CN216904299U - 电能转换设备及供电系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种电能转换设备及供电系统，电能转换设备包括：电能转换器和新能源转换设备。实施时，电能转换器分别连接用电设备、高压电流母线和新能源转换设备。本申请中，电能转换器和新能源转换设备配置在供电系统中的远端用电点，电能转换器不仅可以从高压电流母线上取电提供给用电设备。配置有新能源转换设备的远端取电点还可以通过电能转换器将新能源转换设备提供的新能源电源提供给用电设备，减少局端取电点的电能消耗。在新能源电源溢出时，电能转换器还可以将溢出的新能源电源传输到高压电流母线上，进而提供给高压电流母线上搭载的其他远端用电点，还可以在局端取电点出现故障掉电时反向提供给局端取电点。

Description

电能转换设备及供电系统

技术领域

本申请涉及电能转换技术领域，尤其涉及一种电能转换设备及供电系统。

背景技术

随着国内智慧交通、5G通信和各类大数据的建设和发展，设备用电量越来越大，供电需求也随之增加，为了响应国家号召，提倡节能减排，各种新能源(太阳能、风能)与智慧直流远供系统共同为后级设备供电的应用越来越广泛，应用数量呈几何倍数增加。然而传统的共用能源模式里面智慧直流远供系统的都是单向供电，即供电系统在机房取电点设置局端，通过电缆拉远后在不同地点的用电点设置远端，进而为后级设备负载供电，同时在有条件的远端处增加新能源与之共同为后级设备供电。此种模式下没有配置新能源供电设施的远端只能使用智慧远程供电系统供电，配置有新能源供电设施的远端设备当新能源充足的情况下，优先使用新能源供电，当新能源不足时使用智慧远程供电系统供电。但是这种供电方式无法合理分配电能资源，比如在一个远端处的新能源电能过多时，会造成新能源浪费的情况，而若智慧远程供电系统出现故障掉电时，会对没有配置新能源设施的远端造成严重影响。

实用新型内容

为至少在一定程度上克服相关技术中供电系统的供电方式无法合理分配电能资源的问题，本申请提供一种电能转换设备及供电系统。

本申请的方案如下：

根据本申请实施例的第一方面，提供一种电能转换设备，包括：

电能转换器和新能源转换设备；

所述电能转换器分别连接用电设备、高压电流母线和所述新能源转换设备；

所述电能转换器用于将所述新能源转换设备提供的电源提供给所述用电设备和所述高压电流母线；或，将所述高压电流母线提供的电源提供给所述用电设备。

优选的，在本申请一种可实现的方式中，还包括：电能路由器；

所述电能转换器通过所述高压电流母线连接所述电能路由器；

所述电能转换器还将所述新能源转换设备提供的电源提供给所述电能路由器。

优选的，在本申请一种可实现的方式中，所述电能路由器还连接机房取电点；

所述电能路由器用于将所述电能转换器提供的电源提供给所述机房取电点。

根据本申请实施例的第二方面，提供一种供电系统，包括：高压电流母线、至少两个机房取电点、至少两个电能路由器和多个如以上所述的电能转换设备；

所述电能转换设备包括：电能转换器和新能源转换设备；

各所述电能转换器和各所述电能路由器均连接在所述高压电流母线上；

各所述电能路由器与各所述机房取电点一一对应连接；

所述电能转换器用于将所述新能源转换设备提供的电源提供给用电设备；或，将所述新能源转换设备提供的电源通过所述高压电流母线和所述电能路由器供给给所述机房取电点；或，将所述新能源转换设备提供的电源通过所述高压电流母线提供给所述高压电流母线上连接的其他电能转换器；或，将所述高压电流母线提供的电源提供给所述用电设备。

优选的，在本申请一种可实现的方式中，还包括：能源监控数据链路；

所述能源监控数据链路分别连接所述电能转换器、所述电能路由器和所述机房取电点；

所述电能转换器、所述电能路由器和所述机房取电点均将运行数据上传到所述能源监控数据链路。

优选的，在本申请一种可实现的方式中，所述机房取电点配置有多个冗余模块用于进行冗余热备份。

优选的，在本申请一种可实现的方式中，还包括：多个自主休眠模块；

各所述自主休眠模块分别配置在各所述取电点、各所述电能路由器和各所述电能转换设备处，所述自主休眠模块用于根据当前设备负载功率调节当前设备负的输出功率。

优选的，在本申请一种可实现的方式中，还包括：多个高频软开关；

各所述高频软开关分别配置在各所述取电点、各所述电能路由器和各所述电能转换设备处，所述高频软开关用于根据当前设备负载功率调节当前设备负的输出功率。

优选的，在本申请一种可实现的方式中，还包括：保护电路；

所述保护电路用于监控供电系统线路的工作状态，并在所述供电系统线路出现故障时，关闭所述供电系统线路的主输出，并启动检测电压输出。

优选的，在本申请一种可实现的方式中，所述电能转换器用于将所述高压电流母线和所述新能源转换设备进行直流并网。

本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：本申请中的电能转换设备包括：电能转换器和新能源转换设备。实施时，电能转换器分别连接用电设备、高压电流母线和新能源转换设备。电能转换器将新能源转换设备提供的电源提供给用电设备和高压电流母线，或将高压电流母线提供的电源提供给用电设备。本申请中，电能转换器和新能源转换设备配置在供电系统中的远端用电点，电能转换器不仅可以从高压电流母线上取电提供给用电设备。配置有新能源转换设备的远端取电点还可以通过电能转换器将新能源转换设备提供的新能源电源提供给用电设备，减少局端取电点的电能消耗。在新能源电源溢出时，电能转换器还可以将溢出的新能源电源传输到高压电流母线上，进而提供给高压电流母线上搭载的其他远端用电点，还可以在局端取电点出现故障掉电时反向提供给局端取电点。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1是本申请一个实施例提供的一种电能转换设备的结构示意图；

图2是本申请另一个实施例提供的一种电能转换设备的结构示意图；

图3是本申请一个实施例提供的一种供电系统的结构示意图；

图4是本申请另一个实施例提供的一种供电系统的结构示意图。

附图标记：电能转换器-1；新能源转换设备-2；用电设备-3；高压电流母线-4；电能路由器-5；机房取电点-6；能源监控数据链路-7。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

一种电能转换设备，包括：

电能转换器1和新能源转换设备2；

电能转换器1分别连接用电设备3、高压电流母线4和新能源转换设备2；

电能转换器1用于将新能源转换设备2提供的电源提供给用电设备3和高压电流母线4；或，将高压电流母线4提供的电源提供给用电设备3。

新能源转换设备2参照现有技术中的新能源转换设备2，用于将太阳能、风能等转换为电能。

电能转换器1参照现有技术中的电能转换器1，用于进行电压转换和电流导向。电能转换器1安装在远端用电点，电能转换器1可以将高压电流母线4提供的高压直流电隔离变换为DC48V，AC380V或者AC220V等，为负载设备提供稳定可靠的电源保障。也可以将新能源转换设备2提供的新能源电源转换成DC800-1500V传输至高压电流母线4，实现能量双向转换。

本实施例中的电能转换设备包括：电能转换器1和新能源转换设备2。实施时，电能转换器1分别连接用电设备3、高压电流母线4和新能源转换设备2。电能转换器1将新能源转换设备2提供的电源提供给用电设备3和高压电流母线4，或将高压电流母线4提供的电源提供给用电设备3。本申请中，电能转换器1和新能源转换设备2配置在供电系统中的远端用电点，电能转换器1不仅可以从高压电流母线4上取电提供给用电设备3。配置有新能源转换设备2的远端取电点还可以通过电能转换器1将新能源转换设备2提供的新能源电源提供给用电设备3，减少局端取电点的电能消耗。在新能源电源溢出时，电能转换器1还可以将溢出的新能源电源传输到高压电流母线4上，进而提供给高压电流母线4上搭载的其他远端用电点，还可以在局端取电点出现故障掉电时反向提供给局端取电点。

一些实施例中的电能转换设备，还包括：电能路由器5；

电能转换器1通过高压电流母线4连接电能路由器5；

电能转换器1还将新能源转换设备2提供的电源提供给电能路由器5。

电能路由器5可实现交直流双向电能转换功能，具有高效率、高功率密度、高可靠性等优点。

优选的，在系统电路中电能路由器5和电能转换器1互为双向模块，均可采用插拔结构，在系统待机状态下将双向模块接入或者拔出系统电路，不会引起系统输出电压的扰动。双向模块可自动均流，不平衡度小于5％。

一些实施例中的电能转换设备，电能路由器5还连接机房取电点6；

电能路由器5用于将电能转换器1提供的电源提供给机房取电点6。

本实施例中，电能路由器5还连接机房取电点6，将电能转换器1提供的电源提供给机房取电点6。电能路由器5设备在市电模式下可从机房取电点6取电输出直流高压电至电能转换器1为电能转换器1处的用电设备3供电，当取电点停电或者故障时，可通过电能转换器1处传输过来的新能源电源逆变成AC380V为机房取电点6的重点设备供电。

一种供电系统，包括：高压电流母线4、至少两个机房取电点6、至少两个电能路由器5和多个如以上实施例中的电能转换设备；

电能转换设备包括：电能转换器1和新能源转换设备2；

各电能转换器1和各电能路由器5均连接在高压电流母线4上；

各电能路由器5与各机房取电点6一一对应连接；

电能转换器1用于将新能源转换设备2提供的电源提供给用电设备3；或，将新能源转换设备2提供的电源通过高压电流母线4和电能路由器5供给给机房取电点6；或，将新能源转换设备2提供的电源通过高压电流母线4提供给高压电流母线4上连接的其他电能转换器1；或，将高压电流母线4提供的电源提供给用电设备3。

优选的，本实施例中的供电系统包括：高压电流母线4、至少两个机房取电点6、至少两个电能路由器5和多个如以上实施例中的电能转换设备。

每个机房取电点6处均搭设一个对应的电能路由器5。

两个电能路由器5之间架设高压电流母线4。

一条高压电流母线4上连接多个电能转换设备。

在新能源转换设备2提供的新能源电源充足时，电能转换器1可以将新能源转换设备2提供的电源提供给用电设备3。

在新能源转换设备2提供的新能源电源溢出时，电能转换器1还可以将新能源转换设备2提供的电源通过高压电流母线4和电能路由器5供给给机房取电点6，或将新能源转换设备2提供的电源通过高压电流母线4供给高压电流母线4上连接的其他缺电的电能转换器1处。

在新能源转换设备2提供的新能源电源不足时，电能转换器1还可以将高压电流母线4提供的电源提供给用电设备3。

一些实施例中的供电系统，还包括：能源监控数据链路7；

能源监控数据链路7分别连接电能转换器1、电能路由器5和机房取电点6；

电能转换器1、电能路由器5和机房取电点6均将运行数据上传到能源监控数据链路7。

本实施例中，还配置有能源监控数据链路7，能源监控数据链路7分别连接电能转换器1、电能路由器5和机房取电点6，用于监控电能转换器1、电能路由器5和机房取电点6的运行数据。供电系统采用集中式远程监控方式，在监控中心即可通过能源监控数据链观测到系统的工作状态，方便运营维护。

一些实施例中的供电系统，机房取电点6配置有多个冗余模块用于进行冗余热备份。

本实施例中，供电系统采用模块化设计，通过机房取电点6配置多个冗余模块用于进行冗余热备份，N+1的冗余热备份设计使任意模块出现故障时不影响系统正常工作，保障系统正常运行。

一些实施例中的供电系统，还包括：多个自主休眠模块；

各自主休眠模块分别配置在各取电点、各电能路由器5和各电能转换设备处，自主休眠模块用于根据当前设备负载功率调节当前设备负的输出功率。

由于每个设备的负载都不一样，本实施例中的自主休眠模块分别配置在各取电点、各电能路由器5和各电能转换设备处，自动按照各设备的最大负载进行调节，根据新能源转化设备能够提供的电源或实际负载的变化多少进行自主调节。

一些实施例中的供电系统，还包括：多个高频软开关；

各高频软开关分别配置在各取电点、各电能路由器5和各电能转换设备处，高频软开关用于根据当前设备负载功率调节当前设备负的输出功率。

本实施例中，采用先进高频软开关PWM电源技术，转换效率更高，减少设备自损能量。

一些实施例中的供电系统，还包括：保护电路；

保护电路用于监控供电系统线路的工作状态，并在供电系统线路出现故障时，关闭供电系统线路的主输出，并启动检测电压输出。

本实施例中的供电系统通过配置保护电路，具有开路、短路、漏电、强电入侵等多种保护功能，保护动作时间小于30ms，当线路出现故障时，在极短的时间内关闭高压直流输出，只输出低于36V的检测电压，进一步加强了对人身安全的保障。

一些实施例中的供电系统，电能转换器1用于将高压电流母线4和新能源转换设备2进行直流并网。

直流供电系统具有多种优势，举例如下：

一、稳定性高：

1、直流供电系统采用软开关PWM控制技术，输入范围宽(单相电：AC90-280V、三相电：AC155-520V)，在此范围内系统都可稳定输出，且输出不受输入电压波动影响。

2、直流供电相对交流供电，它不存在周期性的变化，系统更加稳定。

3、直流输电没有相位差，没有稳定性问题，不会低频振荡，潮流控制更加简单。甚至可以将两个不同频率的电网互联在一起运行，极大提高系统的稳定性。

4、直流供电系统具有过压、过流、故障隔离等多重保护功能，有效的保障设备正常运行，提高设备使用寿命。

二、线路路造价低

1、对于架空线路，当线路建设费用接近时，直流输电的功率约为交流输电功率的1.5倍，对于电缆线路，直流输电功率更是大于1.5倍的交流输电功率。(趋肤效应，直流传输线路造价低，约为交流线路的65％，有色金属消耗量小)，可降低线路造价30％-40％左右。

2、交流输电时最大电压为额定值的2倍，交流输电无功电流对有功电流有限制，直流无此限制。因此传输同等电压，同等功率的情况下，交流线缆的绝缘耐压要高于直流线缆的2倍，传输交流电缆的直径需是传输直流电缆直径1.5倍。

3、在电缆输电线路中，直流输电没有电容电流产生，而交流输电线路存在电容电流，从而引起损耗，增加线缆成本。

三、节能减排

1、直流系统转换效率更高，采用先进高频软开关PWM电源技术，转换效率均在94％以上，远远高于交流变换器的效率(75％)，减少设备自损能量。

2、直流系统具有自主休眠功能，进一步减小模块的空载损耗。

3、高压电流母线4与新能源直接并网使用，能将现有风能、太阳能进行直流并网，并优先使用新能源供电，并自动进行切换。

4、直流供电系统体积小、重量轻，同等功率下，直流供电系统是交流供电系统的四分之一，安装占用空间小，有效的利用现有的机房空间。

四、安全性高

1、直流电比交流电安全，交流电是周期变化的，通过人体时与心脏产生共振，而直流电不会，所以相对交流电来说直流电较安全。

2、直流供电系统传输的直流高压对地悬浮，任意一级对地电压低于36V安全电压，人或者动物碰触到任何一根线或一个极性都不会有触电危险。

3、直流供电系统具有开路、短路、漏电、强电入侵等多种保护功能，保护动作时间小于30ms，当线路出现故障时，在极短的时间内关闭高压直流输出，只输出低于36V的检测电压，进一步加强了对人身安全的保障。

五、干扰小

1、直流线路相对于交流线路的电晕损失小，因此对通信线路的干扰较小。

2、直流的特性，由于电流单相传输，导线附件形成的电场和磁场小(相对于交流电传输的电场和磁场几乎可以忽略)，对后级或附件通信设备，通信线缆的干扰非常小。

六、系统扩容简单

1、直流供电系统采用N+1冗余模块化设计，后期扩容只需增加模块即可。

2、直流供电不存在交流供电的频率和交变电流现象，所以直流系统并网简单，方便后期大功率扩容。

七、维护安装方便

直流供电系统通过能源监控数据链路7集中式远程监控，在机房监控中心即可观测到系统的工作状态，方便运营维护。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种电能转换设备，其特征在于，包括：

电能转换器和新能源转换设备；

所述电能转换器分别连接用电设备、高压电流母线和所述新能源转换设备；

所述电能转换器用于将所述新能源转换设备提供的电源提供给所述用电设备和所述高压电流母线；或，将所述高压电流母线提供的电源提供给所述用电设备。

2.根据权利要求1所述的电能转换设备，其特征在于，还包括：电能路由器；

所述电能转换器通过所述高压电流母线连接所述电能路由器；

所述电能转换器还将所述新能源转换设备提供的电源提供给所述电能路由器。

3.根据权利要求2所述的电能转换设备，其特征在于，所述电能路由器还连接机房取电点；

所述电能路由器用于将所述电能转换器提供的电源提供给所述机房取电点。

4.一种供电系统，其特征在于，包括：高压电流母线、至少两个机房取电点、至少两个电能路由器和多个如权利要求1所述的电能转换设备；

所述电能转换设备包括：电能转换器和新能源转换设备；

各所述电能转换器和各所述电能路由器均连接在所述高压电流母线上；

各所述电能路由器与各所述机房取电点一一对应连接；

所述电能转换器用于将所述新能源转换设备提供的电源提供给用电设备；或，将所述新能源转换设备提供的电源通过所述高压电流母线和所述电能路由器供给给所述机房取电点；或，将所述新能源转换设备提供的电源通过所述高压电流母线提供给所述高压电流母线上连接的其他电能转换器；或，将所述高压电流母线提供的电源提供给所述用电设备。

5.根据权利要求4所述的供电系统，其特征在于，还包括：能源监控数据链路；

所述能源监控数据链路分别连接所述电能转换器、所述电能路由器和所述机房取电点；

所述电能转换器、所述电能路由器和所述机房取电点均将运行数据上传到所述能源监控数据链路。

6.根据权利要求4所述的供电系统，其特征在于，所述机房取电点配置有多个冗余模块用于进行冗余热备份。

7.根据权利要求4所述的供电系统，其特征在于，还包括：多个自主休眠模块；

各所述自主休眠模块分别配置在各所述取电点、各所述电能路由器和各所述电能转换设备处，所述自主休眠模块用于根据当前设备负载功率调节当前设备负的输出功率。

8.根据权利要求4所述的供电系统，其特征在于，还包括：多个高频软开关；

各所述高频软开关分别配置在各所述取电点、各所述电能路由器和各所述电能转换设备处，所述高频软开关用于根据当前设备负载功率调节当前设备负的输出功率。

9.根据权利要求4所述的供电系统，其特征在于，还包括：保护电路；

所述保护电路用于监控供电系统线路的工作状态，并在所述供电系统线路出现故障时，关闭所述供电系统线路的主输出，并启动检测电压输出。

10.根据权利要求4所述的供电系统，其特征在于，所述电能转换器用于将所述高压电流母线和所述新能源转换设备进行直流并网。

Images