CN214412300U

CN214412300U - 一种多直流电压供电等级的交直流混合配电装置

Info

Publication number: CN214412300U
Application number: CN202120147706.6U
Authority: CN
Inventors: 赵海波; 胡恩德; 李琦; 邢亚虹; 申泽渊; 张知; 张延辉; 宋晓俊; 赵国伟; 段惠; 赵国鹏; 刘文霞
Original assignee: Economic and Technological Research Institute of State Grid Shanxi Electric Power Co Ltd
Current assignee: Economic and Technological Research Institute of State Grid Shanxi Electric Power Co Ltd
Priority date: 2021-01-20
Filing date: 2021-01-20
Publication date: 2021-10-15
Anticipated expiration: 2031-01-20

Abstract

本实用新型提供了一种多直流电压供电等级的交直流混合配电装置，装置包括：交流电源、AC/DC变流器和N个不同数值的电容，交流电源用于提供第一交流电压；AC/DC变流器用于将第一交流电压转换成直流电压；N个电容相互串联，且第一个电容的一端与所述AC/DC变流器的一端连接，第N个电容的另一端与所述AC/DC变流器的另一端连接，N个电容用于将所述直流电压进行分压，实现多等级电压输出。采用本实用新型中的技术方案，无需设置DC/DC变流器就能实现多等级电压输出，进一步降低电路结构复杂和成本。

Description

一种多直流电压供电等级的交直流混合配电装置

技术领域

本实用新型涉及混合配电技术领域，特别是涉及一种多直流电压供电等级的交直流混合配电装置。

背景技术

在未来配电网中，交直流混合配电网可以减少交流和直流的转换过程，从而提高效率和降低投资成本。相比传统配电网，交直流配电网具有友好接入新能源、适应多元负荷需求、控制便捷、电能质量高、传输能力强的显著优势。

在现在的交直流混合配电系统中，大量的分布式电源的接入和复杂的负荷种类，对配电系统的供电可靠性都造成了冲击。交直流配电装置以电力电子技术、控制保护技术以及信息通信技术的高度融合为特征；设备形态上,功能高度集中,设备界限逐渐模糊；角色定位上,不仅是能量传输节点、电网调控节点,还是负荷调控节点；运行方式上,既可以并网运行,又可以孤网运行；信息交互上,不但可以作为接收和执行信息的节点,而且可以实现数据采集功能,实现电气设备与信息的深度融合。

交直流混合配电装置是由AC/DC、DC/DC变流器连接组成，一般在直流端采用大小相同的电容来获取相同的电压，再分别使用不同升压比值的DC/DC变流器进行升压，实现多电压等级输出的要求，但这样的方式往往使得装置造价昂贵。

实用新型内容

基于此，本实用新型的目的是提供一种多直流电压供电等级的交直流混合配电装置，以降低电路结构复杂和成本。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种多直流电压供电等级的交直流混合配电装置，所述装置包括：

交流电源，用于提供第一交流电压；所述第一交流电压为10kV；

AC/DC变流器，与所述交流电源连接，用于将第一交流电压转换成直流电压；

N个不同数值的电容，N个电容相互串联，且第一个电容的一端与所述AC/DC变流器的一端连接，第N个电容的另一端与所述AC/DC变流器的另一端连接，N个电容用于将所述直流电压进行分压，实现多等级电压输出；其中，N为大于1的正整数。

可选地，所述装置还包括：

N个DC/DC变流器和N个储能电池；第i个所述DC/DC变流器的两端分别与第i个电容连接，第i个所述DC/DC变流器的另两端分别与第i个储能电池连接，其中1＜i≤N。

可选地，所述装置还包括：

DC/AC变流器，与所述AC/DC变流器连接，用于将所述直流电压转换成第二交流电压，以使给交流负荷提供电能。

可选地，所述AC/DC变流器为三相NPC三电平双向变流器。

可选地，所述DC/DC变流器为双向DC/DC变流器。

可选地，所述装置还包括：

电流传感器，用于检测流经所述储能电池的电流；

电压传感器，用于检测所述储能电池两端的电压；

第一比较器，与所述电流传感器连接，用于将检测的电流与恒流充电时的电流进行做差比较，获得电流误差；

第一PI控制器，与所述第一比较器连接，用于根据所述电流误差生成第一SPWM波；

第二比较器，与所述电压传感器连接，用于将检测的电压与浮充充电时的电压进行做差比较，获得电压误差，或者将检测的电压与恒压充电时的电压进行做差比较，获得电压误差；

第二PI控制器，与所述第二比较器连接，用于根据所述电压误差生成第二SPWM波；

第一选择器，分别与所述第一PI控制器、所述第二PI控制器和所述DC/DC变流器连接，用于选择所述第一SPWM波或所述第二SPWM波控制所述DC/DC变流器中的第一开关管和第二开关管的工作状态。

可选地，所述装置还包括：

第二选择器，与所述第二比较器连接，用于选择输入浮充充电时的电压或恒压充电时的电压。

可选地，各所述DC/DC变流器均包括：

第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管、第一电感、第一电阻和第七电容；所述第一开关管的第一端与所述第二二极管的阴极连接，所述第一开关管的第二端、所述第二开关管的第一端、所述第一二极管的阴极和所述第二二极管的阳极均连接，所述第二开关管的第二端与所述第一二极管的阳极连接，所述第二二极管的阳极与所述第一电感的一端连接，所述第一电感的另一端与所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端分别与所述第七电容的一端和所述储能电池的一端连接，所述第七电容的另一端、所述储能电池的另一端均与所述第一二极管的阳极连接，所述第一开关管的第三端和所述第二开关管的第三端均与所述第一选择器连接。

可选地，所述第一开关管和所述第二开关管均为NPN型三极管，所述第一端为集电极，所述第二端为发射极，所述第三端为基极。

根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例多直流电压供电等级的交直流混合配电装置结构图；

图2为本实用新型实施例三相NPC三电平双向变流器结构图；

图3为本实用新型实施例DC/DC变流器结构图；

图4为本实用新型实施例充电时储能控制策略框图；

图5为本实用新型实施例储能电池充电阈值图；

其中，1、交流电源，2、AC/DC变流器，3、电容，4、DC/DC变流器，5、储能电池，6、DC/AC变流器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种多直流电压供电等级的交直流混合配电装置，以降低电路结构复杂和成本。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所示，本实用新型提供了一种多直流电压供电等级的交直流混合配电装置，所述装置包括：交流电源1、AC/DC变流器2和N个不同数值的电容3；所述AC/DC变流器2与所述交流电源1连接，N个电容3相互串联，且第一个电容3的一端与所述AC/DC变流器2的一端连接，第N个电容3的另一端与所述AC/DC变流器2的另一端连接。交流电源1用于提供第一交流电压；所述第一交流电压为10kV；AC/DC变流器2用于将第一交流电压转换成直流电压；N个电容3用于将所述直流电压进行分压，实现多等级电压输出。

上述实施例以N等于4为例进行绘制的交直流混合配电装置结构图。为了使输出侧的电压等级分别为1500V、750V、380V和110V，因此通过对后侧直流负荷的预测和计算，就可以计算出合适的电容值，通过计算可知，c₁＞c₂＞c₃＞c₄，也就是说电容值越大，则输出电压也就越大。另外，本实用新型所述AC/DC变流器2为三相NPC三电平双向变流器，如图2所示。本实施例中储能电池5为蓄电池。

作为一种实施方式，本实用新型所述装置还包括：N个DC/DC变流器4和N个储能电池5；第i个所述DC/DC变流器4的两端分别与第i个电容3连接，第i个所述DC/DC变流器4的另两端分别与第i个储能电池5连接，其中1＜i≤N。本实用新型每一个电容3并联一个储能装置(即DC/DC变流器4和储能电池5)，达到了增强交流侧稳定供电的能力。

作为一种实施方式，本实用新型所述装置还包括：DC/AC变流器6，与所述AC/DC变流器2连接，用于将所述直流电压转换成第二交流电压，以使给交流负荷提供电能。

作为一种实施方式，本实用新型所述DC/DC变流器4为双向DC/DC变流器4，如图3所示，各所述DC/DC变流器4均包括：第一开关管V₁、第二开关管V₂、第一二极管VD₁、第二二极管VD₂、第一电感L₁、第一电阻R₁和第七电容C₇；所述第一开关管V₁的第一端与所述第二二极管VD₂的阴极连接，所述第一开关管V₁的第二端、所述第二开关管V₂的第一端、所述第一二极管VD₁的阴极和所述第二二极管VD₂的阳极均连接，所述第二开关管V₂的第二端与所述第一二极管VD₁的阳极连接，所述第二二极管VD₂的阳极与所述第一电感L₁的一端连接，所述第一电感L₁的另一端与所述第一电阻R₁的一端连接，所述第一电阻R₁的另一端分别与所述第七电容C₇的一端和所述储能电池5的一端连接，所述第七电容C₇的另一端、所述储能电池5的另一端均与所述第一二极管VD₁的阳极连接，所述第一开关管V₁的第三端和所述第二开关管V₂的第三端均与所述第一选择器连接。本实施例中，所述第一开关管V₁和所述第二开关管V₂均为NPN型三极管，所述第一端为集电极，所述第二端为发射极，所述第三端为基极。

双向DC/DC变流器4用于储能环节接入，储能电池5采用典型的三段式进行充电，即恒流充电、恒压充电和浮充充电，此时储能电池5控制策略如图4所示。本实用新型所述装置还包括：电流传感器、电流传感器、第一比较器、第一PI控制器、第二比较器、第二PI控制器、第一选择器和第二选择器；所述第一比较器与所述电流传感器连接，所述第一PI控制器与所述第一比较器连接，所述第二比较器与所述电压传感器连接，所述第二PI控制器与所述第二比较器连接，所述第一选择器分别与所述第一PI控制器、所述第二PI控制器和所述DC/DC变流器4连接，所述第二选择器与所述第二比较器连接。

所述电流传感器用于检测流经所述储能电池5的电流i0；所述电压传感器用于检测所述储能电池5两端的电压U_b；所述第一比较器用于将检测的电流i₀与恒流充电时的电流i*进行做差比较，获得电流误差；所述第一PI控制器用于根据所述电流误差生成第一SPWM波；所述第二选择器用于选择输入浮充充电时的电压

或恒压充电时的电压

所述第二比较器用于将检测的电压U_b与浮充充电时的电压

进行做差比较，获得电压误差，或者将检测的电压U_b与恒压充电时的电压

进行做差比较，获得电压误差；所述第二PI控制器用于根据所述电压误差生成第二SPWM波；所述第一选择器用于选择所述第一SPWM波或所述第二SPWM波控制所述DC/DC变流器4中的第一开关管V₁和第二开关管V₂的工作状态。

如图5所示，当[0,t₁]时，说明此时储能电池5处于恒流充电状态，将所述第一选择器的开关与1触头连接，因此所述第一选择器选择所述第一SPWM波控制所述DC/DC变流器4中的第一开关管V₁和第二开关管V₂的工作状态；当[t₁,t₂]时，说明此时储能电池5处于恒压充电状态，此时将所述第二选择器的开关与3触头连接，所述第一选择器的开关与2触头连接，因此所述第一选择器选择所述第二SPWM波控制所述DC/DC变流器4中的第一开关管V₁和第二开关管V₂的工作状态；当[t₂,∞]时，说明此时储能电池5处于浮充充电状态，此时将所述第二选择器的开关与4触头连接，所述第一选择器的开关与2触头连接，因此所述第一选择器选择所述第二SPWM波控制所述DC/DC变流器4中的第一开关管V₁和第二开关管V₂的工作状态。

传统的交直流混合配电装置的电容c₁～c₄的数值设定是相同的，即c₁＝c₂＝c₃＝c₄，就导致了各电容对应的电压值是相同的，即U_c1＝U_c2＝U_c3＝U_c4。为了能够达到输出多电压的目的，需要分别安装一个DC/DC变流器经行升压操作。而本实用新型仅仅是了设置不同的电容值即可实现多电压等级输出，这样就极大程度上的降低了成本，原因在于每一个用于升压的DC/DC变流器的成本都可以被省下。

另外，每个电容都并联了一个储能装置(即DC/DC变流器4和储能电池5)，一般时间参与负荷调度，因此可以具有缓冲负荷功率波动和突变等情况对设备造成的影响。此外，装置内部加装储能环节，还可以对装置自身的端口可靠性以及装置对外的供电可靠性都有显著的提升。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims

1.一种多直流电压供电等级的交直流混合配电装置，其特征在于，所述装置包括：

2.根据权利要求1所述的多直流电压供电等级的交直流混合配电装置，其特征在于，所述装置还包括：

3.根据权利要求1所述的多直流电压供电等级的交直流混合配电装置，其特征在于，所述装置还包括：

4.根据权利要求1所述的多直流电压供电等级的交直流混合配电装置，其特征在于，所述AC/DC变流器为三相NPC三电平双向变流器。

5.根据权利要求2所述的多直流电压供电等级的交直流混合配电装置，其特征在于，所述DC/DC变流器为双向DC/DC变流器。

6.根据权利要求2所述的多直流电压供电等级的交直流混合配电装置，其特征在于，所述装置还包括：

电流传感器，用于检测流经所述储能电池的电流；

电压传感器，用于检测所述储能电池两端的电压；

7.根据权利要求6所述的多直流电压供电等级的交直流混合配电装置，其特征在于，所述装置还包括：

8.根据权利要求7所述的多直流电压供电等级的交直流混合配电装置，其特征在于，各所述DC/DC变流器均包括：

9.根据权利要求8所述的多直流电压供电等级的交直流混合配电装置，其特征在于，所述第一开关管和所述第二开关管均为NPN型三极管，所述第一端为集电极，所述第二端为发射极，所述第三端为基极。