车间级集中供电系统的制作方法

1.本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及到一种车间级集中供电系统。


背景技术：

2.在各行各业的工厂车间，用电负荷越来越多样化，对电源的技术性能要求也越来越高；其次分布式新能源的大量使用和新型智能电网的应用，也对车间级配电提出了更多的要求，传统的车间配电很难克服比如高次谐波干扰、能量转化效率低、电力安全等方面的问题。因此，提出一种能够避免高次谐波干扰和高能量转化效率的供电系统是当前亟待解决的问题。


技术实现要素：

3.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种车间级集中供电系统，其可以解决现有的车间配电难以克服高次谐波干扰以及能量转化效率低的问题。
4.具体的，本发明实施例提供了一种车间级集中供电系统，包括：移相变压器，包括一组三相原边绕组和对应的多组三相副边绕组，所述三相原边绕组连接中压配电网，多组所述三相副边绕组之间相互错相；整流电路，包括多个相互并联的整流器，其中每个所述整流器对应连接一组所述三相副边绕组，并通过电容滤波回路经由两侧的直流母线输出直流电流；变流电路，包括多个共用所述直流母线的变流器，每个所述变流器包括一路igbt桥式模块，每个所述igbt桥式模块的中点经电抗器输出。
5.在本发明的一个实施例中，所述移相变压器还包括：对应所述三相原边绕组的低压配电绕组，用于接入工频负荷。
6.在本发明的一个实施例中，每组所述三相副边绕组与所述三相原边绕组之间的变比相同，且每组所述三相副边绕组之间的相位角为60除以所述三相副边绕组的数量。
7.在本发明的一个实施例中，与所述整流器连接的多组所述三相副边绕组中，有两组分别采用三角形联结和星形联结，其它的所述三相副边绕组采用三角形分列式联结。
8.在本发明的一个实施例中，连接所述整流器的所述三相副边绕组的数量为4组，所述低压配电绕组的数量为1组。
9.在本发明的一个实施例中，每三个所述igbt桥式模块构成一个三相交流调速电源，由一个独立的变频程序单元控制，工作于四象限的spwm变频调速状态，控制一个或多个变频调速电动机。
10.在本发明的一个实施例中，由一个所述igbt桥式模块或多个所述igbt桥式模块并联输出，工作于斩波模式下，构成直流双向变换器。
11.在本发明的一个实施例中，每两个所述igbt桥式模块组合，在中频变换程序模块的控制下，构成中频逆变电源，用于中频感应发热负荷。
12.在本发明的一个实施例中，每个所述igbt桥式模块与所述直流母线之间连接有快速熔断器。
13.在本发明的一个实施例中，所述整流电路和所述变流电路安装于同一个散热模块上。
14.由上可知，通过本发明所构思的上述方案与现有技术相比，可以具有如下一个或多个有益效果：
15.(1)通过每组三相副边绕组之间相互错相，并且一一对应连接多个相互并联的整流器，每个整流器经由电容滤波回路滤波后输出直流电，因此实现了集中处理高次谐波以及电磁干扰问题，提高配电系统可靠性，很大程度上降低了谐波对系统的影响，同时，上述电路连接结构满足在非线性负荷用电的情况下，移相变压器的中压侧依然有很高的功率因数和很低的电流畸变；
16.(2)由于与整流器连接的多组三相副边绕组转换的较高电压直接输入车间，通过低压配电绕组转换的较低电压和较大电流直接接入工频负荷，传输线路短，能量传输损耗极低；
17.(3)变流电路包括多个相互并联且共直流母线的变流器，每个变流器包括一路igbt桥式模块，每三个所述igbt桥式模块构成一个三相交流调速电源，或者通过一个或多个所述igbt桥式模块并联输出，构成直流双向变换器，或者每两个所述igbt桥式模块组合，构成中频逆变电源，可满足工业生产电力负荷复杂要求，方便新能源、储能及柔性互联的接入；
18.(4)各电路模块采用集成化、标准化配置，方便备用设备元件更换，并且整流电路和变流电路例如安装于同一个散热模块上，能够实现集成散热，结构简单可靠。
19.通过以下参考附图的详细说明，本发明的其他方面的特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。
附图说明
20.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
21.图1为本发明实施例提供的车间级集中供电系统的一种结构示意图；
22.图2为本发明实施例的车间级集中供电系统的一种模块示意图；
23.图3为本发明实施例的车间级集中供电系统的另一种模块示意图；
24.图4为本发明实施例的车间级集中供电系统的又一种模块示意图；
25.图5为本发明实施例提供的车间级集中供电系统的另一种结构示意图。
26.附图标记说明
27.11：移相变压器；111：三相原边绕组；112：三相副边绕组；113：低压配电绕组；
28.12：整流电路；121：整流器；
29.13：变流电路；131：变流器；132：电抗器；133：三相交流调速电源；134：直流双向变换器；135：中频逆变电源；136：快速熔断器；
30.14：直流母线。
具体实施方式
31.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以互相组合。下面将参考附图并结合实施例来说明本发明。
32.为了使本领域普通技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，都应当属于本发明的保护范围。
33.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等适用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应当理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外。术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备国有的其它步骤或单元。
34.如图1所示，本发明实施例提出一种车间级集中供电系统，例如包括：移相变压器11、整流电路12和变流电路13。其中，移相变压器11例如包括一组三相原边绕组111和对应的多组三相副边绕组112，三相原边绕组111例如通过开关柜和预充电回路接入10kv的中压配电网，10kv中压进入供电系统以降低线路损耗。多组三相副边绕组112与三相原边绕组111之间通过一定的电压转换比例将输入电压转换为供电系统所需的电路工作电压，特别的，各组三相副边绕组112之间的相位角例如相互均匀错开一定角度。
35.整流电路12例如包括多个相互并联的整流器121，例如为全波整流器，其中每个全波整流器121对应连接一组三相副边绕组112，如图1中所示，每个全波整流器121例如包括三路相互并联的二极管整流通路，分别连接三相副边绕组112的不同相位，并且通过一路电容滤波回路进行滤波后经由全波整流电路12两侧的直流母线14输出直流电流。
36.变流电路13例如包括多个共用所述直流母线的变流器131，各个变流器131之间相互并联，每个变流器131例如包括一路igbt(insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极型晶体管)桥式模块，用于作为单相变流器，例如将从直流母线14输入的直流电转换为交流电输出。具体的，每个igbt桥式模块例如为两个igbt元件串联形成的功率模块，分别连接直流母线14的正极和负极，两个igbt元件的中点通过电抗器132形成一个单相交流端口用于输出交流电至负载。当然，在其他实施方式中，每个igbt桥式模块例如为两个以上的igbt元件串联形成，本发明并不以此为限制。
37.工作时，当任意一个变流器131所在的线路出现负荷时，通过直流母线14从与该变流器131并联的一个或多个其他变流器131所在的线路获取电能，能够实现电能的转移和补偿。
38.需要说明的是，在本发明的上述技术方案中，由于每组三相副边绕组112之间相互错相，并且一一对应连接多个相互并联的全波整流器121，每个全波整流器121经由电容滤波回路滤波后输出直流电，因此实现了集中处理高次谐波以及电磁干扰问题，提高配电系统可靠性，很大程度上降低了谐波对系统的影响；同时，上述电路连接结构满足在非线性负荷用电的情况下，移相变压器11的中压侧依然有很高的功率因数和很低的电流畸变。
39.进一步的，车间级集中供电系统的移相变压器11例如还包括对应三相原边绕组
111的一组低压配电绕组113，例如输出400v三相电压，值得一提的是，低压配电绕组113也为三相副边绕组112中的一组，但不连接整流器121，而用于接入常规的三相工频负荷。由于10kv中压通过连接整流器121的多组三相副边绕组112转换的较高电压输入车间，通过低压配电绕组113转换的较低电压和较大电流直接接入工频负荷，传输线路短，能量传输损耗极低。
40.进一步的，每组三相副边绕组112与三相原边绕组111之间的电压变比例如相同，三相副边绕组112的数量例如为n，各组三相副边绕组112之间的相位角例如相互错开60/n，如此一来，能够降低配电损耗，提高能量转换效率。具体的，多组三相副边绕组112中与直流母线侧的全波整流器121连接的两组三相副边绕组112分别采用三角形联结和星形联结，上述两组三相副边绕组112之间的其它三相副边绕组112采用三角形分列式联结，以实现各组三相副边绕组112之间相互错相60/n。
41.进一步的，由于高次谐波的有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数，而在本发明的技术方案中，谐波次数与三相副边绕组112的数量成正比，且满足谐波次数＝6n
±
1，在一个实施方式中，三相副边绕组112的数量为4个，则谐波次数至少为23，即高次谐波有效值占基波有效值的1/23，因此能够满足大多数供电系统的需求。
42.在一个实施方式中，如图2所示，由于每一路所述igbt桥式模块的交流侧端口串联一个电抗器132，构成一个单相交流端口用于输出单相交流电，例如每三个所述igbt桥式模块构成一个三相交流调速电源133，由一个独立的变频程序单元控制，工作于四象限的spwm(sinusoidal pulse width modulation，正弦脉冲宽度调制)变频调速状态，控制一个或多个变频调速电动机。当然，在本发明的其他实施方式中，由一路所述igbt桥式模块的单相交流端口对接一个单相电源或者由两路所述igbt桥式模块的单相交流端口对接一个双相电源，以此方式，通过多个共用直流母线14的变流器131形成环形供电回路，能够实现单相电源、双相电源和三相电源之间的柔性互联。
43.在一个实施方式中，如图3所示，由一个所述igbt桥式模块或多个所述igbt桥式模块并联输出，通过微处理器控制，工作于斩波模式下，可构成大功率的直流双向变换器134，能够实现能量从低压侧到直流母线14的升压功能和从直流母线14到低压侧的降压功能，具体的，例如用于连接一个可调直流负荷或连接大功率的新能源发电或电化学储能电池等。
44.在一个实施方式中，如图4所示，每两个所述igbt桥式模块组合，在中频变换程序模块的控制下，构成中频逆变电源135，能够将直流电能转换为定频定压或者调频调压的交流电，用于连接中频感应发热负荷。
45.进一步的，如图5所示，每个所述igbt桥式模块与直流母线14之间连接有快速熔断器136，用于进行短路保护或严重过载保护。
46.进一步的，在本发明的上述技术方案中，由于各电路模块采用集成化、标准化配置，方便备用设备元件更换，并且整流电路12和变流电路13例如安装于同一个散热模块上。该散热模块例如为一个水冷散热器，能够实现集成散热，结构简单可靠。
47.综上所述，本发明实施例提出的一种车间级集中供电系统，通过每组三相副边绕组之间相互错相，并且一一对应连接多个相互并联的整流器，每个整流器经由电容滤波回路滤波后输出直流电，因此实现了集中处理高次谐波以及电磁干扰问题，提高配电系统可靠性，很大程度上降低了谐波对系统的影响，上述电路连接结构满足在非线性负荷用电的
情况下，移相变压器的中压侧依然有很高的功率因数和很低的电流畸变；由于中压配电通过多个三相副边绕组转换的较高电压输入车间，通过低压配电绕组转换的较低电压和较大电流直接接入工频负荷，传输线路短，能量传输损耗极低；变流电路包括多个相互并联且共直流母线的变流器，每个变流器包括一路igbt桥式模块，每三个所述igbt桥式模块构成一个三相交流调速电源，或者通过一个或多个所述igbt桥式模块并联输出，构成直流双向变换器，或者每两个所述igbt桥式模块组合，构成中频逆变电源，可满足工业生产电力负荷复杂要求，方便新能源、储能及柔性互联的接入；各电路模块采用集成化、标准化配置，方便备用设备元件更换，并且整流电路和变流电路例如安装于同一个散热模块上，能够实现集成散热，结构简单可靠。
48.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。