一种具有直流母线架构重构能力的直流配电系统技术方案

本发明专利技术涉及一种具有直流母线架构重构能力的直流配电系统，包括多个交流电源、对应的多个AC/DC能量路由器、对应的多个直流母线切换开关、正/零/负直流母线、工频隔离变压器、多个DC/DC充电模组构成的直流负荷，系统的工作状态在两个单极性直流母线架构以及真双极母线架构三者之间可以转化。与现有技术相比，本发明专利技术具有根据负荷接入的变化灵活满足需要等优点。优点。优点。

【技术实现步骤摘要】
一种具有直流母线架构重构能力的直流配电系统


[0001]本专利技术涉及直流配电的
，尤其是涉及一种具有直流母线架构重构能力的直流配电系统。

技术介绍

[0002]低压直流配电系统具有便于接入电动汽车等直流负荷，线路损耗低、配电距离远的特点，同时多个交流电源可以通过变换器/变流器馈入直流母线，实现多个交流电源的互联与互济。低压直流配电系统主要有单极性、双极性直流母线两种系统结构。其中单极性直流配电系统，结构简单，但只能提供正极到负极一种直流电压母线；而双极性直流配电系统，具有正负零三极母线，其正、负极直流母线电压可独立调节，可以提供正极到负极、正极到零极、零极到负极三种电压等级。根据零极带负荷能力，双极性直流配电系统又可以分为真双极性直流系统和伪双极性直流系统。其中伪双极性直流系统，负载只能接正负母线，零极不能带负载；而真双极性直流系统，负载可以根据其电压需要接任意两根直流母线，因此具有更好的灵活性和冗余性。
[0003]目前，低压直流配电系统多采用单极性或者双极性直流母线架构，其母线架构不能根据负载或电源的需求进行重构。其中单极性直流配电系统多采用一套或者多套变换器/变流器进行直流侧并联构成，而为了形成真双极性直流配电系统，一般使用两套变换器/变流器装置进行直流侧串联。
[0004]公开号为CN 111555617 A、CN 112491272 A、CN 109861546 A都提出了具有直流输出能力的AC/DC能量路由器，为直流配电系统发展做出了进一步的探索和研究。
[0005]其中CN 111555617 A的专利提出了一种大功率模块化伪双极型DC/DC变换器，它由a相变换电路、b相变换电路、c相变换电路并联而成，具有传输效率更高、占地面积更小、高变比、模块化等优势。但是负载不能接在零极，只能接在正负极上，对于具有多电平需求的场景不具有优势。CN 112491272 A的专利提出了一种双极性双向直流变压器，包括4个绝缘栅双极晶体管、2个电感和4个电容，该双极性双向直流变压器高压正极+HV连接第一绝缘栅双极晶体管Q1的集电极、第一电容的C1的一端，该双极性双向直流变压器的高压正极
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HV连接第三绝缘栅双极晶体管Q3的发射极、第二电容的C2的一端。但是当考虑多个变压器时，专利中没有提到合适的方式来解决多个变压器串并联后的单极性和真双极性的切换。CN 109861546A的专利提出一种具有真双极性直流输出能力的AC/DC能量路由器，通过控制全桥/三电平组合式变换器开关管，实现正极、负极直流输出电压的均衡，以及单极故障情况下，非故障极直流输出的正常运行。但是当考虑到单极性直流系统中多个变压器并联实现潮流的互联互济时，并没有相应的措施实现单极性和真双极性配电系统之间的重构，不能根据负荷接入的变化灵活满足其需要。
[0006]综上所述，现有技术没有相应的措施实现单极性和真双极性配电系统之间的重构，不能根据负荷接入的变化灵活满足需要。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供的一种具有直流母线架构重构能力的直流配电系统，可以实现单极性和真双极性配电系统之间的重构，根据负荷接入的变化灵活满足需要。
[0008]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0009]一种具有直流母线架构重构能力的直流配电系统，其特征在于，系统包括多个交流电源，以及与每个交流电源一一对应的AC/DC能量路由器和直流母线切换开关，还包括直流母线和直流负荷，其中，
[0010]交流电源的输出连接AC/DC能量路由器；
[0011]AC/DC能量路由器输出的直流电压等级是单极性Vdc或者单极性2Vdc或者真双极
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Vdc，
[0012]直流母线有正母线、零母线和负母线三条，正母线与零母线之间电压为Vdc，负母线与零母线之间电压为Vdc，正母线与负母线之间电压为2Vdc，
[0013]AC/DC能量路由器输出的正极和负极分别接直流母线切换开关，直流母线切换开关分为正极开关、0级开关和负极开关，正极开关连接正母线，0级开关连接零母线，负极开关连接负母线，
[0014]直流负荷包括小功率负荷和大功率负荷；
[0015]当接收到仅小功率充电指令时，AC/DC能量路由器输出的直流电压等级是单极性Vdc，采用单极性直流母线架构，此时所有的AC/DC能量路由器输出的正极均连接正极开关，负极均连接0级开关，小功率负荷连接正母线与零母线；或所有的AC/DC能量路由器输出的正极均连接0级开关，负极均连接负极开关，小功率负荷连接负母线与零母线；此时，大功率负荷不进行工作，交流电源并联接入直流母线；
[0016]接收到大小功率同时充电指令时，AC/DC能量路由器输出的直流电压等级是单极性Vdc，采用真双极母线架构，使得部分AC/DC能量路由器输出的正极连接正极开关，负极连接0级开关，另一部分AC/DC能量路由器输出的正极连接0级开关，负极连接负极开关，
[0017]当第n个交流电源接入直流配电系统时，若接入正母线与零母线的交流电源的负载率大于接入负母线与零母线的交流电源的负载率，则将第n个交流电源对应的AC/DC能量路由器输出的正极连接正极开关，负极连接0级开关，反之，则将第n个交流电源对应的AC/DC能量路由器输出的正极连接0级开关，负极连接负极开关，此时大功率负荷连接正母线与负母线，小功率负荷连接正母线与零母线或负母线与零母线；
[0018]接收到仅大功率同时充电指令时，AC/DC能量路由器输出的直流电压等级是单极性2Vdc，采用另一种单极性直流母线架构，此时所有的AC/DC能量路由器输出的正极均连接正极开关，负极均连接负极开关，交流电源并联接入直流母线，大功率负荷连接正母线与负母线，小功率负荷不进行工作；
[0019]上述两个单极性直流母线架构以及真双极母线架构三者之间均可以转化。
[0020]进一步地，AC/DC能量路由器为高频隔离的电力电子变压器。
[0021]进一步地，AC/DC能量路由器为通过工频变压器隔离的交直流变换电路。
[0022]进一步地，直流母线切换开关为单刀双掷开关。
[0023]进一步地，直流母线切换开关为机械开关构成或电子开关构成。
[0024]进一步地，交流电源和AC/DC能量路由器之间连接工频隔离变压器，工频隔离变压器的输入连接交流电源的输出，工频隔离变压器的输出连接AC/DC能量路由器的输入。
[0025]进一步地，工频变压器高压侧采用三角形接法，低压侧采用三个单相独立绕组，低压侧三个单相绕组相互独立不连接为三相H桥变流器提供相间隔离。
[0026]进一步地，交流电源为三相交流电源，电压等级是380V、10kV或35kV。
[0027]进一步地，直流负荷包括DC/DC充电模组和直流负载，直流负载通过DC/DC充电模组连接直流母线，DC/DC充电模组由多个DC/DC充电变流器组成。
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有直流母线架构重构能力的直流配电系统，其特征在于，系统包括多个交流电源，以及与每个交流电源一一对应的AC/DC能量路由器和直流母线切换开关，还包括直流母线和直流负荷，其中，交流电源的输出连接AC/DC能量路由器；AC/DC能量路由器输出的直流电压等级是单极性Vdc或者单极性2Vdc或者真双极
±
Vdc，直流母线有正母线、零母线和负母线三条，正母线与零母线之间电压为Vdc，负母线与零母线之间电压为Vdc，正母线与负母线之间电压为2Vdc，AC/DC能量路由器输出的正极和负极分别接直流母线切换开关，直流母线切换开关分为正极开关、0级开关和负极开关，正极开关连接正母线，0级开关连接零母线，负极开关连接负母线，直流负荷包括小功率负荷和大功率负荷；当接收到仅小功率充电指令时，AC/DC能量路由器输出的直流电压等级是单极性Vdc，采用单极性直流母线架构，此时所有的AC/DC能量路由器输出的正极均连接正极开关，负极均连接0级开关，小功率负荷连接正母线与零母线；或所有的AC/DC能量路由器输出的正极均连接0级开关，负极均连接负极开关，小功率负荷连接负母线与零母线；此时，大功率负荷不进行工作，交流电源并联接入直流母线；接收到大小功率同时充电指令时，AC/DC能量路由器输出的直流电压等级是单极性Vdc，采用真双极母线架构，使得部分AC/DC能量路由器输出的正极连接正极开关，负极连接0级开关，另一部分AC/DC能量路由器输出的正极连接0级开关，负极连接负极开关，当第n个交流电源接入直流配电系统时，若接入正母线与零母线的交流电源的负载率大于接入负母线与零母线的交流电源的负载率，则将第n个交流电源对应的AC/DC能量路由器输出的正极连接正极开关，负极连接0级开关，反之，则将第n个交流电源对应的AC/DC能量路由器输出的正极连接0级开关，负极连接负极开关，此时大功率负荷连接正母线与负母线，小功率负荷连接正母线与零母线或负母线与零母线；接收到仅大功率同时充电指令时，AC/DC能量路由器输...

【专利技术属性】
技术研发人员：董航飞，李锦，潘传鹏，唐维溢，赵连岐，赵文文，王智先，张运昌，
申请(专利权)人：江苏中天科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：