一种站内能馈式直流电源拓扑结构的制作方法

本发明属于电力系统，具体涉及一种站内能馈式直流电源拓扑结构。

背景技术：

1、目前220kv及以上变电站内直流电源大多采用“充电机+铅酸蓄电池组”的模式，常态是蓄电池组处于浮充状态，充电机实现交流到直流的变换且电流只能由交流侧向直流侧流动，给站内直流负荷供电和蓄电池组浮充电，但由于蓄电池组长期处于浮充状态会导致蓄电池组有效物质活性降低，因此每隔6个月需要进行一次核对性放电，一方面核对其容量，另一方面使极板有效物质得到均匀活化。传统进行蓄电池组核对性放电的方式是采用电阻性负载将蓄电池组放出的能量消耗掉，放电过程中产生大量热量，安全隐患大，需要人工全程监管，每组蓄电池需要放电10小时充电12小时，站内2组蓄电池组通常需要3天2晚，这带来了很大的人工成本。

2、因此，本发明旨在研究一种新型的站内能馈式直流电源拓扑结构。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种站内能馈式直流电源拓扑结构，该直流电源可实现能量的双向流动，蓄电池组浮充时能量由电网低压交流侧向直流侧流动；当蓄电池组放电时能量由直流侧向交流侧流动，供交流侧照明、空调以及风机等站内交流负荷消耗，从而避免蓄电池组核对性放电带来的大量人工成本，减少能源浪费和碳排放污染，为绿色发展提供支持。

2、本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

3、一种站内能馈式直流电源拓扑结构，由三相三线制pwm整流器、dc-dc双向转换器组成，所述三相三线制pwm整流器经lc电路与电网低压交流侧连接，所述dc-dc双向转向器一侧经中间电容c与所述三相三线制pwm整流器连接，所述dc-dc双向转向器另一侧经lc电路和蓄电池组与直流负荷连接。

4、而且，所述dc-dc双向转向器采用高频变压器。

5、而且，电流由电网侧向直流侧流动时，所述三相三线制pwm整流器为整流模式，所述dc-dc双向变换器的前级即s1-s4为逆变模式，所述dc-dc双向变换器的后级即s5-s8为整流模式，所述三相三线制pwm整流器对电网交流电压进行整流，所述dc-dc双向变换器的s1-s4先对前极整流电压进行逆变成高频交流，再经过中间高频变压器进行调压和隔离，s5-s8再对其进行整流，然后经过滤波后成稳定的直流；电网侧lc电路用来缓冲三相三线制pwm整流器的尖峰电压和电网侧交流谐波及尖峰电压，中间电容器起支撑作用，稳定中间电压vdc，直流侧lc电路起滤波作用，滤除交流谐波，减小直流纹波。

6、而且，电流由直流侧向电网侧流动时，所述三相三线制pwm整流器为逆变模式，所述dc-dc双向变换器的前级即s1-s4为整流模式，所述dc-dc双向变换器的后级即s5-s8为逆变模式，所述dc-dc双向变换器的s5-s8对直流电压进行逆变成高频交流电压，经过中间高频变压器进行调压和隔离后，s1-s4对其进行整流再经过中间支撑电容成直流电压，然后三相三线制pwm整流器对直流电压进行三相逆变，再经过滤波成可并入电网的交流；直流侧lc电路用来缓冲dc-dc变换器的尖峰电压，对变换器的能量进行缓冲；中间电容同样是起支撑作用，稳定中间电压vdc；电网侧lc电路用来减小并网电流谐波成分提高并网电流质量和功率因数。

7、而且，依据所述蓄电池组状态对该直流电源进行命令控制，当蓄电池组电流为正值时，蓄电池组处于充电状态，能量由电网侧向蓄电池和负荷侧流动，此时命令为1，所述三相三线制pwm整流器工作在整流模式，所述dc-dc双向变换器前级逆变后级整流，三相三线制pwm整流器和dc-dc双向变换器前级均采用双闭环控制策略，即输出电压外环、电流内环的双闭环方式对输出电压电流进行同步调节，通过检测负载电流计算出电压参考值的校正量，参与输出电压参考值的快速调节，从而实现对电压和电流的同步调节。

8、而且，当所述蓄电池组电流为负值时，蓄电池组处于放电状态，能量由蓄电池侧向电网侧流动，此时命令为2，使三相三线制pwm整流器工作在逆变模式，此时其采用spwm控制技术和电压闭环控制，设置逆变输出电压基波与电网电压同频同相，并控制逆变输出电压的幅值和相位，从而达到与电网并联的目的；dc-dc双向变换器前级整流后级逆变，dc-dc双向变换器后级采用双闭环控制策略，从而确保中间直流电压vdc维持在一个稳定的电压值。

9、而且，包括若干并联连接的模块单元，所述模块单元包括依次串联连接的所述三相三线制pwm整流器和dc-dc双向转换器，在能量向负荷和蓄电池侧流动时，对dc-dc变换器采用均流控制策略，实现各个模块之间的均流；在能量向电网端流动时，对三相三线制pwm整流器采用无互联线的下垂控制来实现多个模块功率均分和并联。

10、本发明的优点和有益效果为：

11、本发明依据蓄电池组状态对该直流电源进行命令控制，可实现能量的双向流动，蓄电池组浮充时能量由电网低压交流侧向直流侧流动；当蓄电池组放电时能量由直流侧向交流侧流动，供交流侧照明、空调以及风机等站内交流负荷消耗，从而避免蓄电池组核对性放电带来的大量人工成本，减少能源浪费和碳排放污染，为绿色发展提供支持。

技术特征：

1.一种站内能馈式直流电源拓扑结构，其特征在于：由三相三线制pwm整流器、dc-dc双向转换器组成，所述三相三线制pwm整流器经lc电路与电网低压交流侧连接，所述dc-dc双向转向器一侧经中间电容c与所述三相三线制pwm整流器连接，所述dc-dc双向转向器另一侧经lc电路和蓄电池组与直流负荷连接。

2.根据权利要求1所述的站内能馈式直流电源拓扑结构，其特征在于：所述dc-dc双向转向器采用高频变压器。

3.根据权利要求1所述的站内能馈式直流电源拓扑结构，其特征在于：电流由电网侧向直流侧流动时，所述三相三线制pwm整流器为整流模式，所述dc-dc双向变换器的前级即s1-s4为逆变模式，所述dc-dc双向变换器的后级即s5-s8为整流模式，所述三相三线制pwm整流器对电网交流电压进行整流，所述dc-dc双向变换器的s1-s4先对前极整流电压进行逆变成高频交流，再经过中间高频变压器进行调压和隔离，s5-s8再对其进行整流，然后经过滤波后成稳定的直流；电网侧lc电路用来缓冲三相三线制pwm整流器的尖峰电压和电网侧交流谐波及尖峰电压，中间电容器起支撑作用，稳定中间电压vdc，直流侧lc电路起滤波作用，滤除交流谐波，减小直流纹波。

4.根据权利要求1所述的站内能馈式直流电源拓扑结构，其特征在于：电流由直流侧向电网侧流动时，所述三相三线制pwm整流器为逆变模式，所述dc-dc双向变换器的前级即s1-s4为整流模式，所述dc-dc双向变换器的后级即s5-s8为逆变模式，所述dc-dc双向变换器的s5-s8对直流电压进行逆变成高频交流电压，经过中间高频变压器进行调压和隔离后，s1-s4对其进行整流再经过中间支撑电容成直流电压，然后三相三线制pwm整流器对直流电压进行三相逆变，再经过滤波成可并入电网的交流；直流侧lc电路用来缓冲dc-dc变换器的尖峰电压，对变换器的能量进行缓冲；中间电容同样是起支撑作用，稳定中间电压vdc；电网侧lc电路用来减小并网电流谐波成分提高并网电流质量和功率因数。

5.根据权利要求1所述的站内能馈式直流电源拓扑结构，其特征在于：依据所述蓄电池组状态对该直流电源进行命令控制，当蓄电池组电流为正值时，蓄电池组处于充电状态，能量由电网侧向蓄电池和负荷侧流动，此时命令为1，所述三相三线制pwm整流器工作在整流模式，所述dc-dc双向变换器前级逆变后级整流，三相三线制pwm整流器和dc-dc双向变换器前级均采用双闭环控制策略，即输出电压外环、电流内环的双闭环方式对输出电压电流进行同步调节，通过检测负载电流计算出电压参考值的校正量，参与输出电压参考值的快速调节，从而实现对电压和电流的同步调节。

6.根据权利要求1所述的站内能馈式直流电源拓扑结构，其特征在于：当所述蓄电池组电流为负值时，蓄电池组处于放电状态，能量由蓄电池侧向电网侧流动，此时命令为2，使三相三线制pwm整流器工作在逆变模式，此时其采用spwm控制技术和电压闭环控制，设置逆变输出电压基波与电网电压同频同相，并控制逆变输出电压的幅值和相位，从而达到与电网并联的目的；dc-dc双向变换器前级整流后级逆变，dc-dc双向变换器后级采用双闭环控制策略，从而确保中间直流电压vdc维持在一个稳定的电压值。

7.根据权利要求1所述的站内能馈式直流电源拓扑结构，其特征在于：包括若干并联连接的模块单元，所述模块单元包括依次串联连接的所述三相三线制pwm整流器和dc-dc双向转换器，在能量向负荷和蓄电池侧流动时，对dc-dc变换器采用均流控制策略，实现各个模块之间的均流；在能量向电网端流动时，对三相三线制pwm整流器采用无互联线的下垂控制来实现多个模块功率均分和并联。

技术总结
本发明涉及一种站内能馈式直流电源拓扑结构，由三相三线制PWM整流器、DC‑DC双向转换器组成，所述三相三线制PWM整流器经LC电路与电网低压交流侧连接，所述DC‑DC双向转向器一侧经中间电容C与所述三相三线制PWM整流器连接，所述DC‑DC双向转向器另一侧经LC电路和蓄电池组与直流负荷连接。本发明依据蓄电池组状态对该直流电源进行命令控制，可实现能量的双向流动，蓄电池组浮充时能量由电网低压交流侧向直流侧流动；当蓄电池组放电时能量由直流侧向交流侧流动，供交流侧照明、空调以及风机等站内交流负荷消耗，从而避免蓄电池组核对性放电带来的大量人工成本，减少能源浪费和碳排放污染，为绿色发展提供支持。

技术研发人员：周朝阳,李双健,田峰,李宏博,田斌宾,刘志涛,安星
受保护的技术使用者：国网天津市电力公司高压分公司
技术研发日：
技术公布日：2024/11/21