[发明专利]多交流电源端口多直流母线的电动汽车充电站

说明书

本发明提供一种多交流电源端口多直流母线的电动汽车充电站,属于电动汽车充电站领域。本发明具有多个交流电源输入端口，每个交流电源接入一个工频变压器，每个变压器的副边可以有一个或者多个绕组，每个绕组接入一个变流器，每个变流器的直流侧生成一个直流母线电压，多个直流母线的电压可以相同也可以不同。当多个变流器的直流母线电压相同时，多个直流母线可以并联也可以级联；当多个变流器的直流母线电压不同时多个直流母线只进行级联。本发明可以实现多个交流电源端口同时取能或端口之间进行能量交换，当某个交流电源或其对应变流器异常故障无法工作时，剩余的交流端口仍可以继续工作，提高了充电站配电灵活性和冗余度。

技术领域

本发明属于电动汽车充电站领域，具体涉及一种多交流电源端口多直流母线的电动汽车充电站。

背景技术

近年来，随着相关支持政策的出台，电动汽车数量越来越多。同时人们不断追求更短的充电时间，电动汽车的充电功率越来越大，以直流快充为代表的快充技术向更高电压和更高电流发展。在大型公共充电站中，当多个直流快充充电桩同时工作时，如何满足充电所需的冲击功率是需要解决的关键问题。

现有的电动汽车充电站多采用交流配电的方式，通过单台配电降压变压器将中压(10kV、35kV或其他等级电压)电压降压为低压400V后，再经过配电柜后连接若干电动汽车直流充电桩，在每个直流充电桩内部有AC/DC和DC/DC变流器控制充电的电压和电流。但是，现有充电站的这种交流配电方式，存在以下不足：第一，充电桩的功率仅来源配电变压器，受制于单个配电变压器的容量，充电站内充电桩的数量和容量难以提升；第二，多个配电变压器的低压侧不能合环运行，多个配电变功率无法进行有效互济，导致难以增大配电容量，充电桩升级扩容困难；第三，当交流电源及配电变压器出现异常故障时，相应的全部直流充电桩都无法继续工作；第四，充电过程产生谐波和无功污染，需要增加电能质量补偿装置；第五，增加储能、光伏时需要通过多级电能变换才能接入系统，电能变换次数多损耗大，同时储能、光伏与充电桩协同控制不方便；第六，充电过程是从电网流入车辆的单向过程，不能实现车辆向电网的能量反馈；第七，大功率充电时400V电缆电流大、线损高，电缆的线径粗、成本高。

针对以上问题，申请号为201910544884.X，发明名称为《基于固态变压器的充电站系统》的专利申请文件公开了如下技术方案：通过一个和多个基于电力电子固态变压器一端连接配电网交流电源，另一端产生一个或多个直流母线，直流母线通过多个隔离或非隔离的DC/DC接入充电汽车、光伏或储能系统。在申请号为202010365049.2，发明名称为《一种10kV中压直挂式电动汽车充电站系统》的专利申请中，通过采用了与上述发明专利申请类似的技术路线，通过电力电力变压器或固态变压器拓扑级联的技术方案实现10kV中压交流到低压直流的转换，再经由DC/DC变流器对充电汽车进行充电。以上两种公开的已知技术都采用直流母线代替传统的交流母线给充电桩供电，主张通过高频或中频的电力电子变压器(或固态变压器)来替代工频变压器实现隔离和降压，进而实现中压交流到低压直流的变换。然而该电力电子变压器需要大量的电力电子开关器件以及多级的能量变换，其导致其成本高、可靠性低、效率低。

此外，在申请号为201780082368.9，发明名称为《电动车辆的DC快速充电站》的专利申请中，其采用的方案有利用一个多绕组工频变压器实现降压和隔离，变压器的多个副边绕组分别连接多个NPC拓扑的AC/DC整流器得到多个直流母线，再通过DC/DC变流器耦合到各个电动汽车。但该发明存在多个直流母线之间相互隔离，不能实现功率支援，当交流电源或某路AC/DC整流器出现问题，其相应母线所连接的所有充电桩都无法工作，供电和冗余度和零活动不高。且系统只有一个交流输入电源，最大配电功率受制于交流配电变压器的容量，不便于扩容。

发明内容

为解决上述问题，提供一种多交流电源端口多直流母线的电动汽车充电站，用于通过多个交流电源对电动汽车供电，本发明采用了如下技术方案：