一种低压输出直流电能路由器及光伏接入供电系统 |
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| 申请号 | CN202410137919.9 | 申请日 | 2024-02-01 | 公开(公告)号 | CN117955427A | 公开(公告)日 | 2024-04-30 |
| 申请人 | 中科智寰(北京)科技有限公司; | 发明人 | 马永健; 王金东; 陈长江; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种低压输出直流 电能 路由器及光伏接入供电系统，包括连接在电能 输入侧 与负载侧之间的至少一个功率变换模组；每个功率变换模组均包括高压功率模 块 和低压功率模块；高压功率模块的输入端分别与电能输入侧的正负极连接，用于接收电能输入侧产生的高压直流电；低压功率模块的输出端分别与负载侧的正负极连接，用于输出额定高压直流电；光伏接入供电系统包括光伏汇流组件、二次汇流装置、直流电能路由器、负载侧保护装置，负载侧保护装置的输出端与直流负荷连接；本发明的高压功率模块负责与1500V光伏输入相连接，低压功率模块可以实现小于700V的额定 电压 输出，且使用 开关 损耗 小、价格低的 二极管 作为输出开关组件，因此降低造价成本。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种低压输出直流电能路由器，其特征在于，包括， |
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| 说明书全文 | 一种低压输出直流电能路由器及光伏接入供电系统技术领域[0001] 本发明涉及电能转换技术领域，具体涉及一种低压输出直流电能路由器及光伏接入供电系统。 背景技术[0002] 现有的新能源供电侧大多利用光伏发电供能，对于一些额定电压较低的负载来说，其中，光伏发电的供能方式具体分为以下两种方式：①DC/AC、AC/DC交直流转换方式：光伏发电产生的高电压（如1500V）通过构网型逆变装置变成220V交流电接入交流电网，交流电网再通过交直流转换器转换为直流电压，并通过降压整流装置整流后向直流负荷供电，此种方式的电流转换环节多，效率低，需要昂贵的储能装置做支撑，经济性差。 [0003] ②高电压直流变换方式：一般大规模光伏系统采用1500V电压等级进行能量汇集后，通过普通两电平拓扑结构的直流变换装置进行直流变换，并在降压后接入负载系统，由于直流电能降压变换前的输入电压较高，需要使用电压等级高的电力电子开关作为变换装置的开关器件，而这类电力电子开关速度低，开关损耗大，价格昂贵。 发明内容[0004] 本发明的目的在于提供一种低压输出直流电能路由器及光伏接入供电系统，以解决现有技术中，由于交直流转换操作多、以及直流降压需要使用电压等级高的电力电子开关作为变换装置的开关器件引起的成本和损耗大的技术问题。 [0005] 为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：一种低压输出直流电能路由器，包括：连接在电能输入侧与负载侧之间的至少一个功率变换模组； 其中，每个所述功率变换模组均包括高压功率模块和低压功率模块； 所述高压功率模块的输入端分别与所述电能输入侧的正负极连接，用于接收所述电能输入侧产生的高压直流电； 所述低压功率模块的输出端分别与所述负载侧的正负极连接，用于输出额定高压直流电。 [0006] 作为本发明的一种优选方案，所述高压功率模块为与所述电能输入侧连接的堆叠型多电平功率单元，所述堆叠型多电平功率单元形成有正极输入端口和负极输入端口，所述堆叠型多电平功率单元用于接收所述电能输入侧产生的高压直流电；所述低压功率模块为与所述负载侧连接的两电平H桥单元，所述两电平H桥单元形成有正极输出端口和负极输出端口，所述两电平H桥单元用于生成低压直流电； 所述堆叠型多电平功率单元与所述两电平H桥单元之间通过隔离变压器连接。 [0007] 作为本发明的一种优选方案，所述隔离变压器与所述两电平H桥单元的连接线路上安装有谐振电容组。 [0008] 作为本发明的一种优选方案，每个所述功率变换模组的所述堆叠型多电平功率单元的所述正极输出端口均连接有斩波电抗，且连接有所述斩波电抗的所述正极输出端口并联连接后与所述电能输入侧的正极连接。 [0009] 作为本发明的一种优选方案，所述功率变换模组的使用数量超过一个时，所有功率变换模组的输入端并联连接，所有堆叠型多电平功率单元并联形成的正极输入端口和负极输入端口与所述电能输入侧的正负极匹配连接；所有功率变换模组的输出端并联连接，所述两电平H桥单元并联形成的正极输出端口和负极输出端口与所述负载侧的正负极匹配连接。 [0010] 作为本发明的一种优选方案，所有功率变换模组的输入端并联连接形成的正极输入端口和负极输入端口之间设有滤波电容。 [0011] 为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种低压输出直流电能路由器的光伏接入供电系统，包括：用于将多个光伏发电组串的输出端并联连接的光伏汇流组件； 用于将多个所述光伏汇流组件的输出端并联连接的二次汇流装置； 与所述二次汇流装置的输出端连接的直流电能路由器； 与所述直流电能路由器的输出端连接的负载侧保护装置； 所述负载侧保护装置的输出端与直流负荷连接。 [0012] 作为本发明的一种优选方案，所述光伏汇流组件包括多个由光伏发电组串并联组成的光伏汇流箱，且多个所述光伏汇流箱经过二次汇流并联形成二次汇流装置，所述二次汇流装置的输出端形成光伏正极线路和光伏负极线路；所述光伏正极线路和光伏负极线路分别与所述直流电能路由器形成的正极输入端口和负极输出端口匹配连接。 [0014] 本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：本发明的高压功率模块负责与1500V光伏输入相连接，高压功率模块采用并联的堆叠型电平结构，能够实现1100V‑1600V电压输出，且具有较高的总体开关频率和较低的器件开关频率，低压功率模块的输出端采用并联方式连接，因此可以实现小于700V的额定电压输出，能够直接实现直流降压处理，降低造价成本和损耗。 附图说明 [0015] 为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。 具体实施方式[0017] 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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0018] 本发明提供了一种低压输出直流电能路由器，包括连接在电能输入侧与负载侧之间的至少一个功率变换模组，其中，每个功率变换模组的结构如图1所示，多个功率变换模组组成的低压输出直流电能路由器的结构图如图2所示。 [0019] 其中，每个功率变换模组均包括高压功率模块和低压功率模块，高压功率模块的输入端分别与电能输入侧的正负极连接，用于接收电能输入侧产生的高压直流电，低压功率模块的输出端分别与负载侧的正负极连接，用于输出额定高压直流电。 [0020] 进一步的，高压功率模块具体为与电能输入侧连接的堆叠型多电平功率单元，堆叠型多电平功率单元形成有正极输入端口和负极输入端口，堆叠型多电平功率单元用于接收电能输入侧产生的高压直流电，堆叠型多电平功率单元的结构组成和连接关系如图1所示。 [0021] 低压功率模块具体为与负载侧连接的两电平H桥单元，两电平H桥单元形成有正极输出端口和负极输出端口，两电平H桥单元用于生成低压直流电，其中，两电平H桥单元使用两组并联的二极管组件连接，具体的结构组成和连接关系如图1所示。 [0022] 堆叠型多电平功率单元与两电平H桥单元之间通过隔离变压器连接，且隔离变压器与两电平H桥单元的连接线路上安装有谐振电容组。 [0023] 在本实施方式中，电能输入侧具体为光伏组串，具体生成1500V光伏直流电，堆叠型多电平功率单元负责与1500V光伏输入相连接，堆叠型多电平功率单元采用堆叠型电平结构，能够实现1100V‑1600V电压输出，且具有较高的总体开关频率和较低的器件开关频率。 [0024] 上述的高压功率模块负责与1500V光伏输入相连接，高压功率模块采用并联的堆叠型电平结构，能够实现1100V‑1600V电压输出，且具有较高的总体开关频率和较低的器件开关频率。 [0025] 低压功率模块（即两电平功率单元）采用并联方式与负载侧，因此可以实现小于700V的额定电压输出，且可以使用价格低、开关频率高、开关损耗小的二极管作为开关器件，降低成本和损耗。 [0026] 优选的，在功率变换模组的使用数量超过一个时，所有功率变换模组的输入端并联连接，所有堆叠型多电平功率单元并联形成的正极输入端口和负极输入端口与电能输入侧的正负极匹配连接，所有功率变换模组的输入端并联连接形成的正极输入端口和负极输入端口之间设有滤波电容。 [0028] 所有功率变换模组的输出端并联连接，两电平H桥单元并联形成的正极输出端口和负极输出端口与负载侧的正负极匹配连接。 [0029] 所有功率变换模组的堆叠型多电平功率单元的正极输出端口均连接有斩波电抗，且连接有斩波电抗的正极输出端口并联连接后与带能输入侧的正极连接。 [0030] 整个低压输出直流电能路由器采用多组功率变换模组并联的方式，方便用标准的模块搭建不同功率的整机，方便备品备件储备和系统维修。 [0032] 另外，本实施方式还提供了上述低压输出直流电能路由器的光伏接入直流负荷供电系统，如图3所示，具体包括：用于将多个光伏发电组串的输出端并联连接的光伏汇流组件； 用于将多个光伏汇流组件的输出端并联连接的二次汇流装置； 与二次汇流装置的输出端连接的直流电能路由器； 与直流电能路由器的输出端连接的负载侧保护装置； 负载侧保护装置的输出端与直流负荷连接，负载侧保护装置包括串联连接的输出滤波器、输出熔断保护器、输出逆止保护器以及输出隔离开关。 [0033] 光伏汇流组件包括与多个光伏发电组串连接的光伏汇流箱，且多个光伏汇流箱经过二次汇流并联形成二次汇流装置，二次汇流装置的输出端形成光伏正极线路和光伏负极线路；光伏正极线路和光伏负极线路分别与直流电能路由器形成的正极输入端口和负极输出端口匹配连接。 [0034] 需要补充说明的是，光伏汇流箱内设有与每个光伏发电组串连接的熔断保护器、防逆流保护器和组串电流检测组件，光伏汇流箱由多个光伏发电组串一次汇流连接组成，且每个光伏汇流箱的输出端设有防雷保护器和输出断路器。 [0035] 上述二次汇流的优点是减少光伏组串电缆的数量和造价，从经济性上，相同的通流能力下，数量较少的大截面电缆的造价显著低于数量较多的小截面电缆。 [0036] 作为典型的实施例，360个光伏组串，用15个24路汇流箱进行一次汇流，然后经过电缆传输后，再进行二次汇流。 [0037] 如果仅使用一次汇流，则需要正负极各360根，总计720根6mm²全长度的1500V光伏电缆，对于6mm²的1500V光伏电缆，绝缘和机械防护材料在造价中占比较大。 [0038] 如果使用二次汇流方式，则每个光伏组串使用正负极各1根，总计720根长度较短的6mm²1500V光伏电缆，一次汇流后用正负极各15根，总计30根185mm²较长的1500V光伏铝电缆进行输出，然后再进行二次汇流。在此实施例中，较大长度的电缆为数量较少的铝电缆，造价较低。 [0039] 该系统具有较完备的保护能力，能够较好地实现光伏直流接入负载的控制和保护，方便直接实现直流降压处理，因此降低整个供电系统的损耗。 [0040] 上述光伏接入直流负荷供电系统能够直接应用到低压输出直流电能路由器输出的小于700V的额定电压，无需进行多次降压处理，因此降低损耗。 |
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