CN110149062A - 一种输电线路设备供能系统 - Google Patents

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马志钦
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Abstract

本申请提供了一种输电线路设备供能系统,包括:取能模块、PWM整流模块和负载;所述取能模块的输出端与所述PWM整流模块的输入端电连接;所述PWM整流模块的输出端与所述负载电连接;其中,PWM整流模块具体为ZCTPWM整流子模块。本申请通过采用零电流PWM整流电路,通过在主功率开关管动作之前控制辅助开关管动作,使辅助电路中发生串联谐振,主功率开关管中的电流转移到谐振回路中,从而使主开关管在动作前处于零电流状态,开关损耗大大降低。主开关管在零电流状态动作,电流变化率和电压变化率更小,有利于保护开关管,避免局部过热使开关管损坏。解决了现有的整流电路开关损耗严重的技术问题。

Description

一种输电线路设备供能系统
技术领域
本申请涉及电力设备领域,尤其涉及一种输电线路设备供能系统。
背景技术
目前输电线路的监测装置的充能主要通过收集导线周围的空间电场能,输出单向的交流电进行充能。为了供给监测装置使用,需进行整流和稳压处理。以往使用的整流电路在其功率开关管在开通和关断时,电流和电压不处于过零状态,会导致开关管的电流和电压产生重叠,电流变化率和电压变化率过大,从而导致开关损耗急剧增加,且在高频率工作的开关管损耗更加显著。
发明内容
本申请提供了一种输电线路设备供能系统,用于解决现有的整流电路在其功率开关管在开通和关断时,电流和电压不处于过零状态,会导致开关管的电流和电压产生重叠,电流变化率和电压变化率过大,从而导致开关损耗严重的技术问题。
有鉴于此,本申请第一方面提供了一种输电线路设备供能系统,包括:取能模块、PWM整流模块;
所述取能模块的输出端与所述PWM整流模块的输入端电连接;
所述PWM整流模块的输出端用于与负载电连接;
其中,所述PWM整流模块具体包括:ZCTPWM整流子模块。
优选地,还包括:双向DC/DC变换器和储能模块;
所述储能模块通过所述双向DC/DC变换器与所述PWM整流模块的输出端电连接。
优选地,所述PWM整流模块具体还包括:抗谐波干扰子模块;
所述抗谐波干扰子模块分别与所述ZCTPWM整流子模块和所述负载电连接;
其中,所述抗谐波干扰子模块具体包括:LC滤波电路和稳压电容,且所述稳压电容与所述LC滤波电路并联。
优选地,所述PWM整流模块具体还包括:脉冲驱动控制子模块;
所述脉冲驱动控制子模块与所述ZCTPWM整流子模块的输入端电连接,用于控制输入至所述ZCTPWM整流子模块的电流方向。
优选地,所述PWM整流模块具体还包括:PWM调制子模块;
所述PWM调制子模块分别与所述取能模块和所述脉冲驱动控制子模块电连接,用于调节输入的载波信号的频率。
优选地,所述PWM整流模块具体还包括:双闭环控制子模块;
所述双闭环控制子模块分别与所述PWM调制子模块和所述脉冲驱动控制子模块电连接。
优选地,所述ZCTPWM整流子模块具体为单相ZCTPWM整流子模块。
优选地,所述取能模块具体为磁感取能模块。
优选地,所述储能模块具体为超级电容。
从以上技术方案可以看出,本申请具有以下优点:
本申请提供了一种输电线路设备供能系统,包括:取能模块、PWM整流模块和负载;所述取能模块的输出端与所述PWM整流模块的输入端电连接;所述PWM整流模块的输出端与所述负载电连接;其中,PWM整流模块具体为ZCTPWM整流子模块。
本申请通过采用零电流PWM整流电路,通过在主功率开关管动作之前控制辅助开关管动作(开通和关闭),使辅助电路中发生串联谐振,主功率开关管中的电流转移到谐振回路中,从而使主开关管在动作前处于零电流状态,开关损耗大大降低。主开关管在零电流状态动作,电流变化率(di/dt)和电压变化率(du/dt)更小,有利于保护开关管,避免局部过热使开关管损坏。解决了现有的整流电路在其功率开关管在开通和关断时,电流和电压不处于过零状态,会导致开关管的电流和电压产生重叠,电流变化率和电压变化率过大,从而导致开关损耗严重的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例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,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本申请提供的一种输电线路设备供能系统的系统结构示意图;
图2为本申请提供的一种输电线路设备供能系统的PWM整流模块的电路拓扑结构示意图;
图3为本申请提供的一种输电线路设备供能系统的ZCTPWM整流子模块的结构示意图;
图4为本申请提供的一种输电线路设备供能系统的PWM调制子模块的仿真电路示意图;
图5为本申请提供的一种输电线路设备供能系统的双闭环控制子模块的仿真电路示意图;
图6为本申请提供的一种输电线路设备供能系统的脉冲驱动控制子模块的仿真电路示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供了一种输电线路设备供能系统,用于解决现有的整流电路在其功率开关管在开通和关断时,电流和电压不处于过零状态,会导致开关管的电流和电压产生重叠,电流变化率和电压变化率过大,从而导致开关损耗严重的技术问题。
为使得本申请的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,下面所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而非全部的实施例。基于本申请中的实施例,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它实施例,都属于本申请保护的范围。
请参阅图1至图6,本申请实施例提供了一种输电线路设备供能系统,包括:取能模块1、PWM整流模块2;
所述取能模块1的输出端与所述PWM整流模块2的输入端电连接;
所述PWM整流模块2的输出端用于与负载4电连接;
其中,PWM整流模块2具体为ZCTPWM整流子模块21。
需要说明的是,本实施例的PWM整流模块2具体采用了ZCT零电流PWM电路实现软开关操作,具体的主电路拓扑原理图如图3所示,图4为其主电路拓扑仿真模型。S1~S4为主功率开关管,S1a~S4a为辅助开关管。将谐振电感L1与谐振电容C1串联,谐振电感L2与谐振电容C2串联,然后接入单相PWM整流器的每相桥臂中。在主功率开关管动作之前控制辅助开关管动作(开通和关闭),使辅助电路中发生串联谐振,主功率开关管中的电流转移到谐振回路中,从而使主开关管在动作前处于零电流状态,开关损耗大大降低。主开关管在零电流状态动作,电流变化率(di/dt)和电压变化率(du/dt)更小,有利于保护开关管,避免局部过热使开关管损坏。解决了现有的整流电路在其功率开关管在开通和关断时,电流和电压不处于过零状态,会导致开关管的电流和电压产生重叠,电流变化率和电压变化率过大,从而导致开关损耗严重的技术问题。
其中,取能装置还内置有微型变压器,可以将取能装置获取的宽范围输入电压进行稳压,输出4V左右的电压。
进一步地,还包括:双向DC/DC变换器3和储能模块5;
所述储能模块5通过所述双向DC/DC变换器3与所述PWM整流模块2的输出端电连接。
需要说明的是,本实施例的储能模块5具体用于当取能装置采集的能量不足时作为备用能源使用,保障监测装置的稳定运行。其中,双向DC/DC变换器3用于连接采集器和储能模块5,实现能量的双向流动,在采集器采集到的能量富余时,既可为监测装置供电,又可将多余能量储存于储能模块5中备用。
进一步地,所述PWM整流模块2具体还包括:抗谐波干扰子模块25;
所述抗谐波干扰子模块25分别与所述ZCTPWM整流子模块21和所述负载4电连接;
其中,所述抗谐波干扰子模块25具体包括:LC滤波电路和稳压电容,且所述稳压电容与所述LC滤波电路并联。
需要说明的是,本实施例的抗谐波干扰子模块25包含LC滤波器和稳压电容C,该模块分别与PWM整流器器和监测装置7连接,可以有效滤除谐波的干扰。电容C的充电蓄能作用可以把输出端的单向波脉动电压高充低放地拉到一个近似于平滑的电压值,同时也能增强输出的电流负荷性能。
进一步地,所述PWM整流模块2具体还包括:脉冲驱动控制子模块24;
所述脉冲驱动控制子模块24与所述ZCTPWM整流子模块21的输入端电连接,用于控制输入至所述ZCTPWM整流子模块21的电流方向。
需要说明的是,本实施例通过在单桥臂仿真模型的脉冲驱动控制子模块24中加入电流方向控制,解决网侧电流方向不同而导致辅助开关管不能正常开通的问题。具体地,脉冲驱动控制子模块24会根据单桥臂仿真模型中的谐振电感和电容参数值计算得到辅助脉冲宽度,精确驱动辅助开关管动作。当变压器侧电流方向不同时,此模块会阻断不动作辅助开关管的脉冲。具体阻断过程如下:当变压器侧电流大于零时,此时主开关管S2进行软开关动作,所以脉冲驱动控制子模块24先阻断S1a脉冲并打开S2a脉冲;当变压器侧电流小于零时,此时主开关管S1进行软开关动作,所以脉冲驱动控制子模块24先阻断S2a脉冲并开放S1a脉冲。通过引入电流方向控制,可以实现对应辅助开关管的开通和不动作辅开关管的关闭,避免辅助桥臂出现短路而损坏电路。
进一步地,所述PWM整流模块2具体还包括:PWM调制子模块22;
所述PWM调制子模块22分别与所述取能模块1和所述脉冲驱动控制子模块24电连接,用于调节输入的载波信号的频率。
需要说明的是,PWM调制子模块22的调制信号由两个具有180°相位差的正弦波ur、-ur(信号波)和高频交变三角波uc(载波)比较产生。采用Simulink自带的Repeatingsequence模块,生成需要的三角波,可自由调节载波频率。
进一步地,所述PWM整流模块2具体还包括:双闭环控制子模块23;
所述双闭环控制子模块23分别与所述PWM调制子模块22和所述脉冲驱动控制子模块24电连接。
需要说明的是,本实施例的双闭环控制子模块23具体包含电压外环、电流内环、PI控制器。用于获取变压器输出的交流电压反馈值、交流电流反馈值以及整流侧输出电压反馈值等电流参数并进行调节。
进一步地,所述ZCTPWM整流子模块21具体为单相ZCTPWM整流子模块21。
进一步地,所述取能模块1具体为磁感取能模块1。
进一步地,所述储能模块5具体为超级电容。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的系统,装置和单元的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的系统,装置和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。
以上所述,以上实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种输电线路设备供能系统,其特征在于,包括:取能模块和PWM整流模块;
所述取能模块的输出端与所述PWM整流模块的输入端电连接;
所述PWM整流模块的输出端用于与负载电连接;
其中,所述PWM整流模块具体包括:ZCTPWM整流子模块。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,还包括:双向DC/DC变换器和储能模块;
所述储能模块通过所述双向DC/DC变换器与所述PWM整流模块的输出端电连接。
3.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述PWM整流模块具体还包括:抗谐波干扰子模块;
所述抗谐波干扰子模块分别与所述ZCTPWM整流子模块和所述负载电连接;
其中,所述抗谐波干扰子模块具体包括:LC滤波电路和稳压电容,且所述稳压电容与所述LC滤波电路并联。
4.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述PWM整流模块具体还包括:脉冲驱动控制子模块;
所述脉冲驱动控制子模块与所述ZCTPWM整流子模块的输入端电连接,用于控制输入至所述ZCTPWM整流子模块的电流方向。
5.根据权利要求4所述的系统,其特征在于,所述PWM整流模块具体还包括:PWM调制子模块;
所述PWM调制子模块分别与所述取能模块和所述脉冲驱动控制子模块电连接,用于调节输入的载波信号的频率。
6.根据权利要求5所述的系统,其特征在于,所述PWM整流模块具体还包括:双闭环控制子模块;
所述双闭环控制子模块分别与所述PWM调制子模块和所述脉冲驱动控制子模块电连接。
7.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述ZCTPWM整流子模块具体为单相ZCTPWM整流子模块。
8.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述取能模块具体为磁感取能模块。
9.根据权利要求2所述的系统,其特征在于,所述储能模块具体为超级电容。
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