用于电动汽车直流充电站的多脉波整流变电系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了用于电动汽车直流充电站的多脉波整流变电系统，属于多脉波整流的技术领域。系统包括：对交流电进行变换和谐波滤除处理的多脉波变压器以及与多脉波变压器二次侧绕组数目相同的整流电路，各整流电路同极性端相连后引出通过直流母线给电动汽车充电设备提供电能。本发明将变压、滤波、整流功能系统的集成，运用电磁滤波原理有效滤除电动汽车直流充电装置产生的3倍次及5、7、11、13、17、19次谐波，极大的改善二次侧谐波电流对其一次侧电网造成的影响，提高了电动汽车直流充电站的功率因素。
【专利说明】
用于电动汽车直流充电站的多脉波整流变电系统
技术领域
[0001] 本发明公开了用于电动汽车直流充电站的多脉波整流变电系统，属于多脉波整流 的技术领域。
【背景技术】
[0002] 电动汽车充电站是种非线性设备，工作时谐波电流很高，高谐波电流输入电网会 造成电能质量降低等负面影响，对公用电网是一种污染。一个大型的充电站有很多这样的 充电机，为了消除和抑制谐波污染，有必要对大型充电站的谐波污染进行治理。
[0003] 电动汽车充电机工作原理主要有三种:不控整流+斩波器;不控整流+DC/DC变换器 (有高频变压器）；PWM整流+DC/DC变换器(有高频变压器）。第一类充电机属于早期产品，对 电网注入的谐波电流大，5次谐波电流含有率为60%~69%，7次谐波电流含有率为40%~49%， 11、13次为10%~13%，电流总畸变率达86.2%。第二类充电机由工频变压器、三相不控整流、高 频变压器隔离DC/DC变换器组成，第二类充电机比第一类已有较大改善，但电流总畸变率为 26%，奇次谐波电流仍然较大，特别是5、7、11、13次谐波远大于相关国家标准的规定。第三类 充电机由三相P丽整流、高频变压器和隔离DC/DC变换器组成，整流侧采用PWM技术，优势体 现在功率因数高、电网侧电流谐波较少，但充电机电路及控制相对复杂、成本较高。
[0004] 在目前的集中大功率电动汽车充电系统的设计中，一般采用的结构是10KV高压输 入，通过高压隔离变压器降压到380V三相交流电压体系，再通过配电系统将交流电接入到 AC/DC充电模块，其中AC/DC充电模块一般为两级结构，PFC整流和隔离的DC/DC变换器结构。 这种集中式的充电系统模块设计由于每个模块的PFC电路均为独立电路，每一个模块均具 有一套PFC电路，客观上造成电路复杂度增加，由于PFC电路采用了高频P丽控制，其在输入 侧具有较大的输入差模和共模干扰，同时，由于各模块独立，输入侧的功能电路较为复杂。
[0005] 增大充电机整流装置的脉波数可以有效减少整流装置产生的特征谐波，降低谐波 含有率，从而降低谐波总畸变率。考虑到充电机产生的谐波组成及各谐波组分所占比例，利 用多脉波变压器电磁滤波原理实现充电机谐波电流的滤除方案，技术上是可行的，经济上 也是合理的。
[0006] 专利《一种12脉波自耦移相整流变压器》（申请号为201410577727.6)公开了一种 基于电磁滤波原理的电力变压器，但受自耦变压器容量范围的限制，这种自耦移相整流变 压器不易满足直流电动车充电站的建设要求。此外，现有的多脉波变压器结构固定，不能满 足符合谐波特征多样性的要求。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题是针对上述【背景技术】的不足，提供了用于电动汽车直 流充电站的多脉波整流变电系统，将变压、滤波、整流功能集成于同一系统中，利用电磁滤 波原理有效滤除电动汽车直流充电装置产生的3次及5、7、11、13、17、19次谐波，解决了现有 集中式电动汽车充电系统输入侧功能电路复杂、不易满足直流电动车充电站建设要求的技 术问题。
[0008] 本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案： 用于电动汽车直流充电站的多脉波整流变电系统，将三相电网的电能转换为直流电后 汇入直流母线，直流母线向与其连接的电动汽车充电设备供电，多脉波整流变电系统包括： 对交流电进行变换和谐波滤除处理的多脉波变压器以及与多脉波变压器二次侧绕组数目 相同的整流电路，所述多脉波变压器的一次侧绕组与三相电网连接，多脉波变压器二次侧 的各绕组仅与一个整流电路的输入端连接，各整流电路相同极性的输出端子并接后与相同 极性的直流母线连接。
[0009] 进一步的，所述用于电动汽车直流充电站的多脉波整流变电系统中，多脉波变压 器为输出电压幅值相等且相角相差20度的18脉波变压器。
[0010] 进一步的，所述用于电动汽车直流充电站的多脉波整流变电系统中，多脉波变压 器为输出电压幅值相等且相角相差15度的24脉波变压器。
[0011] 再进一步的，所述用于电动汽车直流充电站的多脉波整流变电系统中，18脉波变 压器的一次侧三相绕组三角形连接，18脉波变压器的二次侧绕组包括：左移延边三角形绕 组、三角形绕组和右移延边三角形绕组，左移延边三角形绕组输出电压顺时针超前三角形 绕组输出电压20°的电角度，右移延边三角形绕组输出电压顺时针滞后三角形绕组输出电 压20°的电角度。
[0012] 再进一步的，所述用于电动汽车直流充电站的多脉波整流变电系统中，18脉波变 压器的一次侧三相绕组星形连接，18脉波变压器的二次侧绕组包括:左移延边三角形绕组、 三角形绕组和右移延边三角形绕组，左移延边三角形绕组输出电压顺时针超前三角形绕组 输出电压20°的电角度，右移延边三角形绕组输出电压顺时针滞后三角形绕组输出电压20° 的电角度。
[0013] 再进一步的，所述用于电动汽车直流充电站的多脉波整流变电系统中，24脉波变 压器的一次侧三相绕组三角形连接，24脉波变压器的二次侧绕组包括:左移22.5°延边三角 形绕组、左移7.5°延边三角形绕组、右移7.5°延边三角形绕组和右移22.5°延边三角形绕 组，左移7.5°延边三角形绕组输出电压顺时针滞后左移22.5°延边三角形绕组输出电压15° 的电角度，右移7.5°延边三角形绕组输出电压顺时针滞后左移7.5°延边三角形绕组输出电 压15°的电角度，右移22.5°延边三角形绕组输出电压顺时针滞后右移7.5°延边三角形绕组 输出电压15°的电角度。
[0014] 再进一步的，所述用于电动汽车直流充电站的多脉波整流变电系统中，24脉波变 压器的一次侧三相绕组星形连接，24脉波变压器的二次侧绕组包括:左移22.5°延边三角形 绕组、左移7.5°延边三角形绕组、右移7.5°延边三角形绕组和右移22.5°延边三角形绕组， 左移7.5°延边三角形绕组输出电压顺时针滞后左移22.5°延边三角形绕组输出电压15°的 电角度，右移7.5°延边三角形绕组输出电压顺时针滞后左移7.5°延边三角形绕组输出电压 15°的电角度，右移22.5°延边三角形绕组输出电压顺时针滞后右移7.5°延边三角形绕组输 出电压15°的电角度。
[0015] 本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果:利用多脉波变压器实现对交流电 的变压和滤波处理功能，包含多脉波变压器和整流电路的变电系统集成变压、滤波、整流功 能于一体，简化了传统直流充电粧电路中的滤波环节设计，提高了系统运行的可靠性;利用 电磁滤波原理有效滤除电动汽车直流充电装置产生的3次及5、7、11、13、17、19次谐波，极大 的改善二次侧谐波电流对其一次侧电网造成的影响，提高了电动汽车直流充电站的功率因 素，多种脉波设计方案的变压器能够满足负荷谐波特征要求。
【附图说明】
[0016] 图1是包含D/dy型多脉波变压器的多脉波整流变电系统的结构示意图； 图2是本发明的D/dy型多脉波变压器一、二次侧电压向量图； 图3是包含Y/dy型多脉波变压器的多脉波整流变电系统的结构示意图； 图4是本发明的Y/dy型多脉波变压器一、二次侧电压向量图； 图5是包含D/.1..4型多脉波变压器的多脉波整流变电系统的结构示意图； 图6是本发明的D/^減型多脉波变压器一、二次侧电压向量图； 图7是包含Y/,&..為型多脉波变压器的多脉波整流变电系统的结构示意图； 图8是本发明的Y/知.為型多脉波变压器一、二次侧电压向量图； 图9是包含D/,[cL4型多脉波变压器的多脉波整流变电系统的结构示意图； 图10是本发明的D/厂d.A型多脉波变压器一、二次侧电压向量图； 图11是包含Y/^cUA型多脉波变压器的多脉波整流变电系统的结构示意图； 图12是本发明的Y/,左cU4型多脉波变压器一、二次侧电压向量图； 图13是包含型多脉波变压器的多脉波整流变电系统的结构示意图； 图14是本发明的型多脉波变压器一、二次侧电压向量图； 图15是包含型多脉波变压器的多脉波整流变电系统的结构示意图； 图16是本发明的型多脉波变压器一、二次侧电压向量图； 图17为本发明涉及的多脉波整流变电系统的框图。
[0017] 图中标号说明：1为多脉波变压器，2为整流电路，11为D/dy型多脉波变压器，12为 Y/dy型多脉波变压器，13为"4型多脉波变压器，14为型多脉波变压器，15为 D/.cU4型多脉波变压器，16为Υ/入d為型多脉波变压器，17为-么差:一^型多脉 波变压器，18 为 型多脉波变压器，111、113、123、131、151、153、163、171为 三角形绕组，112、121、122、141、161、181为星形绕组，132、142、152、162为左移延边三角形 绕组，133、143、154、164为右移延边三角形绕组，172、182为左移22.5°延边三角形绕组， 173、183为左移7.5°延边三角形绕组，174、184为右移7.5°延边三角形绕组，175、185为右移 22.5°延边三角形绕组。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明，本实施例在以本发明技术方案为 前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于 下述的实施例。
[0019] 本发明涉及的多脉波整流变电系统如图17所示，包括:对交流电进行变换和谐波 滤除处理的多脉波变压器1以及与多脉波变压器1二次侧绕组数目相同的整流电路2,所述 多脉波变压器1的一次侧绕组与三相电网连接，多脉波变压器1二次侧的各绕组仅与一个整 流电路2的输入端连接，各整流电路2相同极性的输出端子并接后与相同极性的直流母线连 接。多脉波整流变电系统将三相电网的电能转换为直流电后汇入直流母线，直流母线向与 其连接的电动汽车充电设备供电。
[0020] 具体实施例一，采用输出电压幅值相等且相角相差30度的12脉波变压器实现变电 系统，系统能够滤除11次以下的谐波。
[0021] 如图1所示，本实施例的多脉波整流变电系统由D/dy型多脉波变压器11和整流电 路2组成，D/dy型多脉波变压器一次侧三相绕组为三角形绕组111 ;D/dy型多脉波变压器二 次侧包括:三角形绕组113和星形绕组112。二次侧两组绕组输出电压大小相等且相角相差 30度，D/dy型多脉波变压器一、二次侧电压向量图如图2所示。二次侧两组绕组输出端分别 与两组整流电路2输入端连接，两组整流电路同极性端相连后引出并通过直流母线与电动 汽车充电设备相连。
[0022] 如图3所示，本实施例的多脉波整流变电系统由Y/dy型多脉波变压器12和整流电 路2组成，Y/dy型多脉波变压器一次侧三相绕组为星形绕组121 ;Y/dy型多脉波变压器二次 侧包括:三角形绕组123和星形绕组122。二次侧两组绕组输出电压大小相等且电压相角相 差30度，Y/dy型多脉波变压器一、二次侧电压向量图如图4所示。二次侧两组绕组输出端分 别与两组整流电路2输入端连接，两组整流电路同极性端相连后引出并通过直流母线与电 动汽车充电设备相连。
[0023] 如图5所示，本实施例的多脉波整流变电系统由D/人..矣型多脉波变压器13和整流 电路2组成，型多脉波变压器一次侧三相绕组为三角形绕组131;D/,A_"4型多脉波 变压器二次侧包括：左移延边三角形绕组132和右移延边三角形绕组133。二次侧两组绕组 输出电压大小相等且电压相角相差30度，型多脉波变压器一、二次侧电压向量如图 6所示。二次侧两组绕组输出端分别与两组整流电路2输入端连接，两组整流电路同极性端 相连后引出并通过直流母线与电动汽车充电设备相连。
[0024] 如图7所示，本实施例的多脉波整流变电系统由Y/^^4型多脉波变压器14和整流 电路2组成，多脉波变压器一次侧三相绕组为星形绕组141;Υ/,1、為型多脉波变 压器二次侧包括：左移延边三角形绕组142和右移延边三角形绕组143。二次侧两组绕组输 出电压大小相等且电压相角相差30度，Υ/.&，為型多脉波变压器一、二次侧电压向量如图8 所示。二次侧两组绕组输出端分别与两组整流电路2输入端连接，两组整流电路同极性端相 连后引出并通过直流母线与电动汽车充电设备相连。
[0025]具体实施例二，采用输出电压幅值相等且相角相差20度的18脉波变压器实现变电 系统，系统能够滤除17次以下的谐波。
[0026]如图9所示，本实施例的多脉波整流变电系统由D/^cU4型多脉波变压器15和整 流电路2组成，D/^d滅型多脉波变压器一次侧三相绕组为三角形绕组151;D/.>-cU4型多 脉波变压器二次侧包括:左移延边三角形绕组152、三角形绕组153和右移延边三角形绕组 154。.二次侧三组绕组输出电压大小相等，左移延边三角形绕组152输出电压顺时针超前三 角形绕组153输出电压20°电角度，右移延边三角形绕组154输出电压顺时针滞后三角形绕 组153输出电压20°电角度，D/^d..成型多脉波变压器一、二次侧电压向量如图10所示。二次 侧三组绕组输出端分别与三组整流电路2输入端连接，三组整流电路同极性端相连后引出 并通过直流母线与电动汽车充电设备相连。
[0027]如图11所示，本实施例的多脉波整流变电系统由Y/基d"4型多脉波变压器16和整 流电路2组成，Y/^cb^型多脉波变压器一次侧三相绕组为星形绕组161，型多脉 波变压器二次侧包括：左移延边三角形绕组162、三角形绕组163和右移延边三角形绕组 164。二次侧三组绕组输出电压大小相等，左移延边三角形绕组162输出电压顺时针超前三 角形绕组163输出电压20°电角度，右移延边三角形绕组164输出电压顺时针滞后三角形绕 组163输出电压20°电角度Y/&CU4型多脉波变压器一、二次侧电压向量如图12所示。二次 侧三组绕组输出端分别与三组整流电路2输入端连接，三组整流电路同极性端相连后引出 并通过直流母线与电动汽车充电设备相连。
[0028]具体实施例三，采用输出电压幅值相等且相角相差15度的24脉波变压器实现变电 系统，系统能够滤除23次以下的谐波。
[0029] 如图13所示，本实施例的多脉波整流变电系统由型多脉波变压 器17和整流电路2组成，型多脉波变压器一次侧三相绕组为三角形绕组 171，D/^^K.型多脉波变压器二次侧包括:左移22.5°延边三角形绕组172、左移 7.5°延边三角形绕组173、右移7.5°延边三角形绕组174和右移22.5°延边三角形绕组175。 二次侧四组绕组输出电压大小相等且依次相差15°电角度;型多脉波变压 器一、二次侧电压向量如图14所示。二次侧四组绕组输出端分别与四组整流电路2输入端连 接，四组整流电路同极性端相连后引出并通过直流母线与电动汽车充电设备相连。
[0030] 如图15所示，本实施例的多脉波整流变电系统由型多脉波变压 器18和整流电路2组成，型多脉波变压器一次侧三相绕组为星形绕组181， 型多脉波变压器二次侧包括:左移22.5°延边三角形绕组182、左移7.5°延 边三角形绕组183、右移7.5°延边三角形绕组184和右移22.5°延边三角形绕组185。二次侧 四组绕组输出电压大小相等且依次相差15°电角度，型多脉波变压器一、 二次侧电压向量如图16所示。二次侧四组绕组输出端分别与四组整流电路2输入端连接，四 组整流电路同极性端相连后引出并通过直流母线与电动汽车充电设备相连。
【主权项】
1. 用于电动汽车直流充电站的多脉波整流变电系统，将三相电网的电能转换为直流电 后汇入直流母线，直流母线向与其连接的电动汽车充电设备供电，其特征在于，多脉波整流 变电系统包括:对交流电进行变换和谐波滤除处理的多脉波变压器（1)以及与多脉波变压 器（1)二次侧绕组数目相同的整流电路(2)，所述多脉波变压器（1)的一次侧绕组与三相电 网连接，多脉波变压器（1)二次侧的各绕组仅与一个整流电路(2)的输入端连接，各整流电 路(2)相同极性的输出端子并接后与相同极性的直流母线连接。2. 根据权利要求1所述用于电动汽车直流充电站的多脉波整流变电系统，其特征在于， 所述多脉波变压器(1)为输出电压幅值相等且相角相差20度的18脉波变压器。3. 根据权利要求1所述用于电动汽车直流充电站的多脉波整流变电系统，其特征在于， 所述多脉波变压器(1)为输出电压幅值相等且相角相差15度的24脉波变压器。4. 根据权利要求2所述用于电动汽车直流充电站的多脉波整流变电系统，其特征在于， 所述18脉波变压器的一次侧三相绕组三角形连接，18脉波变压器的二次侧绕组包括：左移 延边三角形绕组、三角形绕组和右移延边三角形绕组，左移延边三角形绕组输出电压顺时 针超前三角形绕组输出电压20°的电角度，右移延边三角形绕组输出电压顺时针滞后三角 形绕组输出电压20°的电角度。5. 根据权利要求2所述用于电动汽车直流充电站的多脉波整流变电系统，其特征在于， 所述18脉波变压器的一次侧三相绕组星形连接，18脉波变压器的二次侧绕组包括：左移延 边三角形绕组、三角形绕组和右移延边三角形绕组，左移延边三角形绕组输出电压顺时针 超前三角形绕组输出电压20°的电角度，右移延边三角形绕组输出电压顺时针滞后三角形 绕组输出电压20°的电角度。6. 根据权利要求3所述用于电动汽车直流充电站的多脉波整流变电系统，其特征在于， 所述24脉波变压器的一次侧三相绕组三角形连接，24脉波变压器的二次侧绕组包括：左移 22.5°延边三角形绕组、左移7.5°延边三角形绕组、右移7.5°延边三角形绕组和右移22.5° 延边三角形绕组，左移7.5°延边三角形绕组输出电压顺时针滞后左移22.5°延边三角形绕 组输出电压15°的电角度，右移7.5°延边三角形绕组输出电压顺时针滞后左移7.5°延边三 角形绕组输出电压15°的电角度，右移22.5°延边三角形绕组输出电压顺时针滞后右移7.5° 延边三角形绕组输出电压15°的电角度。7. 根据权利要求3所述用于电动汽车直流充电站的多脉波整流变电系统，其特征在于， 所述24脉波变压器的一次侧三相绕组星形连接，24脉波变压器的二次侧绕组包括：左移 22.5°延边三角形绕组、左移7.5°延边三角形绕组、右移7.5°延边三角形绕组和右移22.5° 延边三角形绕组，左移7.5°延边三角形绕组输出电压顺时针滞后左移22.5°延边三角形绕 组输出电压15°的电角度，右移7.5°延边三角形绕组输出电压顺时针滞后左移7.5°延边三 角形绕组输出电压15°的电角度，右移22.5°延边三角形绕组输出电压顺时针滞后右移7.5° 延边三角形绕组输出电压15°的电角度。
【文档编号】H02M1/12GK105932893SQ201610475640
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】郭健
【申请人】南京航空航天大学