本發(fā)明涉及能源網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，具體涉及一種固態(tài)變壓器。

背景技術(shù)：

目前典型的電動汽車充電站供電系統(tǒng)如圖1所示。變壓器102連接于電網(wǎng)101得到380v三相交流電為電動汽車充電站的充電負(fù)載以及通信、照明等設(shè)備供電。低壓開關(guān)柜103連接多個交流充電樁106及多個直流充電柜107，為充電負(fù)載提供電能。交流充電樁106可為電動汽車提供220v交流充電電壓，用于交流慢速充電。直流充電柜107進(jìn)一步將電能分配到多個直流充電樁108，直流充電樁108將380v三相交流電轉(zhuǎn)化為400v及750v直流電壓，可為電動汽車提供直流快速充電電壓。另外，380v三相交流線路還連接補(bǔ)償設(shè)備105，用于無功補(bǔ)償以及提高功率因數(shù)，以符合接入電網(wǎng)的要求。

現(xiàn)有的電動汽車充電站供電系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的電力變壓器和以380v三相交流電為主的供電線路，其不足之處在于：

(1)由于電動汽車充電為非線性負(fù)載，在充電過程中將同時向電網(wǎng)注入諧波電流導(dǎo)致電網(wǎng)電能質(zhì)量下降、電網(wǎng)損耗增加及輸變電設(shè)備正常容量占用。采用傳統(tǒng)的電力變壓器接入電網(wǎng)時并不能對產(chǎn)生的諧波進(jìn)行隔離和治理，因此，在充電設(shè)備中需要加入諧波治理模塊，以及在供電線路需要增設(shè)無功補(bǔ)償設(shè)備，來提高接入電網(wǎng)節(jié)點的功率因數(shù)。然而，根據(jù)現(xiàn)有供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，每一個充電樁都需要設(shè)置諧波治理模塊，若要取得較好的諧波治理效果，相應(yīng)的充電樁的成本將會顯著增加。另外，若要取得較好的無償補(bǔ)償效果以穩(wěn)定節(jié)點電壓，無功補(bǔ)償設(shè)備的補(bǔ)償容量也需要根據(jù)負(fù)載情況進(jìn)行變動，相應(yīng)的補(bǔ)償設(shè)備控制復(fù)雜，設(shè)備造價也相應(yīng)提高。

(2)電動汽車的充電特別是直流快速充電將給電網(wǎng)負(fù)荷帶來大量的變動，不利于保持供電穩(wěn)定。

(3)現(xiàn)有供電系統(tǒng)不便接入可再生能源。由于太陽能、風(fēng)能這類可再生能源存在時變性、間歇性和難以預(yù)測等固有特點，現(xiàn)有供電系統(tǒng)使用的傳統(tǒng)電力變壓器不具備電壓調(diào)整功能，難以控制接入電網(wǎng)的節(jié)點電壓保持穩(wěn)定。另外，由于采用以380v三相交流電為主的供電線路，太陽能、風(fēng)能接入時需要逆變器將直流電逆變?yōu)榻涣麟娨圆⑷牍╇娋€路，針對可再生能源的轉(zhuǎn)化、儲存和利用的控制將會非常復(fù)雜，難以進(jìn)行實際應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供一種可隔離的固態(tài)變壓器，以400v直流為主的供電線路以及通過交流/直流固態(tài)變壓器接入電網(wǎng)，有效抑制電動車充電過程中產(chǎn)生的諧波對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響，有效提高功率因數(shù)，從而實現(xiàn)節(jié)能降耗，并簡化了供電系統(tǒng)及充電設(shè)備的結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上，儲能單元的應(yīng)用可對電網(wǎng)負(fù)荷進(jìn)行有效調(diào)控，有利于供電穩(wěn)定，交流/直流固態(tài)變壓器以及以400v直流為主的供電線路的設(shè)置也便于太陽能、風(fēng)能等可再生能源的接入。

為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為采用一種隔離型直流/直流固態(tài)變壓器，所述隔離型直流/直流固態(tài)變壓器為三相四線交流輸入和直流輸出，所述固態(tài)變壓器包括a相子單元、b相子單元和c相子單元，各相子單元均能夠完成帶隔離的交流轉(zhuǎn)直流電壓變換；

優(yōu)選的，所述a相子單元交流輸入端口的第一端子連接電網(wǎng)a相，所述a相子單元交流輸入端口的第二端子連接電網(wǎng)中性線。

優(yōu)選的，所述b相子單元交流輸入端口的第一端子連接電網(wǎng)b相，所述b相子單元交流輸入端口的第二端子連接電網(wǎng)中性線。

優(yōu)選的，所述c相子單元交流輸入端口的第一端子連接電網(wǎng)c相，所述c相子單元交流輸入端口的第二端子連接電網(wǎng)中性線；

優(yōu)選的，所述a相子單元、所述b相子單元和所述c相子單元的直流輸出端口并聯(lián)。

優(yōu)選的，所述a相子單元、所述b相子單元和所述c相子單元均包括整流模塊、隔離型直流/直流變換模塊、第一電容和第二電容；

所述整流模塊的交流輸入端連接各相子單元來自電網(wǎng)的輸入端，所述整流模塊的直流輸出端連接所述隔離型直流/直流變換模塊的輸入端，所述整流模塊的直流輸出端還并聯(lián)第一電容，所述隔離型直流/直流變換模塊的輸出端連接各相子單元的直流輸出端，所述隔離型直流/直流變換模塊的輸出端還并聯(lián)第二電容。

優(yōu)選的，所述a相子單元、所述b相子單元和所述c相子單元均包括多個隔離型交流/直流變換模塊和濾波電感；

優(yōu)選的，所述隔離型交流/直流變換模塊包括第一h橋、第二h橋、第三h橋、第三電容、第四電容和高頻變壓器；

所述第一h橋、所述第二h橋、所述第三h橋均由4個igbt模塊構(gòu)成，所述第一h橋第一橋臂和第二橋臂的中點構(gòu)成所述隔離型交流/直流變換模塊的輸入端口，所述第一h橋的上下兩端并聯(lián)所述第三電容，所述第一h橋的上下兩端與所述第二h橋的上下兩端連接，所述第二h橋第一橋臂和第二橋臂的中點形成的端口與所述高頻變壓器的一次側(cè)端口連接，所述高頻變壓器的二次側(cè)端口與所述第三h橋第一橋臂和第二橋臂的中點形成的端口連接，所述第三h橋的上下兩端并聯(lián)所述第四電容，所述第三h橋的上下兩端構(gòu)成所述隔離型交流/直流變換模塊的輸出端口；

優(yōu)選的，述濾波電感與多個所述隔離型交流/直流變換模塊輸入端口依次串聯(lián)形成各相子單元的交流輸入端口，多個所述隔離型交流/直流變換模塊的輸出端口并聯(lián)形成各相子單元的直流輸出端口。

本發(fā)明的首要改進(jìn)之處為與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明達(dá)到的有益效果是：

(1)固態(tài)變壓器本身具有體積小、重量輕、無環(huán)境污染、易維護(hù)的優(yōu)點，本發(fā)明使用的交流/直流固態(tài)變壓器，一方面，可以實現(xiàn)電網(wǎng)側(cè)電流和功率的靈活調(diào)節(jié)，保證始終保證電網(wǎng)側(cè)電流為正弦波形，具有對電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)調(diào)節(jié)的功能，可避免充電時產(chǎn)生的諧波以及功率因數(shù)下降的電能質(zhì)量問題傳播到電網(wǎng)側(cè)，從而保障電網(wǎng)供電穩(wěn)定并降低供電損耗；另一方面，電網(wǎng)通過交流/直流固態(tài)變壓器向充電站內(nèi)以400v直流為主的供電線路供電，交流/直流固態(tài)變壓器可以保障充電站側(cè)供電電壓穩(wěn)定；此外，由交流/直流固態(tài)變壓器具有對電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)調(diào)節(jié)以及諧波抑制的良好效果，在供電系統(tǒng)中可以不使用無功補(bǔ)償設(shè)備，充電設(shè)備也可弱化對諧波抑制功能的要求，可有效簡化供電系統(tǒng)及充電設(shè)備的結(jié)構(gòu)，降低建設(shè)成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的交流/直流固態(tài)變壓器的實施方案；

圖2為本發(fā)明提供的交流/直流固態(tài)變壓器中a、b、c各相子單元的實施方案。

具體實施方式

為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

圖1為本發(fā)明提供的交流/直流固態(tài)變壓器的一種實施方案。圖1的方案中交流/直流固態(tài)變壓器為三相四線交流輸入和直流輸出，包括a相子單元610、b相子單元620和c相子單元630，各相子單元均能夠完成帶隔離的交流轉(zhuǎn)直流電壓變換。

a相子單元610交流輸入端口的第一端子連接電網(wǎng)a相，a相子單元610交流輸入端口的第二端子連接電網(wǎng)中性線；b相子單元620交流輸入端口的第一端子連接電網(wǎng)b相，b相子單元620交流輸入端口的第二端子連接電網(wǎng)中性線；c相子單元630交流輸入端口的第一端子連接電網(wǎng)c相，c相子單元630交流輸入端口的第二端子連接電網(wǎng)中性線。a相子單元610、b相子單元620和c相子單元630的直流輸出端口并聯(lián)。

作為一種優(yōu)選方案，a相子單元610、b相子單元620和c相子單元630均包括整流模塊611612、隔離型直流/直流變換模塊、第一電容c1和第二電容c2。整流模塊611的交流輸入端連接各相子單元來自電網(wǎng)的輸入端，整流模塊611的直流輸出端連接隔離型直流/直流變換模塊612的輸入端，整流模塊611的直流輸出端還并聯(lián)電容c1，隔離型直流/直流變換模塊612的輸出端連接各相子單元的直流輸出端，隔離型直流/直流變換模塊612的輸出端還并聯(lián)電容c2。

圖1方案中的交流/直流固態(tài)變壓器連接三相電網(wǎng)與直流供電線路，能夠為電動汽車充電站提供電力，

在圖1的基礎(chǔ)上，圖2為交流/直流固態(tài)變壓器中a、b、c各相子單元的實施方案。

a、b、c各相子單元均包括多個隔離型交流/直流變換模塊710和濾波電感l(wèi)1。

隔離型交流/直流變換模塊710包括由igbt模塊q1-q4構(gòu)成的第一h橋、由igbt模塊q5-q8構(gòu)成的第二h橋、由igbt模塊q9-q12構(gòu)成的第三h橋、電容c3、電容c4和高頻變壓器t1。

第一h橋中由igbt模塊q1、q3構(gòu)成第一橋臂和由igbt模塊q2、q4構(gòu)成的第二橋臂的中點構(gòu)成隔離型交流/直流變換模塊710的輸入端口，第一h橋的上下兩端并聯(lián)電容c3，第一h橋的上下兩端與第二h橋的上下兩端連接，第二h橋中由igbt模塊q5、q7構(gòu)成的第一橋臂和由igbt模塊q6、q8構(gòu)成的第二橋臂的中點形成的端口與高頻變壓器t1的一次側(cè)端口連接，高頻變壓器t2的二次側(cè)端口與第三h橋中由igbt模塊q9、q11構(gòu)成的第一橋臂和由igbt模塊q10、q12構(gòu)成的第二橋臂的中點形成的端口連接，第三h橋的上下兩端并聯(lián)電容c4，第三h橋的上下兩端構(gòu)成隔離型交流/直流變換模塊710的輸出端口。

濾波電感l(wèi)1與多個隔離型交流/直流變換模塊710輸入端口依次串聯(lián)形成各相子單元的交流輸入端口，多個隔離型交流/直流變換模塊710的輸出端口并聯(lián)形成各相子單元的直流輸出端口。

圖2的方案對a、b、c各相子單元進(jìn)行了改進(jìn)，通過多個隔離型交流/直流變換模塊710在輸入側(cè)串聯(lián)分壓，在輸出側(cè)并聯(lián)，有效降低各個igbt模塊承受的電壓，能夠適應(yīng)電網(wǎng)側(cè)電壓較高的應(yīng)用場合。

以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，上述優(yōu)選實施方式不應(yīng)視為對本發(fā)明的限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。