CN110011398A - 一种逆变装置及逆变电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种逆变装置及逆变电源，该逆变装置包括：降压变压器、功率模块、储能模块、第一升压变压器，降压变压器的原边侧分别连接主电源和备用电源，降压变压器的副边侧连接功率模块的整流侧和储能模块的输入端，降压变压器用于将主电源和备用电源输出的电压降压后输出至功率模块和储能模块；功率模块连接储能模块的输出端，用于将降压变压器输出的降压后的电压和储能模块输出的电压整流逆变后输出；第一升压变压器连接功率模块的逆变侧，为负荷供电。该逆变装置对敏感负荷电源供应是通过功率模块对两路电源整流后逆变实现，供电电源中出现的电压扰动可以通过装置中的储能模块进行平抑，从而时刻保证敏感负荷不受电压扰动的影响。

Description

一种逆变装置及逆变电源

技术领域

本发明涉及电力系统柔性交流输配电和电力电子技术领域，具体涉及一种逆变装置及逆变电源。

背景技术

随着国内制造业产业结构的升级，制造过程中所用生产设备的自动化水平以及产品的精密程度都较以前有了大幅度的提高，特别是对于半导体加工、汽车制造等行业，为了保证加工制造过程中的稳定性，目前都通过外部供电系统进行“一主一备”双电源供电。

当采用“一主一备”双电源供电，当其中的一个电源停电或者出现故障时，可能引发负荷供电电源中断或电压暂降，通过断路器切换至另一个电源为负荷供电，从而保证了负荷供电的连续性。但是，由于电源切换过程通过断路器实现，导致在整个切换过程中仍会产生100～200毫秒的供电中断或暂降，而数十毫秒的电压暂降便会对敏感负荷的正常工作带来影响，造成生产线停运或残次品率上升，给企业带来巨大的经济损失，甚至危及生产安全。

现有技术中为了解决电压暂降的问题，其通常采用的技术方案有以下两种：其一，在供电系统电源处高压侧加装动态电压恢复器等电压暂降治理装置，以避免电压暂降对生产造成干扰。通过动态电压恢复器可以补偿电压暂降发生时波形缺损部分的电压，但是由于需要对电压暂降进行可靠判断，带来判断算法的延时，从而无法完全隔离电压暂降对敏感设备的影响。其二，针对具体的敏感设备，在低压侧通过安装小容量的不间断电源为其供电。该方法需要安装大量的不间断电源来保护敏感设备，投资大，且不能做到对整个生产线的全面保护。此外用于大规模储能的锂电池模组主要由电池芯通过电路的串并联关系构成，而单个电池芯的直流电压仅为2～3V，故当前无法将锂电池模组的直流电压做到较高的程度。因此也无法将低压侧的不间断电源方案直接应用至高电压大容量储能的应用场景。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种逆变装置及逆变电源，以解决现有技术中电压暂降会对敏感负荷的正常工作带来影响，造成生产线停运或残次品率上升的问题。

本发明提出的技术方案如下：

本发明实施例第一方面提供一种逆变装置，该逆变装置包括：降压变压器、功率模块、储能模块、第一升压变压器，所述降压变压器的原边侧分别连接主电源和备用电源，所述降压变压器的副边侧连接所述功率模块的整流侧和储能模块的输入端，所述降压变压器用于将主电源和备用电源输出的电压降压至与所述功率模块和储能模块输入端相匹配的电压后，输出至所述功率模块和储能模块；所述储能模块将降压变压器输出的交流电压变换为直流电压后，对电能进行储存；所述功率模块连接储能模块的输出端；所述功率模块用于将降压变压器输出的降压后的电压和储能模块输出的电压整流逆变后输出；第一升压变压器连接功率模块的逆变侧，第一升压变压器用于将功率模块输出的整流逆变后的电压升压后输出，为负荷供电。

进一步地，所述功率模块包括：第一整流电路、逆变电路及直流电容，所述第一整流电路、所述逆变电路与直流电容并联连接。

进一步地，所述第一整流电路包括：第一半桥电路、第二半桥电路及第三半桥电路，所述第一半桥电路、第二半桥电路及第三半桥电路并联连接。

进一步地，所述第一半桥电路包括第一全控器件和第二全控器件，所述第一全控器件和所述第二全控器件串联连接；所述第二半桥电路包括第三全控器件和第四全控器件，所述第三全控器件和所述第四全控器件串联连接；所述第三半桥电路包括第五全控器件和第六全控器件，所述第五全控器件和所述第六全控器件串联连接。

进一步地，所述逆变电路包括：第四半桥电路和第五半桥电路，所述第四半桥电路包括第七全控器件和第八全控器件，所述第七全控器件和所述第八全控器件串联连接；所述第五半桥电路包括第九全控器件和第十全控器件，所述第九全控器件和所述第十全控器件串联连接。

进一步地，所述功率模块还包括：直流母线，所述直流母线与所述第一整流电路并联连接，所述直流母线连接所述储能模块输出端。

进一步地，所述储能模块包括：变换器、第二整流电路及第二升压变压器，所述变换器一端连接所述储能模块输入端，所述变换器另一端连接所述第二升压变压器的原边，所述第二升压变压器的副边连接所述第二整流电路的输入端，所述第二整流电路的输出端连接所述储能模块输出端。

进一步地，所述变换器包括：第六半桥电路和第七半桥电路，所述第六半桥电路包括第十一全控器件和第十二全控器件，所述第十一全控器件和所述第十二全控器件串联连接；所述第七半桥电路包括第十三全控器件和第十四全控器件，所述第十三全控器件和所述第十四全控器件串联连接。

进一步地，多个所述功率模块构成三个整合模块，每个整合模块中的功率模块首尾相连，三个整合模块分别连接所述第一升压变压器的原边。

进一步地，该逆变装置还包括：缓冲电阻和第一旁路断路器，所述第一旁路断路器和所述缓冲电阻并联连接，所述缓冲电阻的一端连接所述降压变压器的原边侧，所述缓冲电阻的另一端连接所述主电源和备用电源。

进一步地，该逆变装置还包括：第二旁路断路器，所述第二旁路断路器的一端连接所述缓冲电阻，所述第二旁路器的另一端连接所述主电源和备用电源。

本发明实施例第二方面提供一种逆变电源，该逆变电源包括：第一电源、第二电源及如本发明实施例第一方面中任一项所述的逆变装置，所述逆变装置的降压变压器的原边侧分别连接所述第一电源和第二电源。

进一步地，该逆变电源还包括：第三旁路断路器和第四旁路断路器，所述第三旁路断路器和所述主电源串联连接，所述第四旁路断路器和所述备用电源串联连接。

本发明提出的技术方案，具有如下优点：

本发明实施例提供一种逆变装置及逆变电源，该逆变装置对敏感负荷电源供应是通过功率模块对两路电源整流后逆变实现，装置中出现的电压扰动可以通过装置中的储能模块进行平抑，从而时刻保证敏感负荷不受电压扰动的影响。相对于当前在高压系统中所用的动态电压恢复器，由于没有进行电压暂降进行判断以及补偿电压的输出过程，从而没有所谓的响应时间延迟。因此，可以认为相比于动态电压恢复器，该逆变装置对电压暂降进行治理的响应时间为零。

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是根据本发明实施例的逆变装置的结构框图；

图2是根据本发明实施例的逆变装置的结构示意图；

图3是根据本发明另一实施例的逆变装置的结构示意图；

图4是根据本发明另一实施例的逆变装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。

本发明实施例提供一种逆变装置，如图1所示，该逆变装置包括：降压变压器1、功率模块2、储能模块3、第一升压变压器4，其中，降压变压器1的原边侧分别连接主电源和备用电源，降压变压器1的副边侧连接功率模块2的整流侧和储能模块3的输入端，降压变压器1用于将主电源和备用电源输出的电压降压至与功率模块2和储能模块3输入端相匹配的电压后，输出至功率模块2和储能模块3；储能模块3将降压变压器1输出的交流电压变换为直流电压后，对电能进行储存，提供电源扰动过程中负荷所需电能，保持功率模块2直流母线电压稳定，保证负荷电压不受电源扰动影响；功率模块2连接储能模块3的输出端；功率模块2用于将降压变压器1输出的降压后的电压和储能模块3输出的电压整流逆变后输出；第一升压变压器4连接功率模块2的逆变侧，第一升压变压器4用于将功率模块2输出的整流逆变后的电压升压后输出，为负荷供电。

本发明实施例提供的逆变装置，可以同时接入两路电源，两路电源可以是采用“一主一备”运行。当一路电源(主用电源)发生故障时，可以切换至另一路电源(备用电源)，保证对敏感负荷的持续供电。此外，逆变装置中设置储能模块，可以提供敏感负荷在双电源切换过程中的能量供应，保障敏感负荷在两路电源切换过程中供电电压波形的稳定，从而大幅减少了储能模块的电能储存容量，大幅提高了装置的经济性。

本发明实施例提供的逆变装置，在装置中设置了降压变压器1和升压变压器4，降压变压器1可以使得两路电源提供的电压降压后输出至储能模块3，解决了储能模块3耐压能力受限的问题，同时通过升压变压器4输出，保证了负荷的供电电压要求。降压变压器1可以采用三相多绕组设计，为功率模块2整流侧取能，降压变压器1的副边可以采用△/△接线设计，为负荷侧绕组感应出来的零序电流构成封闭的环流通路，从而不会使零序电流流出△型接线外部，避免零序电流注入电路。

本发明实施例提供的逆变装置，对敏感负荷电源供应是通过功率模块对两路电源整流后逆变实现，装置中出现的电压扰动可以通过装置中的储能模块进行平抑，从而时刻保证敏感负荷不受电压扰动的影响。相对于当前在高压系统中所用的动态电压恢复器，由于没有进行电压暂降进行判断以及补偿电压的输出过程，从而没有所谓的响应时间延迟。因此，可以认为相比于动态电压恢复器，该逆变装置对电压暂降进行治理的响应时间为零。

在一较佳实施例中，如图2所示，功率模块2包括：第一整流电路21、逆变电路22及直流电容C，第一整流电路21、逆变电路22与直流电容C并联连接。功率模块2整流侧可以采用三相输入设计，与三相多绕组降压变压器的副边连接。功率模块2还可以包括：直流母线，直流母线与第一整流电路21及直流电容C并联连接，直流电容C可以支撑直流母线的电压。直流电容C可以用于对装置中的电压扰动进行平抑，保证敏感负荷不受电压扰动的影响。

其中，如图2所示，第一整流电路21包括：第一半桥电路、第二半桥电路及第三半桥电路，第一半桥电路、第二半桥电路及第三半桥电路并联连接。具体地，第一半桥电路包括第一全控器件T1和第二全控器件T2，第一全控器件T1和第二全控器件T2串联连接，第一全控器件T1和第二全控器件T2串联的公共连接点引出一条母线，作为功率模块2整流侧A相输入端子；第二半桥电路包括第三全控器件T3和第四全控器件T4，第三全控器件T3和第四全控器件T4串联连接，第三全控器件T3和第四全控器件T4串联的公共连接点引出一条母线，作为功率模块整流侧B相输入端子；第三半桥电路包括第五全控器件T5和第六全控器件T6，第五全控器件T5和第六全控器件T6串联连接，第五全控器件T5和第六全控器件T6串联的公共连接点引出一条母线，作为功率模块2整流侧C相输入端子。

此外，如图2所示，逆变电路22包括：第四半桥电路和第五半桥电路，第四半桥电路包括第七全控器件T7和第八全控器件T8，第七全控器件T7和第八全控器件T8串联连接，第七全控器件T7和第八全控器件T8串联的公共连接点引出一条母线；第五半桥电路包括第九全控器件T9和第十全控器件T10，第九全控器件T9和第十全控器件T10串联连接，第九全控器件T9和第十全控器件T10串联的公共连接点引出一条母线，两条母线共同构成功率模块逆变侧输出端子。

在一较佳实施例中，如图3所示，该逆变装置中可以包括多个功率模块，多个功率模块的结构相同，所有功率模块整流侧A、B和C相输入端子分别和三相多绕组降压变压器1副边的一个三相绕组独立连接。多个功率模块构成三个整合模块，每个整合模块中的功率模块首尾相连，三个整合模块分别连接第一升压变压器4的原边。具体地，每个整合模块可以包括所有功率模块数量的三分之一，该三分之一的功率模块可以为相邻的功率模块，每个功率模块逆变侧输出端子首尾相连构成级联输出电路，作为其中一个整合模块的输出端口，三个整合模块的输出端口与升压变压器4原边连接，升压变压器4可以是三相升压变压器，三个整合模块的输出端口可以与三相升压变压器4原边的三相端子连接，三相升压变压器4副边三相端子作为逆变装置的三相电压输出接口。

在一较佳实施例中，如图4所示，储能模块3包括：变换器31、第二整流电路32及第二升压变压器33，变换器31一端连接储能模块3输入端，变换器31另一端连接第二升压变压器33的原边，第二升压变压器33的副边连接第二整流电路32的输入端，第二整流电路32的输出端连接储能模块3输出端。储能模块3还可以包括储能电池充电机34，用于向储能模块中的储能电池充电，并控制储能电池的电压保持在额定工作电压。

具体地，如图4所示，储能电池充电机34的一端连接三相降压变压器1副边预留的三相低压绕组，储能电池充电机34的另一端连接储能模块3中储能电池的一端，储能电池的另一端连接变换器31的一端，该变换器31可以是DC/DC变换器，变换器31的另一端连接第二升压变压器33的原边，第二升压变压器33的副边连接第二整流电路32的输入端，第二整流电路32的输出端连接储能模块3输出端，储能模块3输出端可以连接功率模块2中直流母线的正负极。其中，变换器31、第二升压变压器33及第二整流电路32构成储能模块3中的升压整流模块，该升压整流模块可以有多个，该多个升压整流模块分别与多个功率模块连接。

本发明实施例提供的逆变装置，在储能模块中设置升压变压器，无需将储能模块中的储能电池的电压做到较高的程度，解决了现有技术中高电压储能电池设计困难的问题，此外储能模块通过升压整流模块与功率模块连接，实现了功率模块和储能模块之间的电气隔离。

在一较佳实施例中，如图4所示，变换器31包括：第六半桥电路和第七半桥电路，第六半桥电路包括第十一全控器件T11和第十二全控器件T12，第十一全控器件T11和第十二全控器件T12串联连接，第十一全控器件T11和第十二全控器件T12串联的公共连接点引出一条母线，与第二升压变压器33的原边连接；第七半桥电路包括第十三全控器件T13和第十四全控器件T14，第十三全控器件T13和第十四全控器件T14串联连接，第十三全控器件T13和第十四全控器件T14串联的公共连接点引出一条母线，与第二升压变压器33的原边连接。

在一较佳实施例中，如图4所示，第二整流电路32包括：第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4，第一二极管D1的正极连接第二二极管D2的负极及第二升压变压器33的副边，第一二极管D1的负极连接第三二极管D3的负极及直流母线的正极，第三二极管D3的正极连接第四二极管D4的负极及第二升压变压器33的副边，第二二极管D2的正极连接第四二极管D4的正极及直流母线的负极。

在一较佳实施例中，如图3所示，该逆变装置还包括：缓冲电阻R1和第一旁路断路器KM1，第一旁路断路器KM1和缓冲电阻R1并联连接，缓冲电阻R1的一端连接降压变压器1的原边侧，缓冲电阻R1的另一端连接主电源和备用电源。缓冲电阻R1可以用于减少装置接入电路中瞬间的冲击电流，在逆变装置正常工作时，可以通过第一旁路断路器KM1将其旁路。具体地，该逆变装置还可以包括第二旁路断路器KM2，第二旁路断路器KM2的一端连接缓冲电阻R1，第二旁路器KM2的另一端连接主电源和备用电源。第二旁路断路器KM2可以用于切断主电源和备用电源和该逆变装置的连接。

本发明实施例还提供一种逆变电源，如图3所示，该逆变电源包括：第一电源P1、第二电源P2及如上述实施例中任一项所述的逆变装置，逆变装置的降压变压器1的原边侧分别连接第一电源P1和第二电源P2。具体的该逆变电源还包括：第三旁路断路器KM3和第四旁路断路器KM4，第三旁路断路器KM3和第一电源P1串联连接，第四旁路断路器KM4和第二电源P2串联连接。第三旁路断路器KM3和第四旁路断路器KM4可以用于切断第一电源P1和第二电源P2与该逆变装置的连接。

本发明实施例提供的逆变电源，可以同时接入两路电源，两路电源采用采用“一主一备”运行。当一路电源发生故障时，可以切换至另一路电源，保证对敏感负荷的持续供电。此外，逆变装置中设置储能模块，可以提供敏感负荷在双电源切换过程中的能量供应，保障敏感负荷在两路电源切换过程中供电电压波形的稳定，从而大幅减少了储能模块的电能储存容量，大幅提高了装置的经济性。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (13)

1.一种逆变装置，其特征在于，包括：降压变压器、功率模块、储能模块、第一升压变压器，

所述降压变压器的原边侧分别连接主电源和备用电源，所述降压变压器的副边侧连接所述功率模块的整流侧和储能模块的输入端，所述降压变压器用于将所述主电源和备用电源输出的电压降压后输出至所述功率模块和储能模块；

所述储能模块用于接收所述降压变压器输出的降压后的电压变换为直流电压后，对电能进行储存；；

所述功率模块连接所述储能模块的输出端，用于将所述降压变压器输出的降压后的电压和所述储能模块输出的电压整流逆变后输出；

所述第一升压变压器连接所述功率模块的逆变侧，所述第一升压变压器用于将所述功率模块输出的整流逆变后的电压升压后输出，为负荷供电。

2.根据权利要求1所述的逆变装置，其特征在于，所述功率模块包括：第一整流电路、逆变电路及直流电容，所述第一整流电路、所述逆变电路与直流电容并联连接。

3.根据权利要求2所述的逆变装置，其特征在于，所述第一整流电路包括：第一半桥电路、第二半桥电路及第三半桥电路，所述第一半桥电路、第二半桥电路及第三半桥电路并联连接。

4.根据权利要求3所述的逆变装置，其特征在于，

所述第一半桥电路包括第一全控器件和第二全控器件，所述第一全控器件和所述第二全控器件串联连接；

所述第二半桥电路包括第三全控器件和第四全控器件，所述第三全控器件和所述第四全控器件串联连接；

所述第三半桥电路包括第五全控器件和第六全控器件，所述第五全控器件和所述第六全控器件串联连接。

5.根据权利要求2所述的逆变装置，其特征在于，所述逆变电路包括：第四半桥电路和第五半桥电路，

所述第四半桥电路包括第七全控器件和第八全控器件，所述第七全控器件和所述第八全控器件串联连接；

所述第五半桥电路包括第九全控器件和第十全控器件，所述第九全控器件和所述第十全控器件串联连接。

6.根据权利要求2所述的逆变装置，其特征在于，所述功率模块还包括：直流母线，所述直流母线与所述第一整流电路并联连接，所述直流母线连接所述储能模块输出端。

7.根据权利要求6所述的逆变装置，其特征在于，所述储能模块包括：变换器、第二整流电路及第二升压变压器，所述变换器一端连接所述储能模块输入端，所述变换器另一端连接所述第二升压变压器的原边，所述第二升压变压器的副边连接所述第二整流电路的输入端，所述第二整流电路的输出端连接所述储能模块输出端。

8.根据权利要求7所述的逆变装置，其特征在于，所述变换器包括：第六半桥电路和第七半桥电路，

所述第六半桥电路包括第十一全控器件和第十二全控器件，所述第十一全控器件和所述第十二全控器件串联连接；

所述第七半桥电路包括第十三全控器件和第十四全控器件，所述第十三全控器件和所述第十四全控器件串联连接。

9.根据权利要求1－8任一项所述的逆变装置，其特征在于，多个所述功率模块构成三个整合模块，每个整合模块中的功率模块首尾相连，三个整合模块分别连接所述第一升压变压器的原边。

10.根据权利要求1－8任一项所述的逆变装置，其特征在于，还包括：缓冲电阻和第一旁路断路器，所述第一旁路断路器和所述缓冲电阻并联连接，所述缓冲电阻的一端连接所述降压变压器的原边侧，所述缓冲电阻的另一端连接所述主电源和备用电源。

11.根据权利要求10所述的逆变装置，其特征在于，还包括：第二旁路断路器，所述第二旁路断路器的一端连接所述缓冲电阻，所述第二旁路器的另一端连接所述主电源和备用电源。

12.一种逆变电源，其特征在于，包括：第一电源、第二电源及如权利要求1－11中任一项所述的逆变装置，所述逆变装置的降压变压器的原边侧分别连接所述第一电源和第二电源。

13.根据权利要求12所述的逆变电源，其特征在于，还包括：第三旁路断路器和第四旁路断路器，所述第三旁路断路器和所述主电源串联连接，所述第四旁路断路器和所述备用电源串联连接。