非隔离型直流充电器可对单个车进行快速充电，该隔离型直流充电器可对多车进行隔离型慢速充电，可提高快速充电系统的使用率。
虽然在图2的实施例中仅示例性地示出了一台SST和一个非隔离型直流充电器，但可以理解的是，其数量也可以为多个，这些并不作为对本实用新型的限制。例如，如图3所示，其示出了本实用新型的第二较佳实施例的基于SST的充电站系统的组网架构，其与图2所示的实施例的不同之处在于：该直流母线上连接有N个非隔离型直流充电器，如图中通过非隔离DC/DC变换器与该直流母线连接的充电器1～N。
在本实用新型中，根据使用场合的不同，可以定义不同直流母线的电压等级，如数据中心可为400V，充电站可为1000V等。
本实用新型的基于SST的混合式充电站系统具有如下优势：
(1)本实用新型通过采用SST作为与配电网功率交换的中介，SST为纯电力电子设备，通过选取合适的器件及拓扑，可使其轻载到满载效率较高，后级用电设备只需做DC/DC变换，效率可以进一步提高。而在如图1所示的现有技术中，中压变压器空载损耗一直存在，后级的用电设备需经AC/DC整流及DC/DC变换两级，整体效率偏低。对比下来，本实用新型采用基于SST的架构，使整个系统的效率得到了提高，在轻载到满载情况下均能保持较高的效率，更适合于空载或轻载用电较多使用场景，比如充电站。
(2)本实用新型采用SST作为与配电网功率交换的中介(能量路由器)，因其能直接和电网进行通信并能进行四象限运行，提高了电网能量调度灵活度；而且，SST本身可对电能质量进行控制，因此不需要配备额外的PQC等电能质量管理设备。
(3)本实用新型采用直流母线作为组网母线，与交流母线相比，当输送相同功率时，直流线路造价低，同绝缘水准的电缆可以运行于较高的直流电压，直流输电的功率和能量损耗小，直流输电对通信干扰小。因此，采用直流母线组网，可减少低压交流电缆较粗带来的功率损耗，降低材料及施工费用。
(4)本实用新型通过结合大功率的非隔离型直流充电器和若干小功率的隔离型直流充电器，非隔离型直流充电器相对于隔离型直流充电器具有更高的效率，适合用于大功率快充，在SST功率一定的情况下，非隔离型直流充电器可用于短时大功率快充，隔离型直流充电器可用于长时间的小功率慢充，可同时满足多车充电，且大功率快充车少需求小，小功率慢充车多需求大，两者结合可有效提高系统利用率。
如图4所示，其示出了本实用新型的第三较佳实施例的基于SST的混合式充电站系统的组网架构，其与图2所示的实施例的不同之处在于，该直流母线上还连接有光伏系统(PV)及储能电池(Battery)。光伏系统通过一个DC/DC变换器连接到直流母线；储能电池通过一个DC/DC变换器连接到直流母线。这种组网架构的优势在于，可进一步将太阳能转换为电能储存起来，供电动车充电用，减少对电网电能的消耗，同时在电网需要能量调度时支撑电网。
如图5所示，其示出了本实用新型的第四较佳实施例的基于SST的混合式充电站系统的组网架构，其与图4所示的实施例的不同之处在于：该直流母线上还进一步连接有直流负载和交流负载。其中，储能电池、数据中心等直流负载可经DC/DC变换器连接在该直流母线上，照明、空调、电极等交流负载可经DC/AC变换器连接在该直流母线上。当然，可以理解的是，例如风电系统(图中未示)等直流电源也可经DC/DC变换器连接在该直流母线上。这种组网架构是集配电与光、储、充为一体，增强了系统的稳健性及灵活性，而新能源(例如光伏系统、风电系统)的接入减少了系统对电网电量的需求，储能设备(例如储能电池)的接入增加了系统对抗负载冲击的能力，且可作为电网调度的能量池。
如图6所示，其示出了本实用新型的第五较佳实施例的基于SST的集光储充一体的多直流母线混合式充电站系统的组网架构，其特别的是，配电网的中压交流电压(例如2.4～35kV)经SST变换后得到至少两条直流母线，例如包括直流母线1～N，并且，根据负载需求不同，各直流母线之间的功率分配及隔离由SST内部完成。在图6所示的实施例中，每一直流母线上连接有一个大功率的非隔离型直流充电器、N个小功率的隔离型直流充电器、光伏系统(PV)及储能电池(Battery)。当然，可以理解的是，在其他实施例中，每一直流母线上连接的用电设备还可以根据不同需求进行配置，这些并不作为对本实用新型的限制。
如图7所示，其示出了本实用新型的第六较佳实施例的基于多SST的集光储充一体的混合式充电站系统的组网架构，其特别的是，其中含有至少两台SST作为与配电网能量交换的中介，例如包括SST 1～SST N，且配电网的中压交流电压(例如2.4～35kV)经SST变换后得到同一直流母线，根据负载需求不同，直流母线之间的功率分配及隔离由SST之间完成。并且，可以根据场站功率等级不同配备不同数量的SST进行组网，也可以根据负载功率需求不同，灵活调配不同数量的SST运行，使系统更具灵活性。在图7所示的实施例中，该直流母线上连接有一个大功率的非隔离型直流充电器、N个小功率的隔离型直流充电器、光伏系统(PV)及储能电池(Battery)。
图2～图7示出了本实用新型的基于SST的充电站系统的不同实施例的组网架构，可以理解的是，组网架构的形式可以根据不同需求或不同应用场景进行不同的配置，即形式是多样的，上文仅略举几例，但不排除其他可能性。
综上，本实用新型提供的一种基于固态变压器的充电站系统，其包括：至少一固态变压器(Solid state transformer，SST)，所述固态变压器的输入侧连接一配电网，输出侧连接至少一直流母线；所述直流母线上连接有至少一隔离的充电器和一非隔离的充电器。
在本实用新型的一实施例中，所述非隔离的充电器包含一个非隔离的直流-直流变换器，非隔离的直流-直流变换器连接在所述直流母线。
在本实用新型的一实施例中，所述隔离的充电器包含一个隔离的直流-直流变换器，隔离的直流-直流变换器连接所述直流母线。
在本实用新型的一实施例中，每一所述直流母线上还连接有以下用电设备至少其中之一：光伏系统、储能电池、交流负载和直流负载。
在本实用新型的一实施例中，所述光伏系统通过一个直流-直流变换器连接所述直流母线；所述储能电池通过一个直流-直流变换器连接所述直流母线；所述交流负载通过一个直流-交流变换器连接所述直流母线；所述直流负载通过一个直流-直流变换器连接所述直流母线。
在本实用新型的一实施例中，所述配电网具有2.4～35KV的中压交流电压。
在本实用新型的一实施例中，每一所述直流母线具有一预定直流电压。
在本实用新型的一实施例中，至少一个所述固态变压器的输出侧连接有多个所述直流母线。
在本实用新型的一实施例中，多个所述固态变压器的输入侧连接所述配电网，输出侧连接同一所述直流母线。
虽然本实用新型已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本实用新型，任何熟悉此技艺者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本实用新型的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (9)
1.一种基于固态变压器的充电站系统，其特征在于，包括：
至少一固态变压器，所述固态变压器的输入侧连接一配电网，输出侧连接至少一直流母线；
所述直流母线上连接有至少一隔离的充电器和一非隔离的充电器。
2.根据权利要求1所述的基于固态变压器的充电站系统，其特征在于，所述非隔离的充电器包含一个非隔离的直流-直流变换器，所述非隔离的直流-直流变换器连接在所述直流母线上。
3.根据权利要求1所述的基于固态变压器的充电站系统，其特征在于，所述隔离的充电器包含一个隔离的直流-直流变换器，所述隔离的直流-直流变换器连接在所述直流母线上。
4.根据权利要求1所述的基于固态变压器的充电站系统，其特征在于，每一所述直流母线上还连接有以下用电设备至少其中之一：光伏系统、储能电池、交流负载和直流负载。
5.根据权利要求4所述的基于固态变压器的充电站系统，其特征在于，所述光伏系统通过一个直流-直流变换器连接所述直流母线；所述储能电池通过一个直流-直流变换器连接所述直流母线；所述交流负载通过一个直流-交流变换器连接所述直流母线；所述直流负载通过一个直流-直流变换器连接所述直流母线。
6.根据权利要求1所述的基于固态变压器的充电站系统，其特征在于，所述配电网具有2.4～35KV的中压交流电压。
7.根据权利要求1所述的基于固态变压器的充电站系统，其特征在于，每一所述直流母线具有一预定直流电压。
8.根据权利要求1～7任一权利要求所述的基于固态变压器的充电站系统，其特征在于，至少一个所述固态变压器的输出侧连接有多个所述直流母线。
9.根据权利要求1～7任一权利要求所述的基于固态变压器的充电站系统，其特征在于，多个所述固态变压器的输入侧连接所述配电网，输出侧连接同一所述直流母线。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201920947010.4U CN210007410U (zh) | 2019-06-21 | 2019-06-21 | 基于固态变压器的充电站系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201920947010.4U CN210007410U (zh) | 2019-06-21 | 2019-06-21 | 基于固态变压器的充电站系统 |
Publications (1)
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|---|---|
| CN210007410U true CN210007410U (zh) | 2020-01-31 |
Family
ID=69310007
Family Applications (1)
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| CN201920947010.4U Active CN210007410U (zh) | 2019-06-21 | 2019-06-21 | 基于固态变压器的充电站系统 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN210007410U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021169430A1 (zh) * | 2020-02-27 | 2021-09-02 | 华为技术有限公司 | 一种供电装置、供电系统及数据中心 |
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2019
- 2019-06-21 CN CN201920947010.4U patent/CN210007410U/zh active Active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2021169430A1 (zh) * | 2020-02-27 | 2021-09-02 | 华为技术有限公司 | 一种供电装置、供电系统及数据中心 |
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