CN103633823A - 一种拓扑高频高压送能系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种拓扑高频高压送能系统及其方法，所述系统包括高频双脉冲电源，高频高压变压器和送能传感器；所述高频双脉冲电源、高频高压变压器和送能传感器依次连接。所述方法包括(1)高频双脉冲电源接入低压市电和/或者低压直流电；(2)将接入的电压变换成高频电压或者电流输出至高频高压变压器。本发明送能系统具备能量传递精确、效能高；工作稳定、可靠；电气隔离电压等级高；负载兼容性强；体积小、重量轻等优点。

Description

一种拓扑高频高压送能系统及其方法

技术领域

本发明属于电力系统，具体讲涉及一种拓扑高频高压送能系统及其方法。

背景技术

在高压电力系统中，所用到一些装置其控制单元的工作电源供给一直是个难题，因其在整个系统中所承担的作用及位置决定了其必须具备高稳定、高可靠、耐高压、高效率、长寿命的特点。当前在电力系统灵活调节装置中所用到的电力电子器件晶闸管阀作为其中的重要执行机构器件，其应用的电压等级高达几十千伏特，而控制其开关的电子触发单元一般又都安装于阀本体，始终处于高电位状态，而为保证其可靠动作，这就要求为该控制触发单元提供正常工作的电源系统稳定可靠，因此该电源供给系统成为提高电力电子装置整体稳定性能的关键环节之一。

在高压电力系统中，电子电路电源供给策略中比较主流的方式有两种，即取能方式和送能方式。取能方式即从高电压系统中的一次设备的工频电压或工频电流直接获取能量，再经过能量转换单元变换成控制单元所要求的能量形式供给。送能方式即从低电位常备电源系统向高电位电子控制电路提供电源供给，其方式主要有激光送能方式、工频送能方式和高频送能方式。

在电力系统常用装置中，固态复合开关（SSFC）、磁阀式可控高抗CSR、固态切换开关SSTS等装置一般要求晶闸管阀触发方式支持从几千赫兹到十几千赫兹频率连续触发导通模式，连续可靠触发一对反并联的晶闸管大约需要十几瓦的功率，经过多级串并联单相阀体一般需要十几层到几十层晶闸管，这样对触发晶闸管的电子电路电源供给系统提出了较高的要求。而工频电压取能或工频电流取能，要满足连续触发所消耗的总功率需求，则要求一次工频电压或电流值很大，整个供电系统体积、重量都较大，转换效率低。这样，一方面不符合实际应用要求，另一方面还会增加触发电子电路的设计难度。激光送能方式，其能满足连续触发功率需求，但其成本高，转换效率低，长期使用情况下设备老化较快，寿命较短。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种新型拓扑高频高压送能系统及其方法，本发明具有体积小、精度高、动态响应速度快的特点，可实现与高电位电子电路的快速、可靠地能量交换，较易满足晶闸管阀连续触发所消耗的功率需求。可实现能量高效、精准传递；稳定、可靠，送能单元与相对地间耐压强度高，负载兼容性强，体积小、重量轻，长寿命，可交互等优点。本发明可用于35KV（含）以下固态复合开关SSFC、磁阀式可控高抗CSR、固态切换开关SSTS控制单元以及一些高压控制单元的供能系统中。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种拓扑高频高压送能系统，其特征在于，所述系统包括高频双脉冲电源，高频高压变压器和送能传感器；

所述高频双脉冲电源、高频高压变压器和送能传感器依次连接。

优选的，低压直流电压和/或交流市电、高频双脉冲电源和高频高压变压器依次连接。

优选的，所述高频双脉冲电源副边与送能传感器相连。

优选的，所述送能传感器原边串联连接后接入高频高压变压器的副边。

优选的，所述送能传感器由高频送能单元组成。

进一步地，所述高频送能单元磁环采用非晶合金。

进一步地，所述高频送能单元包括一根导电铜母穿过高频送能单元磁环构成，通过浇注方式固定。

优选的，所述高频双脉冲电源为可关断电力电子器件构成。

优选的，所述高频高压变压器原副边及副边相对地的绝缘通过加灌胶封装。

优选的，所述高频双脉冲电源的输入端可同时接入宽范围DC180V～DC260V的直流电压和AC180V～AC260V的交流市电。

本发明基于另一目的提供的一种拓扑高频高压送能方法，其改进之处在于，所述方法包括

(1)高频双脉冲电源接入低压市电和/或者低压直流电；

(2)将接入的电压变换成高频电压或者电流输出至高频高压变压器。

优选的，所述高频双脉冲电源可交互，可接收来自外部控制单元对其输出闭锁、解锁控制指令；

可向外部控制单元发送自身工作状态的指令；

可接受来自外部旋钮的控制指令，调节输出脉冲电压幅值和占空比大小；

还可根据负载变化信息自动切换恒压或横流工作模式。

与现有技术比，本发明的有益效果为：

1、本发明送能系统，能量传递精确、效能高；工作稳定、可靠；电气隔离电压等级高；负载兼容性强；体积小、重量轻等优点。

2、本发明高频双脉冲电源，是基于新一代可关断电力电子器件组建的拓扑结构，具有输入电压范围宽，自适应强，输出电压\电流谐波小，精度高，输出电压幅值、频率、占空比等灵活可调，负载兼容性强，可靠性高，稳定性强，可交互的特点。其输出会根据负载变化情况自动切换为电压源或者电流源的工作模式。自身具有过流、过压、过温、输出异常报警自保护功能。

3、本发明高频高压变压器通过优化自身电气结构外加灌胶封装的工艺形式有效保证了原副边的绝缘强度及副边相对地的绝缘等级，其绝缘耐压不但能完全满足晶闸管阀体在运行时刻的最高电压的要求，而且也完全可承受高达100千伏特工频高压1分钟的冲击试验要求。采用优化电气设计加灌胶封装可大大提高该变压器的工作寿命及可靠性。为整个系统工作的高可靠、长寿命提供了保证。

4、本发明通过高频高压变压器实现了处于低电位的能量传递系统和处于高电位耗能单元的高压电气隔离，同时通过高频化的能量传递模式，有效提高了能量传递效率，大大降低高压变压器的体积和重量，为整个送能拓扑的小型化、轻量化、高绝缘强度提供了可能。

5、本发明高频电流送能模块内部由多个高频送能单元组成，该单元内磁环采用新型材料非晶合金，该材料最大优点是磁通密度高、磁导率高，不易饱和。通过在其表面绕制多砸线圈来实现能量的交互传递。

6、本发明送能传感器通过浇注灌封式的加工工艺可有效缩小内部各单元分布参数的分散性，实现各个触发电子电路间的电气隔离，同时把处于低电位的能量独立传递到各个高电位晶闸管触发电子电路中。该模块也可根据负载需求及电源功率大小灵活配置其内部组成单元的个数，大大提高了整个拓扑结构的兼容性、降低了整个系统搭建的难度。

7、本发明整个系统拓扑结构简洁、较易实现处于把低电位的能量以高频的形式传递到高电位控制电路，并有效实现了高低电位的电气隔离的要求。

8、本发明整个系统的输入具有一定的冗余，即可实现输入侧双电源同时供给，也可分别独立供给，最大限度的保证了整个系统的可靠性。

附图说明

图1为本发明提供的一种拓扑高频高压送能系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明一种拓扑高频高压送能系统包括高频双脉冲电源，高频高压变压器，送能传感器。

本发明高频双脉冲电源，高效、可靠地实现了从低频电源到高频电源的转换，通过调节输出电压的频率、幅值、占空比等重要参数最大化兼容负载的差异性，可大大降低高频高压变压器的定制要求及制造工艺，有效提高了电源的通用性，有利于提高系统的可靠运行。所含高频高压变压器，实现了处于低电位的能量传递系统和处于高电位耗能单元的高压电气隔离，同时通过高频化的能量传递模式，有效提高了能量传递效率，大大降低高压变压器的体积和重量，为整个送能拓扑的小型化、轻量化提供了可能。所含高磁导率、模块化高频电流传感器模块通过浇注式的加工工艺可有效缩小分布参数的分散性，实现各个触发电子电路间的电气隔离。本发明提供的高频高压送能系统拓扑较易实现产品的模块化和标准化需求，负载兼容能力强，满足电力电子器件晶闸管阀连续触发所需能量要求。

高频双脉冲电源输入端接入常用低压直流电压或者交流市电，将输入的电压变换成高频双脉冲电源，以多组形式输出给高频变压器；该高频电源可交互，即可接收来自外部控制单元的闭锁、解锁控制指令，也可向外部控制单元发送自身工作状态的指令；同时还可接受来自外部旋钮的控制指令，调节输出脉冲电压幅值和占空比大小，也能根据负载变化信息自动切换恒压或横流模式。

本发明高频高压变压器具有原副边间及副边相对地绝缘强度高、体积小、重量轻、长寿命的优点。其通过优化自身电气结构外加灌胶封装的工艺形式有效保证了原副边的绝缘强度及副边相对地的绝缘等级，其绝缘耐压不但能完全满足晶闸管阀体在运行时刻的最高电压的要求，而且也完全可承受来高达100千伏特工频高压1分钟的冲击试验要求。采用优化电气设计加灌胶封装可大大提高该变压器的工作寿命及可靠性。为整个系统工作的高可靠、长寿命提供了保证。其在实际拓扑结构中具有承上启下的功效，原边接高频电源的输出，副边接送能传感器，实现能量高效、快速、精准传递。

本发明送能传感器为高磁导率、高频送能传感器，其内部由多个磁环单元组成，该磁环是由新型材料非晶合金构成，具有磁通密度高、磁导率高、不易磁饱和特点。其外边绕制多砸线圈以电磁电转换的原理实现能量高效、快速传递；在其内部再通过一根导电铜母穿过多只磁环，并通过浇注式灌封加以固定，最终组成穿芯式高频送能模块。每个单元原边导电铜母与电力电子器件的功率变换单元晶闸管本体单点等电位连接，浇注式一体化高频电流送能模块各副边电位与负载所要求的电位一致，为确定值。原边和副边的绝缘强度通过浇注高绝缘性能的电介质和密闭的电气绝缘距离来保证，最终实现各个触发电子电路间的电气隔离。以浇注的形式固化，利于绝缘、便于安装、有效提高了系统的可靠性。

本发明高频双脉冲电源，是基于新一代可关断电力电子器件组建的拓扑结构，具有输入电压范围宽，自适应强，输出电压\电流谐波小，精度高，输出电压幅值、频率、占空比等灵活可调，负载兼容性强，可靠性高，稳定性强，可交互的特点。其输出会根据负载变化情况自动切换为电压源或者电流源的工作模式。自身具有过流、过压、过温、输出异常报警自保护功能。

实施例

如附图1所示，本发明一种拓扑高频高压送能系统包括一台高频双脉冲电源、三台高频高压变压器和三块送能传感器。

其中：高频双脉冲电源的输入端可同时接入宽范围（DC180V～DC260V）直流电压和交流市电（AC180V～AC260V），将输入的电压经过内部处理、变换成三组幅值、频率一致的高频双脉冲电压，输出给三台高频高压变压器；副边各接一块送能传感器，送能传感器为高磁导率、高频送能传感器；送能传感器内部高频电流送能传感器单元个数可由高频电源功率大小灵活配置，最后其内部所有高频送能传感器的原边串联连接后接入高频高压变压器的副边（高频高压变压器副边和晶闸管高电位连接），最后每个高频送能模块内部的高频送能单元的副边接各自的高电位触发电子电路负载。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (12)

1.一种拓扑高频高压送能系统，其特征在于，所述系统包括高频双脉冲电源，高频高压变压器和送能传感器；

所述高频双脉冲电源、高频高压变压器和送能传感器依次连接。

2.如权利要求1所述的一种拓扑高频高压送能系统，其特征在于，低压直流电压和/或交流市电、高频双脉冲电源和高频高压变压器依次连接。

3.如权利要求1所述的一种拓扑高频高压送能系统，其特征在于，所述高频双脉冲电源副边与送能传感器相连。

4.如权利要求1所述的一种拓扑高频高压送能系统，其特征在于，所述送能传感器原边串联连接后接入高频高压变压器的副边。

5.如权利要求1所述的一种拓扑高频高压送能系统，其特征在于，所述送能传感器由高频送能单元组成。

6.如权利要求5所述的一种拓扑高频高压送能系统，其特征在于，所述高频送能单元磁环采用非晶合金。

7.如权利要求5所述的一种拓扑高频高压送能系统，其特征在于，所述高频送能单元包括一根导电铜母穿过高频送能单元磁环构成，通过浇注方式固定。

8.如权利要求1所述的一种拓扑高频高压送能系统，其特征在于，所述高频双脉冲电源为可关断电力电子器件构成。

9.如权利要求1所述的一种拓扑高频高压送能系统，其特征在于，所述高频高压变压器原副边及副边相对地的绝缘通过加灌胶封装。

10.如权利要求1所述的一种拓扑高频高压送能系统，其特征在于，所述高频双脉冲电源的输入端可同时接入宽范围DC180V～DC260V的直流电压和AC180V～AC260V的交流市电。

11.一种拓扑高频高压送能方法，其特征在于，所述方法包括

(1)高频双脉冲电源接入低压市电和/或者低压直流电；

(2)将接入的电压变换成高频电压或者电流输出至高频高压变压器。

12.如权利要求11所述的一种拓扑高频高压送能方法，其特征在于，所述高频双脉冲电源可交互，可接收来自外部控制单元对其输出闭锁、解锁控制指令；

可向外部控制单元发送自身工作状态的指令；

可接受来自外部旋钮的控制指令，调节输出脉冲电压幅值和占空比大小；

还可根据负载变化信息自动切换恒压或横流工作模式。

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