CN111756268A - 输出电压可快速跃变的大容量可逆直流电源 - Google Patents

输出电压可快速跃变的大容量可逆直流电源 Download PDF

Info

Publication number
CN111756268A
CN111756268A CN201910237898.7A CN201910237898A CN111756268A CN 111756268 A CN111756268 A CN 111756268A CN 201910237898 A CN201910237898 A CN 201910237898A CN 111756268 A CN111756268 A CN 111756268A
Authority
CN
China
Prior art keywords
direct
power supply
current power
voltage
output
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910237898.7A
Other languages
English (en)
Inventor
李兴
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centerole Dalian Electric Transmission Technology Co ltd
Original Assignee
Centerole Dalian Electric Transmission Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centerole Dalian Electric Transmission Technology Co ltd filed Critical Centerole Dalian Electric Transmission Technology Co ltd
Priority to CN201910237898.7A priority Critical patent/CN111756268A/zh
Publication of CN111756268A publication Critical patent/CN111756268A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/66—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal
    • H02M7/68—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters
    • H02M7/72—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/79—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/797—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

Abstract

本发明公开了一种输出电压可快速变化的大容量可逆直流电源，包括两个结构相同、输出电压可调的直流电源DC1和DC2以及直流电压跃变控制电路J，两个直流电源DC1和DC2都由AFE四相限整流器加可逆直流电压变换器构成，二者都表现为电能可逆直流电源，直流电压跃变控制电路J将直流电源DC1和DC2的输出直流电压进行串联连接，通过直流电压跃变控制电路J的控制，使总输出电压在直流电源DC2单独输出和直流电源DC1和DC2串联输出之间快速切换，避开了单独直流电源输出电压难以快速跳变的障碍，解决了使用接触器进行切换的切换延时问题。

Description

输出电压可快速跃变的大容量可逆直流电源
技术领域
本发明涉及一种直流电源，尤其涉及一种用于大容量直流电器测试试验、要求容量大、要求电能能够可逆传输、要求输出电压快速跃变的直流电源。
背景技术
直流系统广泛应用于水力、火力发电厂，各类变电站和其它使用直流设备的用户(如发电厂、变电站、配电站、石化、钢铁、电气化铁路等)，为信号设备、保护设备、自动装置、事故照明及断路器分闸或合闸操作提供直流电源，它也同样广泛的应用于通信领域、计算机房、医院、矿井、宾馆，以及高层建筑的可靠应急电源等。
直流系统主要由蓄电池组、充电装置、直流馈线屏、直流配电柜、直流电源监测装置、直流分支馈线等直流电器设备组成，并由此形成一个庞大、遍布直流电源供电网络，为继电器保护装置、断路器跳合闸、信号系统、直流充电机、UPS、通信等等各个子系统提供安全、可靠的工作电源。
直流电器设备种类繁多，直流电器设备的研发测试和产品出厂检验、型式试验需要直流试验电源，像断路器、熔断器、低压开关、电路保护装置、继电器、接触器、电动机起动器等直流电器检测都离不开直流测试电源。
为了适应如此之多的直流电器的测试试验需求，直流试验电源要具有很宽的输出电压范围，并且在整个直流电压输出范围内要保证输出容量足够大。除了直流试验电源宽范围、大容量的要求外，有很多直流电器的试验还要求试验电源输出电压要能快速跃变。
由于直流电源的输出通常都有较大的滤波电容，单个的直流电源很难实现输出电压快速跃变，为此，需要使用两个直流电源组合输出，先是一个电源输出，再以两个电源串联输出，实现由较低电压向较高电压的快速跃变输出，或者先是两个电源串联输出，再以一个电源输出，实现由较高电压向较低电压的快速跃变输出。使用接触器来进行上述两个直流电源的串联或单个直流电源输出的切换，原理上可以，但是由于接触器的动作时间通常在几百毫秒级，很难满足电源输出快速跃变的要求，而电力电子技术恰好为我们提供了充分的选择空间，我们可以利用两个适当标称电流与标称电压的IGBT组成电子开关，通过适当的连接，将两个直流电源实现可控的串联连接，通过电子开关的控制，实现单个直流电源输出或两个直流电源的串联输出，达到输出电压快速跃变的目的，电子开关实现的切换时间小于1毫秒，完全满足快速性的要求。
另外，直流试验电源的应用场合时常会出现负载侧过压或电能逆流的情况，因此直流试验电源的整流部分应该采用AFE四象限整流器。为了满足电压宽范围的要求，AFE四象限整流器的输出需要进行直流电压的双向DC/DC变换处理，基于前述，直流试验电源由两个结构相同的直流电源(AFE四象限整流+DC/DC变换)通过电压跃变控制开关连接而成。
发明内容
本发明公开了一种输出电压可快速跃变的大容量可逆直流电源，包括两个结构相同、输出电压可调的直流电源DC1和DC2以及直流电压跃变控制电路J。
所述的输出电压可快速跃变的大容量可逆直流电源，其直流电源DC1内部VT11、VT12、VT13与VB11、VB12、VB13连接成三个半桥电路，三个半桥电路中间点经三相电感L连接交流输入电压U1、V1、W1，三个半桥电路的正端与负端分别与滤波电容Cd的两端相连，构成AFE四象限整流器，该AFE四象限整流器输出连接VT14与VB14组成的第四半桥电路的两端，VT14与VB14半桥中间点经电感L连接第二滤波电容Cd构成直流电能可逆变换器，直流电源DC1输出端为DC1+与DC1-。其中直流电源DC2内部VT21、VT22、VT23与VB21、VB22、VB23连接成第二组三个半桥电路，第二组三个半桥电路的中间点经三相电感L连接交流输入电压U2、V2、W2，3个半桥的正端与负端分别与滤波电容Cd2.1的两端相连，构成第二AFE四象限整流器，该第二AFE四象限整流器输出连接VT24与VB24组成的半桥两端，VT24与VB24半桥中间点经电感L连接滤波电容Cd构成第二直流电能可逆变换器，直流电源DC2输出端为DC2+与DC2-。
所述的输出电压可快速跃变的大容量可逆直流电源，其直流电压跃变控制电路J内部VT15与VB15连接构成第五半桥电路，第五半桥电路两端连接直流电源DC1输出端DC1+与DC1-，VT15与VB15桥臂中点引出作为输出端子P，DC1输出端DC1-与直流电源DC2+连接，使直流电源DC1输出电压Udc1与直流电源DC2输出电压Udc2形成可控制的串联连接，直流电源DC2-端引出作为输出端子N。
由于采用了上述技术方案，通过直流电压跃变控制电路J的控制，使总输出电压能够在直流电源DC2单独输出和直流电源DC1和DC2串联输出之间快速切换，避开了单独直流电源输出电压难以快速跃变的障碍，解决了使用接触器进行切换的切换延时问题。
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中记载的一些实施例，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是本发明的电路原理图；
图2是直流电能可逆变换器降压充电原理图；
图3是直流电能可逆变换器续流充电原理图；
图4是直流电能可逆变换器电感储能原理图；
图5是直流电能可逆变换器升压充电原理图；
图6是直流电压输出Udc1+Udc2，工作在电能输出状态的原理图；
图7是直流电压输出Udc1+Udc2，工作在电能逆流的原理图；
图8是直流电压输出Udc2，工作在电能输出状态的原理图；
图9是直流电压输出Udc2，工作在电能逆流的原理图；
图10是本发明电路原理图的扩展。
其中VT11、VT12、VT13、VT14、VT15及VT21、VT22、VT23、VT24等分别代表所在半桥电路上部的电力电子器件(IGBT)元件，VB11、VB12、VB13、VB14、VB15及VB21、VB22、VB23、VB24等分别代表所在半桥电路下部的电力电子器件(IGBT)。
(V：电力电子器件的简化符号表示；T：英文Top的缩写；B：英文Bottom的缩写)
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面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的描述：
如图1-图9所示的输出电压可快速变化的大容量可逆直流电源，包括两个结构相同、输出电压可调的直流电源DC1和DC2以及直流电压跃变控制电路J。
所述的输出电压可快速跃变的大容量可逆直流电源，其直流电源DC1内部VT11、VT12、VT13与VB11、VB12、VB13连接成三个半桥电路，三个半桥电路中间点经三相电感L1.1连接交流输入电压U1、V1、W1，三个半桥的正端与负端分别与滤波电容Cd1.1的两端相连，构成AFE四象限整流器，该AFE四象限整流器输出连接VT14与VB14组成的半桥两端，VT14与VB14半桥中间点经电感L1.2连接滤波电容Cd1.2构成直流电能可逆变换器，直流电源DC1输出端为DC1+与DC1-；直流电源DC2内部VT21、VT22、VT23与VB21、VB22、VB23连接成三个半桥电路，3个半桥电路中间点经三相电感L2.1连接交流输入电压U2、V2、W2，三个半桥的正端与负端分别与滤波电容Cd2.1的两端相连，构成第二AFE四象限整流器，该第二AFE四象限整流器输出连接VT24与VB24组成的半桥电路两端，VT24与VB24半桥中间点经电感L2.2连接滤波电容Cd2.2构成第二直流电能可逆变换器，直流电源DC2输出端为DC2+与DC2-。
所述的输出电可快速跃变的大容量可逆直流电源，其直流电压跃变控制电路J内部VT15与VB15连接成第五半桥电路，第五半桥电路两端连接直流电源DC1输出端DC1+与DC1-，VT15与VB15半桥中点引出作为输出端子P，DC1输出端DC1-与直流电源DC2+连接，使直流电源DC1输出电压Udc1与直流电源DC2输出电压Udc2形成可控制的串联连接，直流电源DC2-端引出作为输出端子N。
本发明的部分工作原理说明
1.直流电压变换器降压变换
在DC1中AFE输出稳定直流电压的条件下，控制VT14导通、VB14关断，Cd1.1上直流电压经VT14和L1.2给Cd1.2充电，充电电流路径如图2；控制VT14关断、VB14关断，在电感L1.2储能的作用下，充电电流继续经VB14的续流二极管给Cd1.2充电，充电电流路径如图3；适当控制VT14导通与关断的占空比，即可在DC1+与DC1-两端获得幅值可调的直流电压。
同理，在DC2中AFE输出稳定直流电压的条件下，控制VT24导通、VB24关断，Cd2.1上直流电压经VT24和L2.2给Cd2.2充电，充电电流路径如图2；控制VT24关断、VB24关断，在电感L2.2储能的作用下，充电电流继续经VB24的续流二极管给Cd2.2充电，充电电流路径如图3；适当控制VT24导通与关断的占空比，即可在DC2+与DC2-两端获得幅值可调的直流电压。
此直流电压调节器降压变换，满足“输出电压可快速跃变的大容量可逆直流电源”常规电能输出的功能要求。
2.直流电压变换器升压变换
在DC1中Cd1.2由负载侧提供直流电压的条件下，控制VT14关断、VB14导通，Cd1.2上直流电压经VB14给L1.2储能，电流路径如图4；控制VT14关断、VB14关断，在电感L1.2储能的作用下，充电电流继续经VT14的续流二极管给Cd1.1充电，充电电流路径如图5；适当控制VB14导通与关断的占空比，即可在Cd1.1两端获得幅值可调的直流电压。
同理，在DC2中Cd2.2由负载侧提供直流电压的条件下，控制VT24关断、VB24导通，Cd2.2上直流电压经VB24给L2.2储能，电流路径如图4；控制VT24关断、VB24关断，在电感L2.2储能的作用下，充电电流继续经VT24的续流二极管给Cd2.1充电，充电电流路径如图5；适当控制VB24导通与关断的占空比，即可在Cd2.1两端获得幅值可调的直流电压。
此直流电压调节器升压变换，满足“输出电压可快速跃变的大容量可逆直流电源”从负载侧向电源侧逆流的功能要求。
3.输出直流电压快速跃变上升
当DC1中AFE输出稳定的直流电压，适当控制直流电压调节器VT14导通与关断的占空比，在DC1+与DC1-两端获得幅值可调的直流电压Udc1；
同理，当DC2中AFE输出稳定直流电压，适当控制直流电压调节器VT24导通与关断的占空比，DC2+与DC2-两端获得幅值可调的直流电压Udc2；
在直流电压跃变控制电路J中，控制VT15关断、VB15导通，此时，输出电压稳定在Udc＝Udc2，如图8。
当需要输出电压阶跃上升时，在直流电压跃变控制电路J中，控制VT15导通、VB15关断，此时，输出电压由Udc＝Udc2跳变为Udc＝Udc1+Udc2，如图6。
4.输出直流电压快速跃变下降
当DC1中AFE输出稳定的直流电压，适当控制直流电压调节器VT14导通与关断的占空比，在DC1+与DC1-两端获得幅值可调的直流电压Udc1；
同理，当DC2中AFE整流输出稳定直流电压，适当控制直流电压调节器VT24导通与关断的占空比，DC2+与DC2-两端获得幅值可调的直流电压Udc2；
在直流电压跃变控制电路J中，控制VT15导通、VB15关断，此时，输出电压稳定在Udc＝Udc1+Udc2，如图6。
当需要输出电压阶跃下降时，在直流电压跃变控制电路J中，控制VT15关断、VB15导通，此时，输出电压由Udc＝Udc1+Udc2跳变为Udc＝Udc2，如图8。
5.输出电压可快速变化的大容量可逆直流电源的多阶梯阶跃输出
将图1的原理图扩展为图10，即增加直流电源DC3和跃变控制电路J3,则可以实现输出电压从Udc2，阶跃上升为Udc1+Udc2，再阶跃上升为Udc1+Udc2+Udc3；或实现输出电压从Udc1+Udc2+Udc3，跳变下降为Udc1+Udc2，再跳变下降为Udc2。
推而广之，可实现更多阶梯的直流电压跃变输出。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种输出电压可快速跃变的大容量可逆直流电源，其特征在于：包括两个结构相同、输出电压可调的直流电源DC1和直流电源DC2，还包括直流电压跃变控制电路J；
所述直流电源DC1包括VT11、VT12、VT13和VB11、VB12、VB13，所述VT11、VT12、VT13和VB11、VB12、VB13依次对应连接构成三个半桥电路，三个半桥电路的中间点经三相电感L连接输入电压为U1、V1和W1，所述三个半桥电路的正端和负端分别与滤波电容Cd的两端相连接构成AFE四象限整流器，该直流电源DC1还包括由VT14和VB14组成的第四半桥电路，所述AFE四象限整流器的直流输出端与第四半桥电路相连接，所述第四半桥电路的中间点通过电感L与第二滤波电容Cd相连接构成直流电能可逆变换器，所述直流电源DC1输出端为第二滤波电容Cd上端DC1+和Cd1.2下端DC1-；
所述直流电压跃变控制电路J包括VT15和VB15，所述VT15和VB15相连接构成第五半桥电路，所述第五半桥电路的正端和负端分别与直流电源DC1输出端DC1+和DC1-相连接，所述第五半桥电路的中点引出作为输出端子P，所述直流电源DC1的输出端DC1-与直流电源DC2的DC2+相连接、使直流电源DC1输出电压Udc1与直流电源DC2输出电压Udc2形成可控制的串联连接，直流电源DC2的DC2-端引出作为输出端子N。
2.根据权利要求1所述的输出电压可快速跃变的大容量可逆直流电源，其特征还在于：通过对直流电压跃变控制电路J的控制，其输出直流电压Udc在Udc2与Udc1+Udc2之间进行阶跃变化。
CN201910237898.7A 2019-03-27 2019-03-27 输出电压可快速跃变的大容量可逆直流电源 Pending CN111756268A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910237898.7A CN111756268A (zh) 2019-03-27 2019-03-27 输出电压可快速跃变的大容量可逆直流电源

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910237898.7A CN111756268A (zh) 2019-03-27 2019-03-27 输出电压可快速跃变的大容量可逆直流电源

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111756268A true CN111756268A (zh) 2020-10-09

Family

ID=72671030

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910237898.7A Pending CN111756268A (zh) 2019-03-27 2019-03-27 输出电压可快速跃变的大容量可逆直流电源

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111756268A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103828185B (zh) 用于ups系统的双升压转换器
EP2846436B1 (en) Uninterruptible power supply circuit
KR101738032B1 (ko) 액티브 고장 전류 제한을 가진 변환기
CN204349781U (zh) 电容器装置以及电压变换器装置
WO2008040225A1 (en) Electric vehicle charging system
CN102355042A (zh) 一种基于超级电容的电站直流电源装置及其供电方法
CN105099199B (zh) 海底功率传输
CN115224740A (zh) 一种具备裂相与多模式单相输出切换的逆变器及方法
CN104170236A (zh) 转换器单元及关联转换器臂和方法
CN109247052A (zh) 用于能量储存系统的电力转换器拓扑
US20220376624A1 (en) Dc-dc converter of power conversion system
CN211089218U (zh) 大容量高可靠快速电源切换装置
CN107086605B (zh) 一种电网零起升压的黑启动方法
Lazzari et al. Selectivity and security of DC microgrid under line-to-ground fault
CN113647005A (zh) 隔离转换器
CN114844196A (zh) 一种中高压直挂装置及其电源切换电路
EP3916975A2 (en) Conversion device
Husev et al. Dual-purpose converters for DC or AC grid as energy transition solution: perspectives and challenges
Richard et al. Experimental Design of Solar DC Microgrid for the Rural Electrification of Africa
CN217406243U (zh) 一种中高压直挂装置及其电源切换电路
CN103138384B (zh) 交流与柔性直流混合供电区域备自投配置系统及方法
CN111756268A (zh) 输出电压可快速跃变的大容量可逆直流电源
CN110504670B (zh) 直流配电网的供电系统及供电方法
Lin et al. Step-up unidirectional DC-DC autotransformer for HVDC applications
CN113839370A (zh) 一种电压调控式振荡型直流断路器及其控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination