CN110739867A - 能量回馈装置及其缓启动方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及能量回馈技术领域，提供了能量回馈装置及其缓启动方法。该能量回馈装置包括断路器、交流接触器、滤波电路、功率模块、直流电容、直流接触器和可控整流电路；断路器一端电连接交流母线，另一端通过交流接触器和滤波电路电连接功率模块；直流电容并联在功率模块的直流侧；功率模块通过直流接触器与直流母线电连接；可控整流电路的交流端连接在断路器和交流接触器之间，直流端与直流电容并联。上述能量回馈装置通过可控整流电路按照一定的时序控制即可完成开机后直流电容和交流电容无冲击缓启动，能够很好的保护能量回馈装置中的部件，且可控整流电路的成本不高，使得整机成本较低。

Description

能量回馈装置及其缓启动方法

技术领域

本发明属于能量回馈技术领域，尤其涉及能量回馈装置及其缓启动方法。

背景技术

传统的能量回馈装置在停机状态下，能量回馈装置直流端的直流电容的电压为零，因此当闭合能量回馈装置的直流接触器时，会产生很大的冲击电流，能够损坏直流端的直流接触器、直流霍尔和直流电容。而且，在停机状态下，能量回馈装置交流端的交流电容的电压为零，当闭合能量回馈装置的断路器和交流接触器时，也会产生很大的冲击电流，能够损坏交流端的交流接触器、交流霍尔和交流电容。

对于传统的能量回馈装置，通常会在直流端给直流电容串联电阻来缓冲闭合直流接触器时产生的冲击电流，然后通过功率模组逆变将直流电转换为交流电为交流端的交流电容缓冲。而上述直流接触器为高压直流接触器，价格昂贵，上述缓冲方式会带来较大的整机成本。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了能量回馈装置及其缓启动方法，以解决现有技术中在直流端给直流电容串联电阻所带来的整机成本高的问题。

本发明实施例第一方面提供了一种能量回馈装置，包括断路器、交流接触器、滤波电路、功率模块、直流电容和直流接触器；所述断路器一端用于电连接交流母线，另一端通过所述交流接触器和所述滤波电路电连接所述功率模块；所述直流电容并联在所述功率模块的直流侧；所述功率模块通过所述直流接触器与直流母线电连接；

所述能量回馈装置还包括可控整流电路，所述可控整流电路的交流端连接在所述断路器和所述交流接触器之间，所述可控整流电路的直流端与所述直流电容并联；所述可控整流电路用于在所述断路器闭合后，通过所述交流母线给所述直流电容充电缓冲，且在所述直流电容两端电压达到第一阈值时，通过所述功率模块对所述滤波电路中的交流电容进行逆变充电，使得所述直流电容和所述交流电容缓启动。

可选的，所述可控整流电路为相控整流电路，所述相控整流电路在锁相后，驱动其中的开关管的脉冲波的占空比从零开始不断增大直至完全导通。

可选的，所述可控整流电路为三相桥式整流电路，包括交流端、直流端和六个晶闸管，六个晶闸管中两两一组串联之后再并联；

其中，每组的两个晶闸管之间的连接点与所述交流端连接，每组的两个晶闸管的另一端均与所述直流端连接。

可选的，所述能量回馈装置还包括高压开关，所述断路器通过所述高压开关与交流母线电连接。

可选的，所述能量回馈装置还包括变压器，所述变压器设置在所述高压开关与断路器之间。

可选的，所述能量回馈装置还包括设置在所述直流电容和所述直流接触器之间的熔断器。

可选的，所述滤波电路包括交流电容和电感，所述电感设置在所述交流接触器和所述功率模块之间，所述交流电容设置在所述交流接触器和所述电感之间。

本发明实施例第二方面提供了能量回馈装置的缓启动方法，包括：

闭合断路器，交流母线电压施加到可控整流电路的交流端；

启动所述可控整流电路对交流端的电压进行相控整流后通过直流端为直流电容充电；

在直流电容两端电压达到第一阈值时，通过功率模块对交流电容进行充电；

在交流电容两端电压与所述可控整流电路的交流端的电压满足第一预设条件时，关断所述可控整流电路，并闭合交流接触器；

在交流电容缓启动完成后，通过功率模块对直流电容进行充电升压，使得直流电容两端电压与直流母线电压满足第二预设条件，闭合直流接触器。

可选的，所述第一预设条件为交流电容两端电压与所述第一电压的差值小于第二阈值；

所述第二预设条件为直流电容两端电压与直流母线电压的差值小于第三阈值。

可选的，所述能量回馈装置的缓启动方法还包括：

通过变压器将交流母线电压调整至所述第一电压，施加到可控整流电路的交流端。

本发明实施例中能量回馈装置的开机缓启动过程如下：

开机前，首先闭合断路器，此时可控整流电路的交流端的电压为交流母线的电网电压；可控整流电路启动并进行相控整流，给直流电容充电缓冲，当直流电容两端电压达到第一阈值时，通过功率模块对交流电容进行逆变充电，给交流电容缓启动；

当交流电容两端电压与交流母线的电网电压(即所述可控整流电路的交流端的电压)满足第一预设条件时，关断所述可控整流电路，并闭合交流接触器，此时交流电容缓启动完毕；

当交流电容缓启动完毕后，功率模块进行反向整流，对直流电容进行充电升压，当直流电容两端电压与直流母线电压满足第二预设条件时，闭合直流接触器，直流电容缓启动完毕；

至此，能量回馈装置开机完毕。

本发明实施例，通过可控整流电路按照一定的时序控制即可完成开机后直流电容和交流电容无冲击缓启动，能够很好的保护能量回馈装置中的部件，且可控整流电路的成本不高，使得整机成本较低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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发明的一些实施例，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他的附图。

图1是本发明实施例提供的能量回馈装置的结构图；

图2是本发明实施例提供的可控整流电路的电路图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

图1示出了本发明实施例提供的能量回馈装置的结构图，参见图1，该能量回馈装置可以包括断路器Q1、交流接触器KM2、滤波电路100、功率模块200、直流电容C1和直流接触器KM1。

其中，所述断路器Q1一端用于电连接交流母线，另一端通过所述交流接触器KM2和滤波电路100电连接所述功率模块200；所述直流电容C1并联在所述功率模块200的直流侧；所述功率模块200通过所述直流接触器KM1与直流母线电连接。

所述能量回馈装置还包括可控整流电路300，所述可控整流电路300的交流端连接在所述断路器Q1和交流接触器KM2之间，所述可控整流电路300的直流端与所述直流电容C1并联。所述可控整流电路300用于在所述断路器Q1闭合后，通过所述交流母线给所述直流电容C1充电缓冲，且在所述直流电容C1两端电压达到第一阈值时，通过所述功率模块200对所述滤波电路100中的交流电容C2进行逆变充电，使得所述直流电容和所述交流电容缓启动。

示例性的，上述能量回馈装置的开机缓启动过程如下：

开机前，首先闭合断路器Q1，此时可控整流电路300的交流端的电压为交流母线的电网电压；可控整流电路300启动并进行相控整流，给直流电容C1充电缓冲，当直流电容两端电压达到第一阈值时，通过功率模块200对交流电容C2进行逆变充电，使得交流电容C2缓启动；

当交流电容C2两端电压与交流母线的电网电压(即所述可控整流电路的交流端的电压)满足第一预设条件时，关断所述可控整流电路300，并闭合交流接触器KM2，此时交流电容C2缓启动完毕；

当交流电容C2缓启动完毕后，功率模块200进行反向整流，对直流电容C1进行充电升压，当直流电容C1两端电压与直流母线电压满足第二预设条件时，闭合直流接触器KM1，直流电容C1缓启动完毕；

至此，能量回馈装置开机完毕。

上述能量回馈装置，通过可控整流电路300按照一定的时序控制即可完成开机后直流电容C1和交流电容C2无冲击缓启动，能够很好的保护能量回馈装置中的部件，且可控整流电路300的成本不高，使得整机成本较低。

可选的，参见图1，所述能量回馈装置还可以包括高压开关400，所述断路器Q1通过所述高压开关400与交流母线电连接。其中，设置高压开关400能够提高能量回馈装置的整体安全性能。

可选的，参见图1，所述能量回馈装置还可以包括变压器500，所述变压器500设置在所述高压开关柜400与断路器Q1之间。通常情况下，交流母线的电压较高，例如为35KV，不能直接施加到交流电容C2、可控整流电路300的交流端，因此可以通过变压器500对交流母线的电压进行变压，调整到适合交流电容C2和可控整流电路300的交流端的电压，例如900V。

可选的，参见图1，所述能量回馈装置还可以包括设置在所述直流电容C1和所述直流接触器KM1之间的熔断器F1。设置熔断器F1能够在流过电流过大时，为能量回馈装置提供安全保障，进一步提高能量回馈装置的安全性能。

可选的，参见图1，所述滤波电路100可以包括交流电容C2和电感L1，所述电感L1设置在所述交流接触器KM2和所述功率模块200之间，所述交流电容C2设置在所述交流接触器KM2和所述电感L1之间。

可选的，所述可控整流电路300可以为相控整流电路，所述相控整流电路在锁相后，驱动其中的开关管的脉冲波的占空比从零开始不断增大直至完全导通。其中，开关管可以为可控硅SCR开关，也可以为全控开关，对此不予限定。

示例性的，所述相控整流电路可以为三相桥式整流电路，包括交流端、直流端和六个晶闸管，六个晶闸管中两两一组串联之后再并联；其中，每组的两个晶闸管之间的连接点与所述交流端连接，每组的两个晶闸管的另一端均与所述直流端连接。

参见图2，示例性的，可控整流电路300可以包括交流端A(包括A1、A2和A3)、直流端D、晶闸管T1、晶闸管T2、晶闸管T3、晶闸管T4、晶闸管T5和晶闸管T6。晶闸管T1和晶闸管T6串联为一组，晶闸管T3和晶闸管T4串联为一组，晶闸管T2和晶闸管T5串联为一组，然后各组晶闸管之间并联在一起。其中，晶闸管T1和晶闸管T6之间的连接点与所述交流端中的A1相端连接，晶闸管T3和晶闸管T4之间的连接点与所述交流端中的A2相端连接，晶闸管T2和晶闸管T5之间的连接点与所述交流端中的A3相端连接。晶闸管T1至晶闸管T6的另一端均与直流电D连接。

对于上述能量回馈装置，在开机前，首先闭合断路器Q1，此时可控整流电路300的交流端有900V的电网电压。可控整流电路300启动后进行相控整流，给直流电容C1充电缓冲，当缓冲到最高电压时(例如900*1.414＝1272V)，功率模块100开始进行逆变，给交流电容C2充电缓启动；

当交流电容C2电压与可控整流电路300的交流端电压(900V)一致时，可控整流电路300关断，同时闭合交流接触器KM2，此时交流电容C2缓启动完毕；

当交流电容C2缓启动完毕后，功率模块200进行反向整流，对直流电容C1进行升压，当检测到直流电容C1两端电压与牵引网电压(即直流母线电压，例如1500V)一致时，闭合直流接触器KM1，直流电容C1缓启动完毕；

至此，能量回馈装置开机完毕。

基于上述任一种能量回馈装置，本发明实施例还提供了能量回馈装置的缓启动方法，该能量回馈装置的缓启动方法可以包括：

闭合断路器，交流母线电压施加到可控整流电路的交流端；

启动所述可控整流电路对交流端的电压进行相控整流后通过直流端为直流电容充电；

在直流电容两端电压达到第一阈值时，通过功率模块对交流电容进行充电；

在交流电容两端电压与所述可控整流电路的交流端的电压满足第一预设条件时，关断所述可控整流电路，并闭合交流接触器；

在交流电容缓启动完成后，通过功率模块对直流电容进行充电升压，使得直流电容两端电压与直流母线电压满足第二预设条件，闭合直流接触器。

上述能量回馈装置的缓启动方法，通过可控整流电路并按照一定的时序控制即可完成开机后直流电容和交流电容无冲击缓启动，能够很好的保护能量回馈装置中的部件，且可控整流电路的成本不高，使得整机成本较低。

可选的，交流母线电压施加到可控整流电路的交流端的电压为第一电压，所述第一阈值与所述第一电压满足关系

其中x₁为第一阈值，U₁为第一电压。

可选的，所述第一预设条件可以为交流电容两端电压与所述第一电压的差值小于第二阈值；所述第二预设条件可以为直流电容两端电压与直流母线电压的差值小于第三阈值。其中，第一阈值可以根据需要进行设置，例如第一阈值为较为接近0的数值；同样的，第二阈值可以根据需要进行设置，例如第二阈值为较为接近0的数值。

可选的，该能量回馈装置的缓启动方法还可以包括：通过变压器将交流母线电压调整至所述第一电压，施加到可控整流电路的交流端。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种能量回馈装置，其特征在于，包括断路器、交流接触器、滤波电路、功率模块、直流电容和直流接触器；所述断路器一端用于电连接交流母线，另一端通过所述交流接触器和所述滤波电路电连接所述功率模块；所述直流电容并联在所述功率模块的直流侧；所述功率模块通过所述直流接触器与直流母线电连接；

所述能量回馈装置还包括可控整流电路，所述可控整流电路的交流端连接在所述断路器和所述交流接触器之间，所述可控整流电路的直流端与所述直流电容并联；所述可控整流电路用于在所述断路器闭合后，通过所述交流母线给所述直流电容充电缓冲，且在所述直流电容两端电压达到第一阈值时，通过所述功率模块对所述滤波电路中的交流电容进行逆变充电，使得所述直流电容和所述交流电容缓启动。

2.如权利要求1所述的能量回馈装置，其特征在于，所述可控整流电路为相控整流电路，所述相控整流电路在锁相后，驱动其中的开关管的脉冲波的占空比从零开始不断增大直至完全导通。

3.如权利要求2所述的能量回馈装置，其特征在于，所述可控整流电路为三相桥式整流电路，包括交流端、直流端和六个晶闸管，六个晶闸管中两两一组串联之后再并联；

其中，每组的两个晶闸管之间的连接点与所述交流端连接，每组的两个晶闸管的另一端均与所述直流端连接。

4.如权利要求1至3任一项所述的能量回馈装置，其特征在于，所述能量回馈装置还包括高压开关，所述断路器通过所述高压开关与交流母线电连接。

5.如权利要求4所述的能量回馈装置，其特征在于，所述能量回馈装置还包括变压器，所述变压器设置在所述高压开关与断路器之间。

6.如权利要求1至3任一项所述的能量回馈装置，其特征在于，所述能量回馈装置还包括设置在所述直流电容和所述直流接触器之间的熔断器。

7.如权利要求1至3任一项所述的能量回馈装置，其特征在于，所述滤波电路包括交流电容和电感，所述电感设置在所述交流接触器和所述功率模块之间，所述交流电容设置在所述交流接触器和所述电感之间。

8.一种能量回馈装置的缓启动方法，其特征在于，包括：

闭合断路器，交流母线电压施加到可控整流电路的交流端；

启动所述可控整流电路对交流端的电压进行相控整流后通过直流端为直流电容充电；

在直流电容两端电压达到第一阈值时，通过功率模块对交流电容进行充电；

在交流电容两端电压与所述可控整流电路的交流端的电压满足第一预设条件时，关断所述可控整流电路，并闭合交流接触器；

在交流电容缓启动完成后，通过功率模块对直流电容进行充电升压，使得直流电容两端电压与直流母线电压满足第二预设条件，闭合直流接触器。

9.如权利要求8所述的能量回馈装置的缓启动方法，其特征在于，所述第一预设条件为交流电容两端电压与所述第一电压的差值小于第二阈值；

所述第二预设条件为直流电容两端电压与直流母线电压的差值小于第三阈值。

10.如权利要求8或9所述的能量回馈装置的缓启动方法，其特征在于，还包括：

通过变压器将交流母线电压调整至所述第一电压，施加到可控整流电路的交流端。

Images