CN214590630U

CN214590630U - 一种电能传输装置及发电系统

Info

Publication number: CN214590630U
Application number: CN202120368943.5U
Authority: CN
Inventors: 陈鹏; 李顺
Original assignee: Sungrow Power Supply Co Ltd
Current assignee: Sungrow Power Supply Co Ltd
Priority date: 2021-02-08
Filing date: 2021-02-08
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2031-02-08

Abstract

本实用新型提供了一种电能传输装置及发电系统，电能传输装置中的第一逆变单元和第二逆变单元中的第一直流输入端串联、第一逆变单元的第二直流输入端、第二逆变单元的第二直流输入端分别与逆变模块对应的电能输出设备的正极和负极连接，第一逆变单元的交流输出端和第二逆变单元的交流输出端分别和变压器模块的两个低压侧绕组连接；变压器模块的高压侧绕组与用电侧连接。通过本实用新型，在电能输出设备输出的电压经过第一逆变单元和第二逆变单元后，每个逆变单元的电压为电能输出设备输出的电压的一半，即降低了第一逆变单元和第二逆变单元承载的电压，进而仍能够使用低压器件的逆变单元进行直流和交流的转换，保证了发电系统的可靠性和安全性。

Description

一种电能传输装置及发电系统

技术领域

本实用新型涉及发电领域，更具体地说，涉及一种电能传输装置及发电系统。

背景技术

随着光伏发电技术的不断发展，光伏发电系统不断成熟。光伏发电系统由电能输出设备、光伏逆变器和变压器组成，电能输出设备、光伏逆变器和变压器依次连接，变压器的输出端与用电侧，如电网或者负载相连。

在电能输出设备的输出侧的电压提升的情况下，光伏逆变器的直流电压提升，与此同时，为了保证光伏逆变器的效率，光伏逆变器的交流电压也会对应提升。也就是说，光伏逆变器的直流电压和交流电压均有提升。此时，在光伏逆变器仍使用低压器件时，会出现由于光伏逆变器的耐压能力不够，导致光伏逆变器故障的情况发生，影响发电系统的安全性和可靠性。

实用新型内容

为解决在电能输出设备的输出侧的电压提升更高电压的情况下，光伏逆变器的直流电压和交流电压均提升，此时，若仍使用低压器件的光伏逆变器，会出现耐压能力不够的情况，从而影响发电系统的安全性和可靠性的问题，本实用新型提供一种电能传输装置及发电系统。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种电能传输装置，包括：

变压器模块和至少一个逆变模块；

所述逆变模块包括第一逆变单元和第二逆变单元；所述第一逆变单元的第一直流输入端和所述第二逆变单元的第一直流输入端串联、所述第一逆变单元的第二直流输入端与所述逆变模块对应的电能输出设备的正极连接、所述第二逆变单元的第二直流输入端与所述电能输出设备的负极连接；

所述第一逆变单元的交流输出端和所述变压器模块的第一低压侧绕组连接；所述第二逆变单元的交流输出端和所述变压器模块的第二低压侧绕组连接；所述变压器模块的高压侧绕组与用电侧连接。

可选地，所述变压器模块包括第一双绕组变压器和第二双绕组变压器；所述第一逆变单元的交流输出端和所述第一双绕组变压器的低压侧绕组连接；所述第二逆变单元的交流输出端和所述第二双绕组变压器的低压侧绕组连接；所述第一双绕组变压器的高压侧绕组和所述第二双绕组变压器的高压侧绕组与所述用电侧连接。

可选地，所述变压器模块为分裂式绕组变压器。

可选地，所述第一逆变单元包括至少一个DC/AC转换器；

在所述第一逆变单元包括多个DC/AC转换器的情况下，多个所述DC/AC转换器并联，所述DC/AC转换器的第一直流输入端与所述第二逆变单元的第一直流输入端串联，所述DC/AC转换器的第二直流输入端与所述逆变模块对应的电能输出设备的正极连接；所述DC/AC转换器的交流输出端和所述变压器模块的第一低压侧绕组连接。

可选地，所述第二逆变单元包括至少一个DC/AC转换器；

在所述第二逆变单元包括多个DC/AC转换器的情况下，多个所述DC/AC转换器并联，所述DC/AC转换器的第一直流输入端与所述第一逆变单元的第一直流输入端串联，所述DC/AC转换器的第二直流输入端与所述逆变模块对应的电能输出设备的负极连接；所述DC/AC转换器的交流输出端和所述变压器模块的第二低压侧绕组连接。

一种发电系统，包括上述的电能传输装置，所述发电系统还包括至少一个电能输出设备；所述电能输出设备与所述逆变模块的数量相同且一一连接。

可选地，所述电能输出设备包括至少一个电能输出子设备；至少一个电能输出子设备按照预设连接规则连接。

可选地，所述电能输出子设备为储能电池；至少一个所述储能电池串联连接；所述第一逆变单元的第二直流输入端与串联后的所述至少一个储能电池的正极连接，所述第二逆变单元的第二直流输入端与串联后的所述至少一个储能电池的负极连接。

可选地，所述电能输出子设备包括至少一个电能输出单元，所述电能输出单元包括汇流箱和至少一个发电单元；所述至少一个发电单元分别与所述汇流箱连接；所述第一逆变单元的第二直流输入端与所述汇流箱的正极连接，所述第二逆变单元的第二直流输入端与所述汇流箱的负极连接。

可选地，所述汇流箱为汇流装置。

可选地，所述汇流装置包括DC-DC转换器。

可选地，所述发电单元为光伏阵列或储能电池。

从上述技术方案可以看出，本实用新型提供了一种电能传输装置及发电系统，电能传输装置包括变压器模块和至少一个逆变模块；所述逆变模块包括第一逆变单元和第二逆变单元；所述第一逆变单元的第一直流输入端和所述第二逆变单元的第一直流输入端串联、所述第一逆变单元的第二直流输入端与所述逆变模块对应的电能输出设备的正极连接、所述第二逆变单元的第二直流输入端与所述电能输出设备的负极连接；所述第一逆变单元的交流输出端和所述变压器模块的第一低压侧绕组连接；所述第二逆变单元的交流输出端和所述变压器模块的第二低压侧绕组连接；所述变压器模块的高压侧绕组与用电侧连接。通过上述电路连接结构，第一逆变单元和第二逆变单元串联，则在电能输出设备输出的电压经过第一逆变单元和第二逆变单元后，每个逆变单元的电压为电能输出设备输出的电压的一半，即降低了第一逆变单元和第二逆变单元承载的电压，进而仍能够使用低压器件的逆变单元进行直流和交流的转换，保证了发电系统的可靠性和安全性。

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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种电能传输装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种发电系统的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的另一种发电系统的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的再一种发电系统的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的又一种发电系统的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的第五种发电系统的结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的第六种发电系统的结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的第七种发电系统的结构示意图。

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。

随着光伏发电技术的不断发展，光伏发电系统不断成熟，光伏发电系统可以是1500V光伏发电系统，也可以是其他电压大小的光伏发电系统，本实施例后续均以1500V光伏发电系统举例说明，但是需要说明的是，本实用新型适合输出电压为任意电压大小的光伏发电系统。1500V光伏发电系统由电能输出设备、光伏逆变器和变压器组成，电能输出设备、光伏逆变器和变压器依次连接，变压器的输出端与用电侧，如电网或者负载相连。

在电能输出设备的输出侧的电压提升至1500V的情况下，光伏逆变器的直流电压为1500V，即光伏逆变器的直流电压提升，与此同时，光伏逆变器的交流电压也会对应提升。也就是说，光伏逆变器的直流电压和交流电压均有提升。同等容量的光伏阵列长距离线缆的线损大幅度降低，线缆线径要求也可以降低，但是，光伏逆变器直流电压和交流电压的提升，也带来对器件耐压能力、安规要求、保护分断能力要求的提高。若光伏逆变器仍使用低压器件，会出现由于光伏逆变器的耐压能力不够，导致光伏逆变器故障的情况发生，影响发电系统的安全性和可靠性。若是使用高压器件，虽然可以提高耐压能力，但是会提高成本。那么在不提高成本的情况下，如何继续使用低压的光伏器件来适用1500V光伏发电场景。

为此，发明人经过研究发现，电能输出设备的输出侧的电压提升至1500V，虽然不能改变光伏逆变器的输入端的电压，但是可以通过调整光伏逆变器的内部结构，降低光伏逆变器中的每一器件的电压，保证器件的安全性和可靠性。

具体的，本实用新型提供了一种电能传输装置及发电系统，电能传输装置包括变压器模块11和至少一个逆变模块；所述逆变模块包括第一逆变单元12和第二逆变单元13；所述第一逆变单元12的第一直流输入端和所述第二逆变单元13的第一直流输入端串联、所述第一逆变单元12的第二直流输入端与所述逆变模块对应的电能输出设备的正极连接、所述第二逆变单元13的第二直流输入端与所述电能输出设备的负极连接；所述第一逆变单元12的交流输出端和所述变压器模块11的第一低压侧绕组连接；所述第二逆变单元13的交流输出端和所述变压器模块11的第二低压侧绕组连接；所述变压器模块11的高压侧绕组与用电侧连接。通过上述电路连接结构，第一逆变单元12和第二逆变单元13串联，则在电能输出设备输出的电压经过第一逆变单元12和第二逆变单元13后，每个逆变单元的电压为电能输出设备输出的电压的一半，即降低了第一逆变单元12和第二逆变单元13承载的电压，进而仍能够使用低压器件的逆变单元进行直流和交流的转换，保证了发电系统的可靠性和安全性。

在上述内容的基础上，本实用新型实施例提供了一种电能传输装置，参照图1，可以包括：

变压器模块11和至少一个逆变模块；

所述逆变模块包括第一逆变单元12和第二逆变单元13；所述第一逆变单元12的第一直流输入端和所述第二逆变单元13的第一直流输入端串联、所述第一逆变单元12的第二直流输入端与所述逆变模块对应的电能输出设备的正极连接、所述第二逆变单元13的第二直流输入端与所述电能输出设备的负极连接。

在实际应用中，第一逆变单元12和第二逆变单元13均有两个直流输入端，分别称为第一直流输入端和第二直流输入端，第一逆变单元12的一个直流输入端与第二逆变单元13的一个直流输入端串联，具体的，所述第一逆变单元12的第一直流输入端和所述第二逆变单元13的第一直流输入端串联，使得第一逆变单元12和第二逆变单元13串联。需要说明的是，上述的第一和第二只是用于区分两个输入端，具体哪一直流输入端为第一直流输入端，哪一直流输入端为第二直流输入端，本领域技术人员可以在实际应用场景中进行定义。

所述第一逆变单元12的非串联端，即第二直流输入端与所述逆变模块对应的电能输出设备的正极连接、所述第二逆变单元13的非串联端，即第二直流输入端与所述电能输出设备的负极连接。

参照图1，电能输出设备的输出电压为V1，也即逆变模块承载的电压为V1，在1500V光伏发电系统中，V1是1500V。

所述第一逆变单元12的交流输出端和所述变压器模块11的第一低压侧绕组连接；所述第二逆变单元13的交流输出端和所述变压器模块11的第二低压侧绕组连接；所述变压器模块11的高压侧绕组与用电侧连接。

在实际应用中，用电侧可以是负载或者是电网。本实施例中，通过将第一逆变单元12和第二逆变单元13的交流输出侧连接至分裂式绕组变压器的至少两个不同低压绕组，可以使得两个逆变单元直流连接后，交流功率互相解耦，避免了环流。另外，通过将第一逆变单元12和第二逆变单元13的直流输入侧有连接，交流输出侧连接至分裂变压器的至少两个不同的低压绕组，可以使得在总的输入电压为高电压时，把交流电压降低为低电压，在保证逆变单元输入和输出电压比例合理的范围内，提高了工作效率，可以使用低交流电压等级的器件、降低了成本。

变压器模块11可以有两种实现方式，参照图1，图1为其中一种实现方式，具体的，变压器模块11为分裂式绕组变压器。在实际应用中，分裂式绕组变压器的低压侧至少由两个低压侧绕组和一个高压侧绕组构成，本实施例中，仅使用低压侧的两个低压侧绕组。在选取哪一低压侧绕组使用时，可以选择未故障的任意两个低压侧绕组。

参照图1，分裂式绕组变压器有两个低压侧绕组和一个高压侧绕组，则这两个低压侧绕组中的一个(称为第一低压侧绕组)与第一逆变单元12的交流输出端连接，另一个(称为第二低压侧绕组)与所述第二逆变单元13的交流输出端连接。

此外，参照图2，变压器模块11还可以包括第一双绕组变压器111和第二双绕组变压器112；所述第一逆变单元12的交流输出端和所述第一双绕组变压器111的低压侧绕组连接；所述第二逆变单元13的交流输出端和所述第二双绕组变压器112的低压侧绕组连接；所述第一双绕组变压器111的高压侧绕组和所述第二双绕组变压器112的高压侧绕组与所述用电侧连接。

图1为逆变模块的数量为一个的情况，本实用新型的另一实现方式中，逆变模块的数量也可以为多个，参照图2，图2给出了逆变模块的数量为两个的情况。每一逆变模块包括一个第一逆变单元12和一个第二逆变单元13，则两个逆变模块包括两个第一逆变单元12和两个第二逆变单元13。每一逆变模块内部的连接结构参照上述相应说明，多个逆变模块之间无连接关系，且每一逆变模块与一个电能输出设备连接，不同的逆变模块与连接的电能输出设备不同。

图2中，一个逆变模块和一个DC/DC可以组成一个光伏交流器，如图2中的光伏交流器41和42。此外，该DC/DC还可以与光伏阵列组成一电能输出设备。由此可见，改变DC/DC的组合方式，可以构建得到多种实体设备。

上述实施例中的第一逆变单元12和第二逆变单元13，内部均可以由至少一个DC/AC转换器组成，具体参照图1和图2，第一逆变单元12和第二逆变单元13由一个DC/AC转换器组成。此外，还可以由多个DC/AC转换器组成。

具体参照图3，在所述第一逆变单元12包括多个DC/AC转换器的情况下，多个所述DC/AC转换器并联，所述DC/AC转换器的第一直流输入端与所述第二逆变单元13的第一直流输入端串联，所述DC/AC转换器的第二直流输入端与所述逆变模块对应的电能输出设备的正极连接；所述DC/AC转换器的交流输出端和所述变压器模块11的第一低压侧绕组连接。

同样，第二逆变单元13同第一逆变单元12。具体的，所述第二逆变单元13包括至少一个DC/AC转换器；

在所述第二逆变单元13包括多个DC/AC转换器的情况下，多个所述DC/AC转换器并联，所述DC/AC转换器的第一直流输入端与所述第一逆变单元12的第一直流输入端串联，所述DC/AC转换器的第二直流输入端与所述逆变模块对应的电能输出设备的负极连接；所述DC/AC转换器的交流输出端和所述变压器模块11的第二低压侧绕组连接。

本实施例中，电能传输装置包括变压器模块和至少一个逆变模块；所述逆变模块包括第一逆变单元和第二逆变单元；所述第一逆变单元的第一直流输入端和所述第二逆变单元的第一直流输入端串联、所述第一逆变单元的第二直流输入端与所述逆变模块对应的电能输出设备的正极连接、所述第二逆变单元的第二直流输入端与所述电能输出设备的负极连接；所述第一逆变单元的交流输出端和所述变压器模块的第一低压侧绕组连接；所述第二逆变单元的交流输出端和所述变压器模块的第二低压侧绕组连接；所述变压器模块的高压侧绕组与用电侧连接。通过上述电路连接结构，第一逆变单元和第二逆变单元串联，则在电能输出设备输出的电压经过第一逆变单元和第二逆变单元后，每个逆变单元的电压为电能输出设备输出的电压的一半，即降低了第一逆变单元和第二逆变单元承载的电压，进而仍能够使用低压器件的逆变单元进行直流和交流的转换，保证了发电系统的可靠性和安全性。另外，本实用新型使用了低压器件，相比于使用高压器件的方式，能够有效降低成本，并且提高了保护能力。

在上述电能传输装置的实施例的基础上，本实用新型的另一实施例提供了一种发电系统，该发电系统包括上述的电能传输装置，此外，发电系统还包括至少一个电能输出设备；所述电能输出设备与所述逆变模块的数量相同且一一连接。

在实际应用中，为每一逆变模块配置有一个对应的电能输出设备，逆变模块仅与自身对应的电能输出设备连接。

所述电能输出设备包括至少一个电能输出子设备，至少一个电能输出子设备按照预设连接规则连接。在不同的应用场景下，电能输出子设备可以有多种实现方式，具体如下：

1、所述电能输出子设备为储能电池；至少一个所述储能电池串联连接；所述第一逆变单元的第二直流输入端与串联后的所述至少一个储能电池的正极连接，所述第二逆变单元的第二直流输入端与串联后的所述至少一个储能电池的负极连接。

具体参照图4，电能输出设备可以是储能电池组，储能电池组中包括多个储能电池，每一储能电池作为一电能输出子设备，多个储能电池串联连接。

多个储能电池组成的串联回路中，正极与第一逆变单元的第二直流输入端连接，负极与第二逆变单元的第二直流输入端连接。

在实际应用中，储能电池的数量可以依据实际需求而定，若每一储能电池的电池容量较大，则可以使用较少数量的储能电池。若每一储能电池的电池容量较小，则可以使用较多数量的储能电池。

2、所述电能输出子设备包括至少一个电能输出单元，所述电能输出单元包括汇流箱和至少一个发电单元；所述至少一个发电单元分别与所述汇流箱连接；所述第一逆变单元的第二直流输入端与所述汇流箱的正极连接，所述第二逆变单元的第二直流输入端与所述汇流箱的负极连接。

具体参照图5，光伏阵列作为一个发电单元，两个光伏阵列与汇流箱1连接，使得汇流箱1输出的电压为V1，另外两个光伏阵列与汇流箱2连接，汇流箱2输出的电压也为V1。汇流箱1与汇流箱2的正极连接后与所述第一逆变单元的第二直流输入端连接，汇流箱1与汇流箱2的负极连接后与所述第二逆变单元的第二直流输入端连接。

具体的，光伏阵列组件经过汇流箱汇流，输出一个高电压V1，V1连接至逆变单元的输入侧，V1的正极与第一逆变单元的正极输入连接，V1的负极与第二逆变器单元的负极输入连接，第一逆变单元的另一正极输入与第二逆变单元的另一正极输入连接。第一逆变单元的交流输出端与低压绕组1连接，第二逆变单元的交流输出端与低压绕组2连接，其中，低压绕组1和低压绕组2是分裂变压器的两个不同低压侧绕组，相互隔离。

需要说明的是，本实施例中的两个光伏阵列与一个汇流箱连接，组成一个电能输出单元，至少一个电能输出单元组成一个电能输出子设备。

在实际应用中，电能输出子设备的数量为至少一个，电能输出子设备包括的电能输出单元的数量也为至少一个，电能输出单元包括的发电单元的数量也为至少一个。

本实施例中的汇流箱可以是汇流装置，该汇流装置既可以包括DC-DC转换器，也可以不包括DC-DC转换器。

在将图5中的结构应用到1500V光伏发电系统中的场景下时，具体结构图参照图6。图6中，分裂式绕组变压器的低压侧绕组的电压为400V。

另外，图5中给出了一个逆变模块的场景图，此外，还可以使用两个逆变模块，具体参照图7。

此外，图5是以发电单元为光伏阵列为例，此外，发电单元还可以是储能电池。具体参照图8，图8与图5不同的是，将光伏阵列更换为储能电池组，其中，储能电池组也可以替换成储能电池。

本实施例中，通过第一逆变单元和第二逆变单元的输入串联，将输入的高电压降低为低电压，降低了逆变单元的输入电压等级，使得逆变单元可以使用低电压等级的器件，成本降低、安规要求降低、性能提高。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种电能传输装置，其特征在于，包括：

变压器模块和至少一个逆变模块；

2.根据权利要求1所述的电能传输装置，其特征在于，所述变压器模块包括第一双绕组变压器和第二双绕组变压器；所述第一逆变单元的交流输出端和所述第一双绕组变压器的低压侧绕组连接；所述第二逆变单元的交流输出端和所述第二双绕组变压器的低压侧绕组连接；所述第一双绕组变压器的高压侧绕组和所述第二双绕组变压器的高压侧绕组与所述用电侧连接。

3.根据权利要求1所述的电能传输装置，其特征在于，所述变压器模块为分裂式绕组变压器。

4.根据权利要求1所述的电能传输装置，其特征在于，所述第一逆变单元包括至少一个DC/AC转换器；

5.根据权利要求1所述的电能传输装置，其特征在于，所述第二逆变单元包括至少一个DC/AC转换器；

6.一种发电系统，其特征在于，包括如权利要求1所述的电能传输装置，所述发电系统还包括至少一个电能输出设备；所述电能输出设备与所述逆变模块的数量相同且一一连接。

7.根据权利要求6所述的发电系统，其特征在于，所述电能输出设备包括至少一个电能输出子设备；至少一个电能输出子设备按照预设连接规则连接。

8.根据权利要求7所述的发电系统，其特征在于，所述电能输出子设备为储能电池；至少一个所述储能电池串联连接；所述第一逆变单元的第二直流输入端与串联后的所述至少一个储能电池的正极连接，所述第二逆变单元的第二直流输入端与串联后的所述至少一个储能电池的负极连接。

9.根据权利要求7所述的发电系统，其特征在于，所述电能输出子设备包括至少一个电能输出单元，所述电能输出单元包括汇流箱和至少一个发电单元；所述至少一个发电单元分别与所述汇流箱连接；所述第一逆变单元的第二直流输入端与所述汇流箱的正极连接，所述第二逆变单元的第二直流输入端与所述汇流箱的负极连接。

10.根据权利要求9所述的发电系统，其特征在于，所述汇流箱为汇流装置。

11.根据权利要求10所述的发电系统，其特征在于，所述汇流装置包括DC-DC转换器。

12.根据权利要求9所述的发电系统，其特征在于，所述发电单元为光伏阵列或储能电池。