一种非隔离交直流供电系统

技术领域

本发明涉及交直流供电系统领域，具体涉及一种非隔离交直流供电系统。

背景技术

交直流供电系统(或装置)是交直流配电网的核心组成部分，承担着电能变换(包括电压等级变换，频率变换、交直流供电方式变换等)和电能供给的重要角色，其核心技术是电力电子装置技术。在实际应用设计时，为了提高装置的功率密度、降低装置的制造成本或者鉴于其他设计因素的考虑，通常装置的交流侧多采用大功率三相三线制非隔离型交流/直流变换器(AC/DC)给交流负荷供电、设备的直流侧多采用大功率非隔离型直流/直流(DC/DC)变换器给直流负荷供电。

由于供电系统大量使用变换器设备，其交直流母线上会因变换器使用PWM(脉冲宽度调制)技术而产生过高的共模电压，损坏交直流负荷，进而影响交直流供电系统的正常运行。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中交直流母线上会因变换器使用PWM(脉冲宽度调制)技术而产生过高的共模电压的缺陷，从而提供一种非隔离交直流供电系统。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明实施例提供一种非隔离交直流供电系统，包括：交流系统、接地装置、变流系统、共模电压消除电路及直流系统，其中，交流系统的三相交流线路分别与所述变流系统的三相交流线路连接，并与所述接地装置的第一端、第二端、第三端连接；所述接地装置的第四端与所述交流系统的零线连接，并接地；所述变流系统还与所述共模电压消除电路的第一端连接；所述变流系统的直流侧通过两条直流母线与所述共模电压消除电路的第二端及第三端对应连接，所述共模电压消除电路的输出端通过两条公共直流母线与直流系统连接；所述共模电压消除电路用于抑制变流系统交直流侧之间的共模电压，并将此共模电压转换为相应比例的反向感应电压，并将其串入两条公共直流母线对地回路中，将抑制后剩余的共模电压进行抵消。

可选地，所述直流系统包括：多个DC/DC装置，每个DC/DC装置的输入端分别与两条公共直流母线对应连接，每个DC/DC装置的输出端与一个外部负载连接，用于为所连接的外部负载提供相应等级电压。

可选地，所述共模电压消除电路包括：共模电压抑制电路及剩余共模电压消除电路，其中，所述共模电压抑制电路的第一端与所述变流系统连接，第二端及第三端分别与所述变流系统的直流侧的两条直流母线对应连接，其第四端和第五端构成所述共模电压消除电路的输出端，其第六端与剩余共模电压消除电路的第三端耦合连接；所述剩余共模电压消除电路的第一端及第二端分别与所述共模电压抑制电路的第四端和第五端对应连接，其第四端接地。

可选地，所述共模电压抑制电路包括：共模电感的第一绕组、共模电感的第二绕组、第一电容、第二电容及第三电容，其中，所述第一绕组的第一端、所述第二绕组的第一端分别与所述变流系统的直流侧的两条直流母线对应连接，所述第一绕组的第二端和所述第二绕组的第二端构成所述共模电压抑制电路的输出端；所述第一电容的第一端及所述第一绕组的第二端均与第一公共直流母线连接，所述第二电容的第一端及所述第二绕组的第二端均与第二公共直流母线连接，所述第一电容的第二端与所述第二电容的第二端连接后的中点与所述第三电容的一端连接，所述第三电容的另一端与所述变流系统连接。

可选地，所述剩余共模电压消除电路包括：共模电感的第三绕组、第四电容及第五电容，其中，所述第四电容的第一端与第一公共直流母线连接，所述第五电容的第一端与第二公共直流母线连接，所述第四电容的第二端与所述第三绕组的第一端连接，所述第五电容的第二端与所述第三绕组的第二端连接，所述第三绕组的中间抽头接地。

可选地，所述变流系统包括：滤波电路、变换器及电容支撑电路，其中，所述滤波电路的第一端、第二端、第三端与所述变换器的三相交流线路对应连接，其第四端与所述共模电压抑制电路的第一端连接，其第五端、第六端、第七端与所述交流系统的输出端连接；电容支撑电路连接于所述变换器的直流侧的两条直流母线之间；所述变换器的直流侧的两条直流母线分别与第一绕组的第一端及第二绕组的第一端连接。

可选地，所述滤波电路包括：LC滤波电路或LCL滤波电路，其中，所述LC滤波器及LCL滤波电路均由多个电感及多个电容构成，且各电容呈星型连接；所述第三电容的另一端与采用星型连接的各电容的中性点连接。

可选地，所述变换器为两电平交直流变换器或三电平交直流变换器或多电平交直流变换器；当所述变换器为两电平交直流变换器时，所述电容支撑电路的两端与所述变换器的直流侧的两条直流母线对应连接；当所述变换器为三电平交直流变换器时，所述电容支撑电路由多个电容串联连接构成，且串联连接电路的两端与所述变换器的直流侧的两条直流母线对应连接，且每两个电容的连接点与变换器的每个桥臂连接；当所述变换器为多电平交直流变换器时，所述电容支撑电路由多个电容串联连接构成，且串联连接电路的两端与所述变换器的直流侧的两条直流母线对应连接，且每两个电容的连接点与变换器的每个桥臂连接。

可选地，当所述交流系统为低压交流系统时，所述非隔离交直流供电系统还包括：电力电子变压器及低压直流接口电路，其中，所述电力电子变压器的第一端及第二端分别与共模电压消除电路的输出端对应连接，所述低压直流接口电路连接于所述电力电子变压器的第一端及第二端之间，所述电力电子变压器的第三端及第四端分别与高压交流系统、高压直流系统对应连接。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明提供的非隔离交直流供电系统，包括：变流系统、交流系统、共模电压消除电路、接地装置及直流系统，其中，交流系统的三相交流线路分别与变流系统的三相交流线路连接，并与接地装置的第一端、第二端、第三端连接；接地装置的第四端与交流系统的零线连接，并接地；变流系统还与共模电压消除电路的第一端连接；变流系统的直流侧通过两条直流母线与共模电压消除电路的第二端及第三端对应连接，共模电压消除电路的输出端通过两条公共直流母线与直流系统连接；共模电压消除电路用于抑制变流系统交直流侧之间的共模电压，并将此共模电压转换为相应比例的反向感应电压，并将其串入两条公共直流母线对地回路中，将抑制后剩余的共模电压进行抵消。通过设置共模电压消除电路，使其与变流系统配合使用，消除交直流之间的共模电压及直流侧对地的剩余共模电压，从而实现对共模电压的消除，提高供电电压质量，进而提高供电可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中非隔离交直流供电系统的一个具体示例的组成图；

图2为本发明实施例中非隔离交直流供电系统的另一个具体示例的组成图；

图3为本发明实施例中非隔离交直流供电系统的另一个具体示例的组成图；

图4为本发明实施例中非隔离交直流供电系统的另一个具体示例的组成图；

图5(a)～图5(d)分别为本发明实施例提供的变流系统的一个具体示例的组成图；

图6(a)～图6(b)分别为本发明实施例提供的变流系统的另一个具体示例的组成图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本发明实施例提供一种非隔离交直流供电系统，应用于需要消除共模电压的场合，如图1所示，上述非隔离交直流供电系统，包括：变流系统1、交流系统2、共模电压消除电路3、接地装置4及直流系统5，其中，变流系统1的三相交流线路(A相、B相、C相)分别与交流系统2的三相交流线路(A相、B相、C相)连接，同时与接地装置4的第一端、第二端、第三端连接，接地装置4的第四端与交流系统2的零线(N线)连接，并接地；变流系统1还与共模电压消除电路3的第一端连接；变流系统1的直流侧通过两条直流母线(直流母线#1及直流母线#2)与共模电压消除电路3的第二端及第三端对应连接，共模电压消除电路3的输出端通过两条公共直流母线(公共直流母线#1及公共直流母线#2)与直流系统连接；共模电压消除电路3用于抑制变流系统交直流侧之间的共模电压，并将此共模电压转换为相应比例的反向感应电压，并将其串入两条公共直流母线对地回路中，将抑制后剩余的共模电压进行抵消。

在一具体实施例中，在非隔离交直流供电系统中，低压交流侧的交流电压经变流系统1转换为直流电压后给直流负荷供电。在本发明实施例中，变流系统1采用交流/直流变换器(AC/DC)，由于供电系统大量使用变换器设备，其交直流母线上会因变换器使用PWM(脉冲宽度调制)技术而产生过高的共模电压，损坏交直流负荷，进而影响非隔离交直流供电系统的正常运行。为解决此类问题，本发明实施例通过设置共模电压消除电路3，使其与变流系统1配合使用，消除变流系统1的交直流侧对地共模电压。

具体地，如图2所示，共模电压消除电路3包括：共模电压抑制电路31及剩余共模电压消除电路32，其中，共模电压抑制电路31的第一端与变流系统1连接，第二端及第三端分别与变流系统1的直流侧的两条直流母线(直流母线#1及直流母线#2)对应连接，其第四端和第五端构成共模电压消除电路3的输出端，其第六端与剩余共模电压消除电路32的第三端耦合连接；剩余共模电压消除电路32的第一端及第二端分别与共模电压抑制电路31的第四端和第五端对应连接，其第四端接地。

进一步地，如图3所示，共模电压抑制电路31包括：共模电感的第一绕组L1、共模电感的第二绕组L2、第一电容C1、第二电容C2及第三电容C3，其中，第一绕组L1的第一端、第二绕组L2的第一端分别与变流系统1的直流侧的两条直流母线对应连接，第一绕组L1的第二端和第二绕组L2的第二端构成共模电压抑制电路31的输出端；第一电容C1的第一端及第一绕组L1的第二端均与第一公共直流母线(公共直流母线#1)连接，第二电容C2的第一端及第二绕组L2的第二端均与第二公共直流母线(公共直流母线#2)连接，第一电容C1的第二端与第二电容C2的第二端连接后的中点O

进一步地，剩余共模电压消除电路32包括：共模电感的第三绕组L3、第四电容C4及第五电容C5，其中，第四电容C4的第一端与第一公共直流母线(公共直流母线#1)连接，第五电容C5的第一端与第二公共直流母线(公共直流母线#2)连接，第四电容C4的第二端与第三绕组L3的第一端连接，第五电容C5的第二端与第三绕组L3的第二端连接，第三绕组L3的中间抽头O

在本发明实施例中，通过将共模电压抑制电路31与变流系统1连接，为交直流侧共模电压建立一个低阻抗回路，利用共模电压抑制电路31中的共模电感及变流系统1中的电抗器消耗交直流侧中大部分共模电压，从而实现了对共模电压的衰减抑制。除此之外，在直流母线上加装的对地共模电压调整电容C

本发明提供的非隔离交直流供电系统，包括：变流系统、交流系统、共模电压消除电路、接地装置及直流系统，其中，交流系统的三相交流线路分别与变流系统的三相交流线路连接，并与接地装置的第一端、第二端、第三端连接；接地装置的第四端与交流系统的零线连接，并接地；变流系统还与共模电压消除电路的第一端连接；变流系统的直流侧通过两条直流母线与共模电压消除电路的第二端及第三端对应连接，共模电压消除电路的输出端通过两条公共直流母线与直流系统连接；共模电压消除电路用于抑制变流系统交直流侧之间的共模电压，并将此共模电压转换为相应比例的反向感应电压，并将其串入两条公共直流母线对地回路中，将抑制后剩余的共模电压进行抵消。通过设置共模电压消除电路，使其与变流系统配合使用，消除交直流之间的共模电压及直流侧对地的剩余共模电压，从而实现对共模电压的消除，提高供电电压质量，进而提高供电可靠性。

在一实施例中，如图4所示，非隔离交直流供电系统，还包括：接地装置4，接地装置4的第一端、第二端、第三端分别与交流系统的三相交流线路连接，第四端与交流系统的零线连接后接地。

在一具体实施例中，变流系统1为三相三线制接线方式，而交流负荷需要的供电接线方式多为三相四线制或三相五线制，并且直流负荷的接地方式多为IT(I＝电源端不接地或经高阻抗接地；T＝电气装置的外露可导电部分直接接地，此接地点在电气上独立于电源端的接地点)接地形式。在此情况下如果不对非隔离交直流供电系统的接线方式进行处理，将导致无法以交直流侧共地的形式给交直流负荷供电。因此如图4所示，本发明实施例通过将接地装置4与三相交流线路及交流系统2的零线连接，构成三相四线制电路；进一步地，将交流系统2的零线接地，构成三相五线制电路。上述电路连接关系满足了交流负荷的接线方式(三相四线或三相五线制)要求，并且为交直流供电提供了一个公共接地点，从而解决了非隔离交直流供电系统的共地问题。此外，在本发明实施例中接地装置4由接地变压器及相电压滤波电容并联连接构成，或接地装置4为滤波装置。具体地，接地变压器的三相输入对输出端也可并联一组相电压滤波电容，用于滤除接地变输入输出耦合漏感引起的感应电压。

在一实施例中，如图4所示，直流系统5包括：多个DC/DC装置，每个DC/DC装置的输入端分别与两条公共直流母线(公共直流母线#1及公共直流母线#2)对应连接，每个DC/DC装置的输出端与一个外部负载连接，用于为所连接的外部负载提供相应等级电压。

在一具体实施例中，每个DC/DC装置的输入端接入公共直流母线，输出端与外部负载连接，用于给不同电压等级的负载供电。在本发明实施例中，公共直流母线也可以接入其他装置，如储能装置、电力电子变压器等装置。

在一实施例中，如图4所示，变流系统1包括：滤波电路11、变换器12及电容支撑电路13，其中，滤波电路11的第一端、第二端、第三端与变换器12的三相交流线路对应连接，其第四端与共模电压抑制电路31的第一端连接，其第五端、第六端、第七端与所述交流系统的输出端连接；电容支撑电路13连接于变换器12的直流侧的两条直流母线之间，用于对变换器12直流侧电压进行平行滤波；变换器12的直流侧的两条直流母线分别与第一绕组L1的第一端及第二绕组L2的第一端连接，用于每个DC/DC装置与交流系统2之间的能量流动，或储能装置与交流系统2之间的能量流动。

在一具体实施例中，滤波电路包括：LC滤波电路或LCL滤波电路，其中，LC滤波器及LCL滤波电路均由多个电感及多个电容构成，且各电容呈星型连接；第三电容C3的另一端与采用星型连接的各电容的中性点连接。在本发明实施例中，仅以上述LC滤波电路及LCL滤波电路为例进行说明，不以此为限。

在一实施例中，变换器12为两电平交直流变换器或三电平交直流变换器或多电平交直流变换器。当变换器12为两电平交直流变换器时，电容支撑电路13包括至少一个电容，如图5(a)～图5(b)所示，以电容支撑电路13包括两个电容为例进行说明，具体地，电容支撑电路13的两端与变换器12的直流侧的两条直流母线对应连接。如图5(c)～图5(d)所示，以电容支撑电路13包括一个电容为例进行说明，具体地，电容支撑电路13的两端与变换器12的直流侧的两条直流母线对应连接。

当变换器12为三电平交直流变换器时，电容支撑电路13包括多个电容，如图6(a)～图6(b)所示，以电容支撑电路13包括两个电容为例进行说明，具体地，电容支撑电路13的两端与变换器12的直流侧的两条直流母线对应连接，且两个电容的连接点与变换器12的每个桥臂连接。

需要说明的是，本发明实施例的变换器12不仅限于两电平或三电平交直流变换器，还可以为其他能实现交直流变换功能的变换器。当变换器为多电平交直流变换器时，电容支撑电路由多个电容串联连接构成，且串联连接电路的两端与变换器的直流侧的两条直流母线对应连接，且每两个电容的连接点与变换器的每个桥臂连接。在本发明实施例中，多电平交直流变换器为电平数量大于三的变换器。

在一实施例中，如图4所示，当交流系统2为低压交流系统时，非隔离交直流供电系统还包括：电力电子变压器6及低压直流接口电路7，其中，电力电子变压器6的第一端及第二端分别与共模电压消除电路3的输出端对应连接，低压直流接口电路7连接于电力电子变压器的第一端及第二端之间，电力电子变压器6的第三端及第四端分别与高压交流系统、高压直流系统对应连接。

需要说明的是，图4中的低压直流接口电路7仅用于举例，但不以此为限制。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。