供配电系统的制作方法

1.本发明涉及电力转换技术领域，尤其涉及一种供配电系统。


背景技术：

2.传统直流(direct current，dc)电动汽车(electric vehicle，ev)充电站的技术方案基于中压(medium voltage，mv)电网供电。mv电平的交流(alternative current，ac)电压通过以电网频率(例如，50/60hz)运行的电力变压器调节到低压(low voltage，lv)电平，例如380v，然后进一步提供给ev充电站。为了给ev的电池充电，需要隔离式ac/dc电源转换器将ac电压转换为在给定范围内可调的dc电压。该ac/dc转换器还在充电端子的任意两个输出之间提供电隔离。
3.图1示出了一种具有用于ev的集成充电器的传统供配电系统的示意图。如图1所示，ac/dc转换器与相应的充电监控端子一起布置在一个机柜内。电力通过lv ac电缆分配给位于不同停车位的每个充电器。
4.图2示出了另一种具有用于ev的独立式充电器的传统供配电系统的示意图。如图2所示，ac/dc转换器与充电监控端子分离布置。与图1所示的供配电系统类似，电力变压器提供的lv电力从lv ac总线收集，然后进一步分配给每个充电器。图2所示的系统与图1所示的系统的不同之处在于，充电监控端子位于每个停车位中，并且来自ac/dc转换器的电力通过图2所示的lv dc电缆传输到充电端子。
5.然而，在图1所示的系统和图2所示的系统中，需要以电网频率运行的电力变压器来提供从mv到lv的电压电平适配和电隔离。这种电力变压器体积大、重量大且占用空间大，导致成本较高。图1所示的系统和图2所示的系统都具有两级电隔离(电力变压器和隔离式ac/dc转换器)，导致系统的电力损失高、电力转换效率低。此外，图1所示的系统和图2所示的系统的总线均为lv ac总线，不便于连接dc型储能设备和可再生能源发电系统，例如光伏发电和电池储能系统，不能在不同充电器之间灵活共享电力。此外，考虑到许多停车场的充电站的实际场景，在图1所示的系统中，需要长的lv ac电缆将电力分配给每个充电器，而在图2所示的系统中，需要长的lv dc电缆，因此，在图1所示的系统和图2所示的系统中，电力在低压下分配，因此电流相对较高，电缆直径较大，因此需要更多铜材料，导致成本较高。
6.提供该背景信息以揭示申请人认为可能与本发明相关的信息。任何上述信息均不必视为或不应理解为构成相对于本发明的现有技术。


技术实现要素：

7.鉴于上述内容，为了克服上述问题，本发明提供了一种供配电系统。
8.上述和其它目的是通过由独立权利要求请求保护的主题来实现的。其它实现方式在从属权利要求、说明书和附图中显而易见。
9.根据第一方面，本发明涉及一种供配电系统，所述供配电系统包括：至少一个非隔离式ac/dc转换器组、mv dc总线和多个隔离式dc/dc转换器组；所述至少一个非隔离式ac/
dc转换器组连接在mv ac电网和所述mv dc总线之间，并用于将输入mv ac电压转换为输出mv dc电压，其中，所述输出mv dc电压馈入所述mv dc总线；所述多个隔离式dc/dc转换器组通过mv级电缆并联连接到所述mv dc总线，并用于将所述mv dc总线的电压电平转换为充电电压电平。
10.利用本发明提供的供配电系统，所述mv ac电网和充电输出之间只有一级电隔离，与具有两级电隔离的系统相比，能够显著降低电力损失。因此，提高了电力转换效率。此外，充电电力通过所述mv级电缆分配，通过所述mv级电缆传输的电流远小于lv级电缆传输的电流。因此，用于分配所述mv ac电压的电缆所需的横截面积远小于所述lv级电缆所需的横截面积，大大降低了配电电缆的成本。
11.根据所述第一方面，在所述系统的第一种可能的实现方式中，所述输出mv dc电压至少为1500v。
12.在图1和图2所示的示例性传统供配电系统中，所述输入mv ac电压调整为lv电压，例如380v。在本发明实施例中，所述至少一个非隔离式ac/dc转换器组的所述输出mv dc电压至少为1500v。因此，通过用于分配所述lv电压的电缆传输的电流远小于用于分配所述mv ac电压的电缆传输的电流，因此用于分配所述mv ac电压的电缆所需的横截面积远小于所述lv级电缆所需的横截面积，这大大降低了配电电缆的成本。
13.根据所述第一方面或所述系统的所述第一种可能的实现方式，在所述系统的第二种可能的实现方式中，所述至少一个非隔离式ac/dc转换器组中的每一个为多电平ac/dc转换器，所述多电平ac/dc转换器包括多个ac/dc转换器单元，所述多个ac/dc转换器单元在所述多电平ac/dc转换器的输入侧串联连接。
14.在这种情况下，所述多个ac/dc转换器单元中的每一个基于lv级开关半导体器件。
15.根据所述第一方面或所述系统的所述第一种可能的实现方式，在所述系统的第三种可能的实现方式中，所述至少一个非隔离式ac/dc转换器组中的每一个包括一个ac/dc转换器单元。
16.在这种情况下，所述ac/dc转换器单元基于mv级开关半导体器件。
17.根据所述第一方面或所述系统的所述第一种可能的实现方式，在所述系统的第四种可能的实现方式中，所述至少一个非隔离式ac/dc转换器组中的每一个包括多个ac/dc转换器单元，所述多个ac/dc转换器单元在所述多个ac/dc转换器单元的输入侧和输出侧均并联连接。
18.在这种情况下，所述多个ac/dc转换器单元中的每一个基于mv级开关半导体器件。
19.根据所述第一方面或所述系统的所述第一种至所述第四种可能的实现方式中的任一种，在所述系统的第五种可能的实现方式中，所述多个隔离式dc/dc转换器组中的每一个包括多个隔离式dc/dc转换器单元，所述多个隔离式dc/dc转换器单元在所述多个隔离式dc/dc转换器单元的输入侧串联连接并且在所述多个隔离式dc/dc转换器单元的输出侧并联连接。
20.在这种情况下，所述多个隔离式dc/dc转换器单元中的每一个基于lv级开关半导体器件。
21.根据所述第一方面或所述系统的所述第一种至所述第四种可能的实现方式中的任一种，在所述系统的第六种可能的实现方式中，所述多个隔离式dc/dc转换器组中的每一
个包括多个隔离式dc/dc转换器单元，所述多个隔离式dc/dc转换器单元在所述多个隔离式dc/dc转换器单元的输入侧和输出侧均并联连接。
22.在这种情况下，所述多个隔离式dc/dc转换器单元中的每一个基于mv级开关半导体器件。
23.根据所述方法的所述第五种可能的实现方式或所述第六种可能的实现方式，在所述系统的第七种可能的实现方式中，所述多个隔离式dc/dc转换器单元中的每一个包括至少一个中频变压器(medium frequency transformer，mft)。
24.所述多个隔离式dc/dc转换器组中的每一个中的所述mft提供一级电隔离。
25.根据所述第一方面或所述系统的所述第一种至所述第四种可能的实现方式中的任一种，在所述系统的第八种可能的实现方式中，所述多个隔离式dc/dc转换器组中的每一个包括一个隔离式dc/dc转换器单元。
26.在这种情况下，所述多个隔离式dc/dc转换器单元中的每一个基于mv级开关半导体器件。
27.根据所述系统的所述第八种可能的实现方式，在所述系统的第九种可能的实现方式中，所述隔离式dc/dc转换器单元包括至少一个mft。
28.所述隔离式dc/dc转换器单元中的所述mft提供一级电隔离。
29.根据所述系统的所述第七种可能的实现方式或所述第九种可能的实现方式，在所述系统的第十种可能的实现方式中，所述mft的工作频率高于所述mv ac电网的频率。
30.根据所述第一方面或所述系统的所述第一种至所述第十种可能的实现方式中的任一种，在所述系统的第十一种可能的实现方式中，所述供配电系统还包括：多个充电端子，所述多个充电端子与所述多个隔离式dc/dc转换器组对应，其中，所述多个隔离式dc/dc转换器组中的每一个和对应的充电端子包括在充电器中；所述充电端子用于接收电动汽车的充电需求，并控制对应的隔离式dc/dc转换器组为所述电动汽车输出充电电流。
31.根据所述第一方面或所述系统的所述第一种至所述第十一种可能的实现方式中的任一种，在所述系统的第十二种可能的实现方式中，所述供配电系统还包括：多个dc配电组，所述多个dc配电组分别连接在所述mv dc总线和所述mv级电缆中，所述多个dc配电组中的每一个包括开关和保护器件，并用于检测和隔离所述mv dc总线和所述mv级电缆中的故障。
32.通过将所述多个dc配电组连接在所述系统中的所述mv dc总线和所述mv级电缆中，可以检测和隔离故障，从而保护其它正常的器件和设备。
33.根据所述第一方面或所述系统的所述第一种至所述第十二种可能的实现方式中的任一种，在所述系统的第十三种可能的实现方式中，所述供配电系统还包括：mv开关装置，所述mv开关装置连接在所述mv ac电网和所述至少一个非隔离式ac/dc转换器组之间。
34.通过将所述mv开关装置连接在所述系统中的所述mv ac电网和所述至少一个非隔离式ac/dc转换器组之间，所述mv ac电网和所述至少一个非隔离式ac/dc转换器组之间的连接可以与所述mv电网连接和断开。
35.根据所述第一方面或所述系统的所述第一种至所述第十三种可能的实现方式中的任一种，在所述系统的第十四种可能的实现方式中，所述供配电系统还包括：至少一个dc型发电机，所述至少一个dc型发电机通过与所述至少一个dc型发电机对应的至少一个第一
dc/dc转换器连接到所述mv dc总线。
36.根据所述第一方面或所述系统的所述第一种至所述第十四种可能的实现方式中的任一种，在所述系统的第十五种可能的实现方式中，所述供配电系统还包括：至少一个dc型储能装置，所述至少一个dc型储能装置通过与所述至少一个dc型储能装置对应的至少一个第二dc/dc转换器连接到所述mv dc总线。
37.通过将所述至少一个dc型发电机通过所述至少一个第一dc/dc转换器连接到所述mv dc总线，并将所述至少一个dc型储能装置通过所述至少一个第二dc/dc转换器连接到所述mv dc总线，当所述mv ac电网发生故障时，可以产生并储存电力以供使用。
38.根据所述第一方面或所述系统的所述第一种至所述第十五种可能的实现方式中的任一种，在所述系统的第十六种可能的实现方式中，所述至少一个非隔离式ac/dc转换器组被配置为单向或双向进行电力传输。
39.当所述至少一个非隔离式ac/dc转换器组被配置为单向进行电力传输时，电力只能从所述mv ac电网侧传输到所述充电器侧，并且充电电力由所述mv ac电网侧提供。当所述至少一个非隔离式ac/dc转换器组被配置为双向进行电力传输时，由所述dc型发电机产生并由所述dc型储能装置储存的电力也可以反馈给所述mv ac电网侧。
附图说明
40.附图用于提供对本发明的进一步理解，构成本说明书的一部分，并用于结合以下具体实施例解释本发明，但不应理解为对本发明的限制。在附图中，
41.图1示出了一种具有用于ev的集成充电器的传统供配电系统的示意图；
42.图2示出了另一种具有用于ev的独立式充电器的传统供配电系统的示意图；
43.图3示出了本发明的一个实施例提供的一种供配电系统的示意图；
44.图4示出了本发明的一个实施例提供的一种非隔离式ac/dc转换器组的示意图；
45.图5示出了本发明的一个实施例提供的另一种非隔离式ac/dc转换器组的示意图；
46.图6示出了本发明的一个实施例提供的一种隔离式dc/dc转换器组的示意图；
47.图7示出了本发明的一个实施例提供的另一种隔离式dc/dc转换器组的示意图；
48.图8示出了本发明的一个实施例提供的另一种供配电系统的示意图；
49.图9示出了本发明的一个实施例提供的又一种供配电系统的示意图。
具体实施方式
50.在以下描述中，参考构成本发明的一部分的附图，这些附图通过说明的方式示出本发明实施例的特定方面或可以使用本发明实施例的具体方面。应当理解的是，本发明实施例可以用于其它方面，并且包括图中未示出的结构或逻辑变化。因此，以下详细描述不作为限制意义，并且本发明的范围由所附权利要求限定。
51.例如，应当理解的是，与描述方法有关的公开内容可以对用于执行所述方法的对应设备或系统也同样适用，反之亦然。例如，如果描述一个或多个具体方法步骤，则对应的设备可以包括一个或多个单元(例如，功能单元)来执行所描述的一个或多个方法步骤(例如，一个单元执行一个或多个步骤，或者多个单元分别执行多个步骤中的一个或多个步骤)，即使附图中未明确描述或示出此类一个或多个单元。此外，如果根据功能单元等一个
或多个单元描述具体装置，则对应的方法可以包括一个步骤来执行一个或多个单元的功能(例如，一个步骤执行一个或多个单元的功能，或多个步骤分别执行多个单元中一个或多个单元的功能)，即使附图中未明确描述或说明这种一个或多个单元。进一步地，可以理解的是，除非另外明确提出，本文中所描述的各示例性实施例和/或方面的特征可以相互组合。
52.图3示出了本发明的一个实施例提供的一种供配电系统的示意图，如图3所示，所述供配电系统包括：一个非隔离式ac/dc转换器组110、mv dc总线120和多个隔离式dc/dc转换器组130；非隔离式ac/dc转换器单元110连接在mv ac电网和mv dc总线120之间，并用于将输入mv ac电压转换为输出mv dc电压，其中，所述输出mv dc电压馈入mv dc总线120；多个隔离式dc/dc转换器组130通过mv级电缆140并联连接到mv dc总线120，并用于将mv dc总线120的电压电平转换为充电电压电平。
53.此外，系统100还包括：mv开关装置150，连接在所述mv ac电网和非隔离式ac/dc转换器组110之间。
54.利用本实施例提供的供配电系统，由于所述供配电系统中的ac/dc转换器组为非隔离式ac/dc转换器组110，所述供配电系统中的dc/dc转换器组为隔离式dc/dc转换器组130，因此所述mv ac电网和充电输出之间只有一个电隔离级，与具有两级电隔离的系统相比，能够显著降低电力损失。因此，提高了电力转换效率。此外，充电电力通过mv级电缆140分配，通过mv级电缆140传输的电流远小于lv级电缆传输的电流。因此，用于分配所述mv ac电压的电缆所需的横截面积远小于所述lv级电缆所需的横截面积，大大降低了配电电缆的成本。
55.根据dc电源标准，低于1500v的电压称为低压，高于1500v的电压称为中压。因此，非隔离式ac/dc转换器组110的所述输出mv dc电压至少为1500v。在一种实现方式中，所述输出mv dc电压高于所述输入mv ac电压的电压峰值。
56.应当理解的是，图3是一个示例性实施例，所述非隔离式ac/dc转换器组的数量是根据所述供配电系统的电力容量确定的。由于单个非隔离式ac/dc转换器组的电力容量有限，在其它实施例中，当需要所述系统的更大容量的充电站或进行所述系统的容量扩充时，可以有多个非隔离式ac/dc转换器组。
57.通过将mv开关装置150连接在所述系统中的所述mv ac电网和至少一个非隔离式ac/dc转换器组110之间，所述mv ac电网和至少一个非隔离式ac/dc转换器组110之间的连接可以与所述mv电网连接和断开。
58.图4示出了本发明的一个实施例提供的一种非隔离式ac/dc转换器组的示意图。如图4所示，所述至少一个非隔离式ac/dc转换器组中的每一个为多电平ac/dc转换器210，多电平ac/dc转换器210包括多个ac/dc转换器单元2101，多个ac/dc转换器单元2101在多电平ac/dc转换器210的输入侧串联连接。在该实施例中，如图4所示，所述多个ac/dc转换器单元中的每一个基于lv级开关半导体器件。例如，所述至少一个非隔离式ac/dc转换器组中的每一个为基于lv级si igbt器件的模块化多电平转换器(modular multilevel converter，mmc)。
59.在一个实施例中，所述至少一个非隔离式ac/dc转换器组中的每一个包括一个ac/dc转换器单元。在该实施例中，所述ac/dc转换器单元基于mv级开关半导体器件。
60.图5示出了本发明的一个实施例提供的另一种非隔离式ac/dc转换器组的示意图。
如图5所示，至少一个非隔离式ac/dc转换器组310中的每一个包括多个ac/dc转换器单元3101，多个ac/dc转换器单元3101在多个ac/dc转换器单元3101的输入侧和输出侧均并联连接。在该实施例中，如图5所示，多个ac/dc转换器单元3101中的每一个基于mv级开关半导体器件。例如，所述至少一个非隔离式ac/dc转换器组中的每一个包括采用mv级碳化硅(silicon carbide，sic)的2电平或3电平ac/dc整流器。图5中的非隔离式ac/dc转换器组310包括采用mv级sic的3电平ac/dc整流器。
61.图6示出了本发明的一个实施例提供的一种隔离式dc/dc转换器组的示意图。如图6所示，多个隔离式dc/dc转换器组430中的每一个包括多个隔离式dc/dc转换器单元4301，多个隔离式dc/dc转换器单元4301在多个隔离式dc/dc转换器单元4301的输入侧串联连接并且在多个隔离式dc/dc转换器单元4301的输出侧并联连接。此外，多个隔离式dc/dc转换器单元4301中的每一个包括至少一个mft 43011。在该实施例中，如图6所示，多个隔离式dc/dc转换器单元4301中的每一个基于lv级开关半导体器件。例如，所述至少一个非隔离式ac/dc转换器组中的每一个基于lv级si igbt器件。多个隔离式dc/dc转换器单元4301中的每一个中的mft 43011提供一级电隔离。
62.在一个实施例中，mft 43011的工作频率高于所述mv ac电网的频率。
63.在一个实施例中，所述多个隔离式dc/dc转换器组中的每一个包括多个隔离式dc/dc转换器单元，所述多个隔离式dc/dc转换器单元在所述多个隔离式dc/dc转换器单元的输入侧和输出侧均并联连接。
64.在这种情况下，所述多个隔离式dc/dc转换器单元中的每一个基于mv级开关半导体器件。
65.图7示出了本发明的一个实施例提供的另一种隔离式dc/dc转换器组的示意图。如图7所示，所述多个隔离式dc/dc转换器组中的每一个包括一个隔离式dc/dc转换器单元530。在该实施例中，如图7所示，隔离式dc/dc转换器单元530基于mv级开关半导体器件。例如，隔离式dc/dc转换器单元530基于mv级sic器件(仅在mv dc侧)以简化转换器系统。此外，隔离式dc/dc转换器单元530包括至少一个mft 5301。隔离式dc/dc转换器单元530中的mft 5301提供一级电隔离。
66.在一个实施例中，mft 5301的工作频率高于所述mv ac电网的频率。
67.图8示出了本发明的一个实施例提供的另一种供配电系统的示意图。根据图3中的供配电系统，如图8所示，所述供配电系统还包括：多个充电端子160，多个充电端子160与多个隔离式dc/dc转换器组130对应，其中，多个隔离式dc/dc转换器组130中的每一个和对应的充电端子160包括在充电器170中；充电端子160用于接收ev的充电需求，并控制对应的隔离式dc/dc转换器组130为所述ev输出充电电流。位于每个对应的充电器170中的多个隔离式dc/dc转换器组130中的每一个专用于：将mv电平的电压调节为ev的电池所需的lv电平；在所述mv ac电网和所述充电输出之间以及在任意两个充电输出之间提供所需的电隔离。
68.所有多个充电端子160均从mv dc总线120获取电力。通过dc/dc转换器的对应充电端子调节dc/dc转换器的输出电力可以实现配电。与开关矩阵配电装置相比，配电更加简单，并且易于维护和扩容。通过多个充电端子160之间的实时调度，可以实现无级配电。
69.图9示出了本发明的一个实施例提供的又一种供配电系统的示意图。根据图8中的供配电系统，如图9所示，所述供配电系统还包括：一个dc型发电机180，dc型发电机180通过
与dc型发电机180对应的一个第一dc/dc转换器181连接到所述mv dc总线；一个dc型储能装置190，dc型储能装置190通过与dc型储能装置190对应的一个第二dc/dc转换器191连接到所述mv dc总线。
70.应当理解的是，图9是一个示例性系统，该系统包括：一个dc型发电机180，通过一个第一dc/dc转换器181接到所述mv dc总线；一个dc型储能装置190，通过一个第二dc/dc转换器191连接到所述mv dc总线。在另一个实施例中，根据所述供配电系统的容量需求，dc型发电机180的数量、第一dc/dc转换器181的数量、dc型储能装置190的数量或第二dc/dc转换器191的数量可以是多个。
71.通过将dc型发电机180通过第一dc/dc转换器连接到所述mv dc总线，并将dc型储能装置190通过第二dc/dc转换器连接到所述mv dc总线，当所述mv ac电网发生故障时，可以产生并储存电力以供使用。
72.在一个实施例中，所述至少一个非隔离式ac/dc转换器组被配置为单向或双向进行电力传输。
73.当所述至少一个非隔离式ac/dc转换器组被配置为单向进行电力传输时，电力只能从所述mv ac电网侧传输到所述充电器侧，并且充电电力由所述mv ac电网侧提供。当所述至少一个非隔离式ac/dc转换器组被配置为双向进行电力传输时，由所述dc型发电机产生并由所述dc型储能装置储存的电力也可以反馈给所述mv ac电网侧。
74.在一个实施例中，所述供配电系统还包括：多个dc配电组，所述多个dc配电组分别连接在所述mv dc总线和所述mv级电缆中，所述多个dc配电组中的每一个包括开关和保护器件，并用于检测和隔离所述mv dc总线和所述mv级电缆中的故障。
75.通过将所述多个dc配电组连接在所述系统中的所述mv dc总线和所述mv级电缆中，可以检测和隔离故障，从而保护其它正常的器件和设备。
76.本发明的说明书和权利要求书以及以上附图中的术语“第一”、“第二”等意在区分不同的对象，而并非意在定义特定的顺序。
77.术语“一个”并非意在指定一个或单个元素，而是可以用于在适当的情况下表示多个元素。
78.在本发明实施例中，使用“示例性”或“例如”等表达方式来指示示例或实例的说明。在本发明实施例中，描述为“示例性”或“例如”的任何实施例或设计方案不应解释为优先于或优越于其它实施例。具体地，使用“示例性”或“例如”旨在以特定方式提出相关概念。