CN104348243B - 电力供应系统的电能存储装置的双向电池转换器和平衡器 - Google Patents

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Abstract

用于从电网(14)对负载(18)供应电能的电力供应系统(10)包括至少一个电力供应模块(20)。该电力供应模块(20)包括:要从电网(14)供应的DC链路(24);和逆变器(26),其连接到DC链路(24)并且适于将来自DC链路(24)的DC电压转换成要供应给负载(18)的AC电压。电力供应系统(10)包括电能存储装置(30),其要由DC链路(24)充电并且在电网(14)具有电力故障时用于对DC链路(24)供应电能,电能存储装置(30)与到电力供应模块(20)的中性点(N)的一个输入(36)连接。电力供应模块(20)包括双向降压/升压转换器(40),其连接到DC链路(24)的正电势(DC+)或负电势(DC‑)、到中性点(N)和到电能存储装置(30)的另一个输入(34)。

Description

电力供应系统的电能存储装置的双向电池转换器和平衡器
技术领域
本发明涉及电力供应系统的领域,特别地涉及对于列车应用的不间断保护系统。特别地,本发明涉及用于从电网对负载供应电能的电力供应系统和用于操作电力供应系统的方法。
背景技术
在列车或铁路系统中,自动列车保护系统通过监管并且控制在铁路上循环的所有车辆的位置和速度而对所有车辆(列车)实现安全操作。自动列车保护和其他铁路设备(例如铁路开关、平交路口、铁路照明,等)可需要安全的电力供应,其适于持续预定时间量地向系统的关键负载提供辅助电力。这样的电力供应系统也叫作不间断保护系统。
不间断电力供应或保护系统可包括一个或多个电力供应模块,其适于从由电网供应的输入电流产生AC输出电流。对于AC电网,电力供应模块可包括对DC链路供应的整流器,其与逆变器互连用于产生AC输出电流。在DC电网的情况下,整流器可省略。逆变器和/或整流器可具有带两个半桥相臂的转换器拓扑,所述两个半桥相臂连接到具有中心中性点的分裂DC链路。简单且经济的拓扑可以是具有分裂DC链路和从输入穿过到输出的中性/共同参考点的半桥整流器和半桥逆变器。这些拓扑也适用于4线(400V)和3线(如在北美是480V)两个系统。
为了提供辅助能量,在电网中断时,不间断保护系统通常包括采用可充电电池或蓄电池形式的电能存储装置。例如,铅酸电池可用作不间断保护系统中的电能存储装置。
共用电池有时用于若干电力供应模块,但这可因为电池可以引入电流路径而在系统级引起操作或成本问题,其可需要复杂或昂贵的解决方案来避免电力供应模块之间过多和/或不受控制的循环电流。
可获得对这些问题的若干解决方案并且通常使用它们。例如,可使用三线电池(即,具有正、负和中点输入的电池),其中中点输入以稳定的参考电势为中心,该参考电势典型地是电力供应系统的中性点。这样的系统通常控制简单并且固有地可是稳定的,但分裂/三线电池由于布线、保护和对支持双侧或分裂DC链路和充电功能的两个DC-DC转换器的需要而导致更高的成本。
作为另一个示例,可使用双线电池(即,具有正和负输入的电池),其与到不稳定但受控制的电势(例如,到电力供应模块的DC链路的电势)的一个输入连接。在该情况下,保护和转换器的数量可较少,但控制通常更困难并且典型地在不同的电力供应模块之间需要额外的阻抗和控制电路以经由主动和被动控制来将循环电流限制到实际水平。
具有连接到不稳定电势的电池的拓扑可另外是潜在严重的EMI源,其可需要合适且高成本的解决方案来遵循规章。对于大的系统的电池布线可潜在地起到辐射天线的作用。
备选方案从US-A-2012/169126、US-A-2008/061628或US-A-2013/049699已知。
发明内容
本发明的目的是提供简单、易于控制且廉价的不间断保护系统。
该目的可用独立权利要求的主题实现。另外的示范性实施例从从属权利要求和下面的描述显而易见。
本发明的方面涉及用于从电网对负载供应电能的电力供应系统。该电网可以是大型电网,例如16 2/3 Hz AC列车电压网络、230V/50/60Hz网络或DC网络。一个或多个负载可包括列车保护系统和铁路设备,例如传感器、开关,等。
根据本发明的实施例,电力供应系统包括一个或多个电力供应模块,其中的每个可包括串联连接的整流器(仅在AC输入电网的情况下)、DC链路和逆变器。在多个电力供应模块的情况下,这些模块可与电网并联连接。
根据本发明的实施例,电力供应模块(或全部的电力供应模块)包括要从电网供应(例如经由整流器)的DC链路,和逆变器,其连接到该DC链路并且适于将来自DC链路的DC电压转换成要供应给负载的AC电压。电力供应系统包括电能存储装置,其要由DC链路充电并且例如在电网具有电力故障时对DC链路供应电能。该电能存储装置与到电力供应模块的中性点的一个输入连接。电力供应模块包括双向降压/升压转换器,其连接到DC链路的正或负电势、中性点和电能存储装置的另一个输入。
双向降压/升压转换器可以是具有半桥和连接到该半桥的中点的电感的DC-DC转换器。利用该双向降压/升压转换器,电能存储装置可充电或放电,这还允许与连接到DC链路的整流器的负载共享,例如用于过载或用于电池诊断。必须注意在电能存储装置与DC链路之间可提供仅一个单一双向转换器,用于对电能存储装置充电/使其放电,这可使系统和它的控制简化、可节省布线和部件。
此外,双向降压/升压转换器可支持分裂DC链路的任一个部分但不是两个部分。可对双向降压/升压转换器定额用于全系统功率。
也可对连接到双向降压/升压转换器的输入和系统稳定中性电势的电能存储装置(其可以是可充电电池或蓄电池)定额用于全系统功率。因为电能存储装置可连接到所有电力供应模块共享的稳定电势(即,共同中性点),在电力供应模块之间可不存在不受控制的循环电流。
根据本发明的实施例,DC链路是分裂和/或双侧DC链路,例如可包括在DC链路的正和负电势之间串联互连的两个电容器,其中在这两个电容器之间(即,在分裂DC链路的中点处)提供中性点。这样,电能存储装置的一端连接到中点和双侧DC链路的一侧。
根据本发明的实施例,电能存储装置仅包括两个输入,即可以是具有仅两个端子的电池,例如简单的标准铅酸蓄电池。这样的电池连接可尽可能最简单。提出的拓扑可利用双线电池,其中一端连接到电力供应模块中的稳定中性电势,例如总电力供应系统的中性电势。
这样电池可由于实际商用部件可用性而提供额外益处,其允许在多至额定系统功率'电池充电器'功能的简单实现。这在具有非常弱的公用事业或备选能量应用的领域中十分重要。该拓扑还允许使用没有连接中点的三线遗留电池。
根据本发明的实施例,电力供应模块进一步包括另外的双向降压/升压转换器,其使DC链路的中性点、负电势和正电势互连。上文提到的第一双向降压/升压转换器可视为充电/放电转换器。附加的另外的第二转换器可视为平衡转换器,用于平衡分裂DC链路的部分之间和/或在系统动态情形下不同DC链路之间的负载。
利用平衡转换器,到DC链路的AC电流的DC分量可被控制以例如在电能存储装置的充电期间维持电流的AC和DC分量的调节和平衡。
另外,在不同DC链路的不平衡加载期间,平衡转换器可通过两个或以上DC链路之间的能量传递而补偿不同的负载。
总的来说,每个电力供应模块可包括:第一降压/升压转换器,其使电能存储装置与DC链路的一半或部分互连;和第二降压/升压转换器,用于向DC链路的相应另一半传递对于相反的半周期的负载支持所需要的能量。
根据本发明的实施例,第一降压/升压转换器和/或另外的第二降压/升压转换器包括提供第一输出和第二输出的半桥(串联连接的两个半导体开关)和与到半桥的中点的一端连接(在两个半导体开关之间)并且对第三输出提供另一端的电感。降压/升压转换器中的两个都是双向的,其中第一转换器可起到具有相同的部件从而具有非常高的电势充电能力的充电器的作用。
降压/升压转换器和/或另外的降压/升压转换器此外可包括两个二极管,每个二极管与半导体开关中的一个并联连接。
根据本发明的实施例,与电能存储装置互连的降压/升压转换器与到电能存储装置的第一输出、到中性点的第二输出和到DC链路的正或负电势的第三输出连接。采用这样的方式,在充电期间,电能存储装置的电压可高于DC链路的正(或负)电势的电压。
根据本发明的实施例,与电能存储装置互连的降压/升压转换器与到DC链路的正或负电势的第一输出、到中性点的第二输出和到电能存储装置的第三输出连接。采用这样的方式,在放电期间,DC链路的正(或负)电势的电压可高于电能存储装置的电压。
根据本发明的实施例,另外的降压/升压转换器与到DC链路的正电势的第一输出、到DC链路的负电势的第二输出和到中性点的第三输出连接。
根据本发明的实施例,电力供应系统包括多个电力供应模块,每个电力供应模块包括连接到电能存储装置的DC链路。所有电力供应模块可等同地设计并且可全部具有两个降压/升压转换器,如在上文和下面描述的。这可导致可标度和/或模块化电力供应系统,其包括单独并联的电力供应模块。模块可具有独立电能存储装置或共同电能存储装置,其在两个情况下可包括铅酸电池。
根据本发明的实施例,电力供应模块经由它们的中性点而连接,这些中性点连接到电能存储装置的一个输入;其中每个电力供应模块包括双向降压/升压转换器,其使电能存储装置的另一输入与相应电力供应模块的DC链路的正电势或负电势互连。采用这样的方式,平衡降压/升压转换器可经由共同中性点而另外用于平衡电力供应模块之间的负载。
本发明的另外的方面涉及用于操作电力供应系统的方法,该电力供应系统可如在上文和下文描述的那样设计。例如,方法可由电力供应系统的控制器执行。方法可在控制器中实现为计算机程序(即,软件)或可至少部分在硬件中实现。必须理解如在上文和在下面描述的方法的特征可以是如在上文和下面描述的电力供应系统的特征,并且反之亦然。
根据本发明的实施例,方法包括:利用双向降压/升压转换器从电力供应系统的至少一个电力供应模块的DC链路对电能存储装置充电,其中该电能存储装置与到电力供应模块的中性点的一个输入和到降压/升压转换器的另一个输入连接,其中双向降压/升压转换器连接到DC链路的正或负电势并且与中性点连接;以及通过使电能存储装置经由双向降压/升压转换器向DC链路放电而对DC链路供应电能。单一DC-DC转换器可用于经由分裂DC链路的仅仅一个臂而对电能存储装置充电或使其放电。例如在4线安装(即,标准400V安装、相位和中性)中可不存在不受控制和/或循环电流。此外,电能存储装置处于稳定参考电势。
根据本发明的实施例,方法进一步包括:例如在电能存储装置的放电期间,通过操作使DC链路的中性点、负电势和正电势互连的另外的降压/升压转换器而平衡存储在电力供应模块的DC链路电容器中的电能。利用额外的第二双向转换器,能量可从第一转换器所支持的DC链路的部分传递到DC链路的相反部分或反之亦然来维持调节。平衡转换器可在电能存储装置的充电和/或支持不平衡(例如,半波整流)负载期间补偿AC输入电流上的DC分量。
根据本发明的实施例,方法进一步包括:利用双向降压/升压转换器对电力供应系统的至少一个电力供应模块的电能存储装置充电,其中从电网抽取的电流的DC分量通过另外的降压/升压转换器而被主动控制。
根据本发明的实施例,方法进一步包括:经由降压/升压转换器平衡电力供应系统的至少两个电力供应模块的至少两个DC链路之间的电能,这些电力供应模块经由它们的DC链路中性点而互连并且每个电力供应模块包括使相应电力供应模块的DC链路的相应中性点、相应负电势和相应正电势互连的降压/升压转换器。经由DC链路之间的共同中性点而连接的第二转换器可选择性地并且双向地将能量从DC链路传递到DC链路来维持单独链路调节,特别在稳态条件下和/或在动态条件下。
特别地,第二转换器的使用允许在动态条件下的DC链路控制(独立于第一转换器的充电和放电功能),例如在动态负载条件下从电力供应模块的逆变器的反向能量流或严重的不平衡链路加载实例(例如在连接到大的感应负载(例如变压器)时)。这可防止由于不可控DC链路过冲而引起的潜在系统关闭。
本发明的另外的方面涉及如在上文和下面描述的对于电力供应系统的控制器,其适于执行如在上文和下面描述的方法。系统级控制以及控制器可因为所有共同点处于参考或可被独立且单独控制而是非常简单的。在并联系统级不需要附加硬件或控制。
本发明的这些和其他方面将从下文描述的实施例明显可见并且用它们来解释。
附图说明
本发明的主题将参考示范性实施例(其在附图中图示)在下列正文中更详细地说明。
图1示意地示出根据本发明的实施例的电力供应系统。
图2示意地示出根据本发明的实施例的电力供应模块的一部分。
图3示意地示出根据本发明的实施例对于电力供应的转换器。
图4示出根据本发明的实施例用于操作电力供应系统的方法的流程图。
在图中使用的标号和它们的含义采用简要描述形式在标号列表中列出。原则上,相同的部件在图中提供有相同的标号。
具体实施方式
图1示出电力供应系统10,其在输入12处连接到电网14并且在输出16处连接到一个或多个负载18。该电力供应系统10可以是例如对于列车或铁路应用的不间断保护系统的部分。电网14可以是(单相)16 2/3Hz铁路网络或可以是(三相)230V/50/60Hz网络。
电力供应系统10包括在输入12处与电网14并联连接的多个等同设计的电力供应模块20。由于清楚的原因,仅第一电力供应模块20提供有标号。然而,所有电力供应模块可包括等同的部件。
每个电力供应模块20包括在输入12与输出16之间串联连接的整流器22、DC链路24和逆变器26。该整流器22和逆变器26可如在下文描述的图3中示出的那样设计。分裂DC链路包括在正电势DC+与负电势DC-之间串联连接的两个电容器28,其具有中点,该中点提供中性点电势N。
此外,每个电力供应模块20包括能量转换器32,用于在共同电能存储装置30与DC链路24之间、在一个DC链路24的上和下电容器28之间和在不同电力供应模块20的DC链路24之间传递能量。
共同电能存储装置30可包括铅酸电池,其具有连接到能量转换器32的两个输入34、36,这些能量转换器32与电能存储装置30并联连接。
另外,电力供应系统10包括控制器38,其适于控制所有电力供应模块20,特别地,整流器22、逆变器26和能量转换器32。控制器38可从遍布系统10的电流和电压传感器接收传感器输入,从其可得到系统10中的所有电压和电流。这些电压和电流可通过控制器38的控制来调节。
如在图1中指示的,控制器38可以是中央控制器。备选地,控制器38可分布在电力供应模块20之中。
图2示出能量转换器32的细节,该能量转换器32在一侧上连接到DC链路24的正电势DC+、中性点电势N和负电势并且在另一侧上连接到电能存储装置30的输入。
必须注意中性点电势N直接与电能存储装置的负输入36连接。采用这样的方式,所有电力供应模块20的所有中性点电势N直接连接。
能量转换器32包括用于对电能存储装置充电并且使其放电的第一降压/升压转换器40,其包括具有串联连接的由控制器38开关的两个半导体开关(晶体管)44的半桥42。二极管46与每个半导体开关44并联连接。电感48连接到两个半导体开关46之间的中点50。半桥42在一端上提供与电能存储装置30的正输入34连接的第一输出52并且在另外的端处提供第二输出54,其与中性点电势N连接。转换器40的第三输出56由与DC链路24的正电势DC+连接的电感48提供。
备选地,输出52与正电势DC+连接并且输出56与电能存储装置的输入34连接,这是可能的。作为另外的备选,第一转换器可连接到负电势DC-(与输出54或输出56连接)。
能量转换器32包括第二降压/升压转换器60,用于平衡DC链路24的电容器28之间以及不同DC链路24之间的能量。第二转换器60包括与第一转换器40相同的部件。第二转换器包括半桥62,其具有串联连接的由控制器38开关的两个半导体开关(晶体管)。二极管66与每个半导体开关64并联连接。电感68连接到两个半导体开关66之间的中点70。半桥62在一端上提供与正电势DC+连接的第一输出72并且在另外的端处提供第二输出74,其与负电势DC-连接。转换器60的第三输出76由与中性点电势N连接的电感68提供。
图3示出电力供应模块20的转换器22、26的可能的拓扑。这些转换器22、26可与转换器40、60类似地设计。具有串联连接的由控制器38开关的两个半导体开关(晶体管)84的半桥82可使正电势DC+与负电势DC-互连。二极管86与每个半导体开关84并联连接。电感88与两个半导体开关86之间的中点连接。电感88的另一端提供电力供应模块20的输入12或输出16。
图4示出用于操作电力供应系统10的方法,其由控制器38执行。
在步骤100中,控制器检测到需要对电能存储装置充电并且电网14上电。在电力供应系统10起动后或在电网14的电力故障后可例如是这样的。控制器38从电力供应系统10的至少一个电力供应模块20的DC链路24对电能存储装置30充电。为了实现此,开关双向降压/升压转换器40的开关44,使得能量从DC链路24传递到电能存储装置30。另外,转换器60可采用来自电网14的电流大致上被平衡并且大致上确实没有DC分量这样的方式平衡从两个DC链路传递到能量存储30的能量。
在步骤102中,控制器38检测到需要用来自电能存储装置30的能量对DC链路24供应。例如,在电网14具有电力故障时可是这样的。在该情况下,控制器38经由双向降压/升压转换器40使电能存储装置30对DC链路24放电。为了实现此,开关双向降压/升压转换器40的开关44,使得能量从电能存储装置30传递到DC链路24。
在步骤104中,控制器38平衡存储在DC链路电容器28中的电能。这可在电能存储装置30的放电期间执行。控制器38操作另外的降压/升压转换器60的开关64使得能量从上电容器传递到下电容器28。
在步骤106中,控制器38检测到电力供应模块20的DC链路24之间的能量分布未被平衡。控制器经由降压/升压转换器60通过对应地对开关64进行开关来平衡电力供应系统10的至少一个电力供应模块20的至少两个DC链路24之间的电能。
尽管本发明已经在图和前述说明中详细地图示和描述,这样的图示和描述要认为是说明性或示范性的而不是限制性的;本发明不限于公开的实施例。对公开的实施例的其他变化形式可以被本领域内技术人员理解和实现并且从对图、公开和附上的权利要求的学习来实践本要求权利的发明。在权利要求中,词“包括”不排除其他元件或步骤,并且不定冠词“一(a)”或“一(an)”不排除多数。单个处理器或控制器或其他单元可实现在权利要求中列举的若干项的功能。在互不相同的从属权利要求中列举某些措施的这一事实不指示这些措施的组合无法被有利地使用。在权利要求中的任何标号不应该解释为限制范围。

Claims (15)

1.一种用于从电网(14)对负载(18)供应电能的电力供应系统(10),所述电力供应系统(10)包括至少一个电力供应模块(20),其包括:
要从所述电网(14)被供应的DC链路(24);以及
逆变器(26),其连接到所述DC链路(24)并且适于将来自所述DC链路(24)的DC电压转换成要供应给所述负载(18)的AC电压;
其中所述电力供应系统(10)包括电能存储装置(30),其要由所述DC链路(24)充电并且在所述电网(14)具有电力故障时用于对所述DC链路(24)供应电能,所述电能存储装置(30)与到所述电力供应模块(20)的中性点(N)的一个输入(36)连接;
其中所述DC链路(24)包括在所述DC链路(24)的正电势(DC+)与负电势(DC-)之间串联互连的至少两个电容器(28),其中所述中性点(N)在所述至少两个电容器(28)之间提供;
其中所述电力供应模块(20)包括双向降压/升压转换器(40),用于对连接到所述DC链路(24)的正电势(DC+)或负电势(DC-)、到所述中性点(N)和到所述电能存储装置(30)的另一个输入(34)的电能存储装置(30)充电并且使其放电;
其中所述电力供应模块(20)包括另外的双向降压/升压转换器(60),用于平衡存储在所述DC链路电容器(28)中的电能,所述DC链路电容器(28)使所述DC链路(24)的中性点(N)、负电势(DC-)和正电势(DC+)互连,
其中所述双向降压/升压转换器(40)和/或所述另外的双向降压/升压转换器(60)包括串联连接的提供第一输出(52,72)和第二输出(54,74)的两个半导体开关(44,64),和电感(48,68),其与所述两个半导体开关(44,46)之间的一端连接并且对第三输出(56,76)提供另一端。
2.如权利要求1所述的电力供应系统(10),
其中所述电能存储装置(30)仅包括两个输入(34,36)。
3.如权利要求1所述的电力供应系统(10),
其中所述双向降压/升压转换器(40)和/或所述另外的双向降压/升压转换器(60)包括两个二极管(46,66),每个二极管与所述半导体开关(44,66)中的一个并联连接。
4.如权利要求1所述的电力供应系统(10),
其中用于对所述电能存储装置(30)充电并且使其放电的所述双向降压/升压转换器(40)与到所述电能存储装置(30)的第一输出(52)、到所述中性点(N)的第二输出(54)和到所述DC链路(24)的正电势(DC+)或负电势(DC-)的第三输出(56)连接。
5.如权利要求3所述的电力供应系统(10),
其中用于对所述电能存储装置(30)充电并且使其放电的所述双向降压/升压转换器(40)与到所述电能存储装置(30)的第一输出(52)、到所述中性点(N)的第二输出(54)和到所述DC链路(24)的正电势(DC+)或负电势(DC-)的第三输出(56)连接。
6.如权利要求1所述的电力供应系统(10),
其中用于对所述电能存储装置(30)充电并且使其放电的所述双向降压/升压转换器(40)与到所述DC链路(24)的正电势(DC+)或负电势(DC-)的第一输出(52)、到所述中性点(N)的第二输出(54)和到所述电能存储装置(30)的第三输出(56)连接。
7.如权利要求3所述的电力供应系统(10),
其中用于对所述电能存储装置(30)充电并且使其放电的所述双向降压/升压转换器(40)与到所述DC链路(24)的正电势(DC+)或负电势(DC-)的第一输出(52)、到所述中性点(N)的第二输出(54)和到所述电能存储装置(30)的第三输出(56)连接。
8.如权利要求1至5中任一项所述的电力供应系统(10),
其中所述另外的双向降压/升压转换器(60)与到所述DC链路(24)的正电势(DC+)的第一输出(72)、到所述DC链路(24)的负电势(DC-)的第二输出(74)和到所述中性点(N)的第三输出(76)连接。
9.如权利要求1所述的电力供应系统(10),
其中所述电力供应系统(10)包括多个电力供应模块(20),每个电力供应模块(20)包括连接到所述电能存储装置(30)的DC链路(24)。
10.如权利要求8所述的电力供应系统(10),
其中所述电力供应系统(10)包括多个电力供应模块(20),每个电力供应模块(20)包括连接到所述电能存储装置(30)的DC链路(24)。
11.如权利要求9所述的电力供应系统(10),
其中所述电力供应模块(20)经由它们的中性点(N)而连接,所述中性点(N)连接到所述电能存储装置(30)的一个输入(36);
其中每个电力供应模块(20)包括双向降压/升压转换器(40),其使所述电能存储装置(30)的另一输入(34)与相应的电力供应模块(20)的DC链路(24)的正电势(DC+)或负电势(DC-)互连。
12.如权利要求10所述的电力供应系统(10),
其中所述电力供应模块(20)经由它们的中性点(N)而连接,所述中性点(N)连接到所述电能存储装置(30)的一个输入(36);
其中每个电力供应模块(20)包括双向降压/升压转换器(40),其使所述电能存储装置(30)的另一输入(34)与相应的电力供应模块(20)的DC链路(24)的正电势(DC+)或负电势(DC-)互连。
13.一种用于操作如权利要求1-12中任一项所述的电力供应系统(10)的方法,所述方法包括:
利用双向降压/升压转换器(40)从所述电力供应系统(10)的至少一个电力供应模块(20)的DC链路(24)对电能存储装置(30)充电,其中所述电能存储装置(30)与到所述电力供应模块(20)的中性点(N)的一个输入(36)和到所述双向降压/升压转换器(40)的另一个输入(34)连接,其中所述双向降压/升压转换器(40)连接到所述DC链路(24)的正电势(DC+)或负电势(DC-)并且与所述中性点(N)连接;以及
通过使所述电能存储装置(30)经由所述双向降压/升压转换器(40)向所述DC链路(24)放电而对所述DC链路(24)供应电能,
所述的方法进一步包括:
在所述电能存储装置(30)的放电期间通过操作使所述DC链路(24)的中性点(N)、负电势(DC-)和正电势(DC+)互连的另外的双向降压/升压转换器(60)而平衡存储在所述电力供应模块(20)的DC链路电容器(28)中的电能,
其中所述双向降压/升压转换器(40)和/或所述另外的双向降压/升压转换器(60)包括串联连接的提供第一输出(52,72)和第二输出(54,74)的两个半导体开关(44,64),和电感(48,68),其与所述两个半导体开关(44,46)之间的一端连接并且对第三输出(56,76)提供另一端。
14.如权利要求13所述的方法,进一步包括:
利用所述双向降压/升压转换器(40)从对所述电力供应系统(10)的至少一个电力供应模块(20)的DC链路(24)对电能存储装置(30)充电,其中从电网(14)抽取的电流的DC分量通过所述另外的双向降压/升压转换器(60)而被主动控制。
15.一种对于如权利要求1至12中任一项所述的电力供应系统(10)的控制器(38),其适于执行如权利要求13至14中任一项所述的方法。
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Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10454301B2 (en) * 2014-01-27 2019-10-22 Vertiv S.R.L. System and method for detecting and correcting DC bus imbalances between parallel coupled UPS systems sharing a common battery
AT516214B1 (de) * 2014-09-10 2020-09-15 Fronius Int Gmbh DC/DC-Wandler
CN106160539B (zh) * 2015-04-24 2018-10-23 郑州大学 一种采用交叠双电源供电的两级逆变器
EP3329584B1 (en) * 2015-07-28 2020-02-26 ABB Schweiz AG Arrangement, method and computer program product for limiting circulating currents
CN105226944A (zh) * 2015-10-14 2016-01-06 上海大学 一种基于交错升降压电路的电压平衡器
GB201602724D0 (en) * 2016-02-16 2016-03-30 Nvf Tech Ltd Switching amplifiers and power converters
RU168811U1 (ru) * 2016-07-15 2017-02-21 Вольский Сергей Иосифович Устройство для электропитания
DE102016214063A1 (de) 2016-07-29 2018-02-01 Schmidhauser Ag Schaltung zum Vorladen eines Zwischenkreises und elektrisches System
US10205321B2 (en) * 2016-08-05 2019-02-12 Hamilton Sundstrand Corporation Electrical accumulators for multilevel power systems
CN108092371B (zh) * 2016-11-15 2020-04-03 华为技术有限公司 充放电装置
US10811987B2 (en) * 2017-03-31 2020-10-20 Schneider Electric It Corporation Bi-directional DC-DC converter with load and source synchronized power control
CN107276393B (zh) * 2017-07-25 2023-10-20 广州金升阳科技有限公司 一种高压电源电路
US10742179B2 (en) * 2018-03-01 2020-08-11 Ingersoll-Rand Industrial U.S., Inc. Power amplifier
CN110677060B (zh) * 2018-07-02 2021-08-03 台达电子工业股份有限公司 功率变换系统及其中直流母线电容的预充电方法
CN112350311A (zh) * 2020-10-29 2021-02-09 湖北春田电工技术有限公司 一种适用于共零线低压配电系统的多用途柔性互联装置
CN113224816B (zh) * 2021-05-17 2022-12-20 上海交通大学 串联电池组隔离接口、选通网络、保护与均衡电路、方法
US11482880B1 (en) * 2021-05-28 2022-10-25 RedHawk Energy Systems, LLC Supplemental emergency power source for railroad track switch systems
CN113708466B (zh) * 2021-10-25 2022-03-11 广东希荻微电子股份有限公司 一种电池充放电电路和终端设备

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013048539A1 (en) * 2011-10-01 2013-04-04 Intel Corporation Voltage management device for a stacked battery

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2166831C2 (ru) * 1999-07-09 2001-05-10 Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет Преобразователь амплитуды, фазы и частоты со звеном постоянного напряжения
US20030128556A1 (en) * 2001-12-20 2003-07-10 Zhe Zhang Voltage sense method and circuit for start-up of parallel switching converters with output current bi-directional switches
JP2003199265A (ja) * 2001-12-28 2003-07-11 Densei Lambda Kk 無停電電源装置および電力変換装置
US7839128B2 (en) * 2006-05-15 2010-11-23 Panasonic Corporation Bidirectional power supply device
RU2311717C1 (ru) * 2006-06-16 2007-11-27 Закрытое акционерное общество "А.Д.Д." Статический преобразователь частоты, напряжения и фазы
US7705489B2 (en) * 2006-09-08 2010-04-27 American Power Conversion Corporation Method and apparatus for providing uninterruptible power
MX2011001963A (es) * 2008-08-22 2011-04-04 Toshiba Mitsubishi Elec Inc Aparato de conversion de energia.
JP5803101B2 (ja) * 2010-12-27 2015-11-04 富士電機株式会社 直流−直流変換回路及びこれを用いた電力変換装置
US8513928B2 (en) * 2011-01-05 2013-08-20 Eaton Corporation Bidirectional buck-boost converter
JP5700373B2 (ja) * 2011-04-20 2015-04-15 ニチコン株式会社 スイッチング電源装置
US8884464B2 (en) * 2011-08-29 2014-11-11 Schneider Electric It Corporation Twin boost converter with integrated charger for UPS system
JP5131403B1 (ja) * 2012-04-26 2013-01-30 富士電機株式会社 無停電電源システム
CN202872650U (zh) * 2012-07-10 2013-04-10 辽宁荣信电气传动技术有限责任公司 基于h桥的高压稳压电源

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013048539A1 (en) * 2011-10-01 2013-04-04 Intel Corporation Voltage management device for a stacked battery

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014131728A (ru) 2016-02-20
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RU2663184C2 (ru) 2018-08-02
EP2833531A1 (en) 2015-02-04
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US20150035360A1 (en) 2015-02-05
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