一种基于中压直流的高可靠能量变换系统架构的制作方法

本发明涉及能量变换系统领域，特别涉及一种基于中压直流的高可靠能量变换系统架构。

背景技术：

1、能量变换系统架构是一种进行储能系统充电的支撑设备，为有效解决当前交流配电网困扰，学术界和产业界，大多基于改善交流并网逆变器或者储能变换器本身如引入虚拟同步机控制、虚拟阻抗控制和加入多极点低阻抗滤波器等方式，对如何从系统架构创新上，减少同容量能源单元的交流并网变换器数量方面研究较少。从系统架构创新进行突破，随着科技的不断发展，人们对于能量变换系统架构的制造工艺要求也越来越高。

2、现有的能量变换系统架构在使用时存在一定的弊端，当前，随着分布式光伏和储能应用激增，越来越多交流电力电子设备如储能变流器和光伏逆变器并入交流电网，构成光伏电站和储能电站等，交流电力电子设备由于其工作模态的非线性和高开关频率，传统50hz交流配电网难以主动适配，传统低压交流配电网基于被动配电网模式建设，已经逐渐受到高次谐波干扰、次同步频率振荡、低压暂降等困扰，为此，我们提出一种基于中压直流的高可靠能量变换系统架构。

技术实现思路

1、解决的技术问题：针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于中压直流的高可靠能量变换系统架构，实现一机多能，同容量需求下，极大减少交流并网逆变器数量，有效避免电压暂降、多交流逆变器造成的谐波或者振荡等问题，通过中压直流变换，对直流微电网范围内电源、负荷、储能子系统的可靠性大大提升，系统能自动实现并离网快速切换，无停电困扰，可以有效解决背景技术中的问题。

2、技术方案：为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种基于中压直流的高可靠能量变换系统架构，包括静态转换开关、变压器、中压直流母线、储能电池与交换器，所述静态转换开关连接有输电网、发电机与负载，且静态转换开关连接变压器的位置，所述静态转换开关与负载之间连接有离网开关，所述变压器与中压直流母线之间连接有交流总线与接口，所述中压直流母线与储能电池之间连接有直流母线，所述交换器连接有光伏组件。

3、作为本申请一种优选的技术方案，所述交换器连接有光伏电站、电动汽车充电站、直流负荷、储能电站、风电场、交流负荷、交流电网与燃气轮机。

4、作为本申请一种优选的技术方案，所述光伏组件通过交换器并联到直流母线，所述直流母线连接到中压直流母线并给直流负载储能系统充电。

5、作为本申请一种优选的技术方案，所述储能系统可直接并联接到中压直流母线，直接给同电压等级的直流负载供电。

6、作为本申请一种优选的技术方案，所述储能系统也可通过双向的交换器接入中压直流母线，根据能量控制需要将光伏发电给负载供电后剩余容量进行存储与补充光伏发电不足以给负载供电的容量。

7、作为本申请一种优选的技术方案，所述交换器的输出端与光伏电站、电动汽车充电站、直流负荷、储能电站、风电场、交流负荷、交流电网和燃气轮机的输入端电性连接。

8、作为本申请一种优选的技术方案，所述交换器中设置三电平buck-boost交叉并联型dc/dc变换器拓扑结构，且交换器中，in+和in-组成低压侧，ou+和ou-组成高压侧，并通过两个直流电容c和c的中性点o进行结合。

9、作为本申请一种优选的技术方案，所述交换器中设置npc-i三相四桥臂变换拓扑结构。

10、有益效果：与现有技术相比，本发明提供了一种基于中压直流的高可靠能量变换系统架构，具备以下有益效果：该一种基于中压直流的高可靠能量变换系统架构，实现一机多能，同容量需求下，极大减少交流并网逆变器数量，有效避免电压暂降、多交流逆变器造成的谐波或者振荡等问题，通过中压直流变换，对直流微电网范围内电源、负荷、储能子系统的可靠性大大提升，系统能自动实现并离网快速切换，无停电困扰，特别适合新能源供配电系统，可广泛应用于地铁电站或者有轨电车等轨道交通配电系统节能改造、工商业新能源系统，易于批量推广，整个能量变换系统架构结构简单，操作方便，使用的效果相对于传统方式更好。

技术特征：

1.一种基于中压直流的高可靠能量变换系统架构，包括静态转换开关(1)、变压器(6)、中压直流母线(8)、储能电池(11)与交换器(13)，其特征在于：所述静态转换开关(1)连接有输电网(2)、发电机(3)与负载(5)，且静态转换开关(1)连接变压器(6)的位置，所述静态转换开关(1)与负载(5)之间连接有离网开关(4)，所述变压器(6)与中压直流母线(8)之间连接有交流总线(7)与接口(10)，所述中压直流母线(8)与储能电池(11)之间连接有直流母线(9)，所述交换器(13)连接有光伏组件(12)。

2.根据权利要求1所述的一种基于中压直流的高可靠能量变换系统架构，其特征在于：所述交换器(13)连接有光伏电站(14)、电动汽车充电站(15)、直流负荷(16)、储能电站(17)、风电场(18)、交流负荷(19)、交流电网(20)与燃气轮机(21)。

3.根据权利要求1所述的一种基于中压直流的高可靠能量变换系统架构，其特征在于：所述光伏组件(12)通过交换器(13)并联到直流母线(9)，所述直流母线(9)连接到中压直流母线(8)并给直流负载储能系统充电。

4.根据权利要求1所述的一种基于中压直流的高可靠能量变换系统架构，其特征在于：所述储能系统可直接并联接到中压直流母线(8)，直接给同电压等级的直流负载供电。

5.根据权利要求1所述的一种基于中压直流的高可靠能量变换系统架构，其特征在于：所述储能系统也可通过双向的交换器(13)接入中压直流母线(8)，根据能量控制需要将光伏发电给负载供电后剩余容量进行存储与补充光伏发电不足以给负载供电的容量。

6.根据权利要求2所述的一种基于中压直流的高可靠能量变换系统架构，其特征在于：所述交换器(13)的输出端与光伏电站(14)、电动汽车充电站(15)、直流负荷(16)、储能电站(17)、风电场(18)、交流负荷(19)、交流电网(20)和燃气轮机(21)的输入端电性连接。

7.根据权利要求1所述的一种基于中压直流的高可靠能量变换系统架构，其特征在于：所述交换器(13)中设置三电平buck-boost交叉并联型dc/dc变换器拓扑结构，且交换器(13)中，in+和in-组成低压侧，ou+和ou-组成高压侧，并通过两个直流电容c1和c2的中性点o进行结合。

8.根据权利要求1所述的一种基于中压直流的高可靠能量变换系统架构，其特征在于：所述交换器(13)中设置npc-i三相四桥臂变换拓扑结构。

技术总结
本发明公开了一种基于中压直流的高可靠能量变换系统架构，包括静态转换开关、变压器、中压直流母线、储能电池与交换器，所述静态转换开关连接有输电网、发电机与负载，且静态转换开关连接变压器的位置，所述静态转换开关与负载之间连接有离网开关，所述变压器与中压直流母线之间连接有交流总线与接口。本发明所述的一种基于中压直流的高可靠能量变换系统架构，实现一机多能，同容量需求下，极大减少交流并网逆变器数量，有效避免电压暂降、多交流逆变器造成的谐波或者振荡等问题，通过中压直流变换，对直流微电网范围内电源、负荷、储能子系统的可靠性大大提升，系统能自动实现并离网快速切换，无停电困扰。

技术研发人员：张明军,孙林波
受保护的技术使用者：苏州腾冉电气设备股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21