CN113141010A - 双极性直流供电电路 - Google Patents

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赵德骥
石伟
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Abstract

本发明公开了一种双极性直流供电电路，所述双极性直流供电电路包括：双绕组发电机、第一整流器、第二整流器以及线路切换装置；所述双绕组发电机包括定子上的第一绕组以及第二绕组，所述第一绕组与所述第一整流器相连，所述第二整流器与所述第二整流器相连；所述第一整流器以及所述第二整流器通过导线以及电气开关电连接至所述线路切换装置；所述线路切换装置包括至少一个电气开关。本发明在双极性直流供电电路中加入了线路切换装置，实现了不同电压等级的双极性直流电源同时供电，并且简化了双极性直流供电电路的控制逻辑。

Description

双极性直流供电电路
技术领域
本发明涉及发电领域，尤其涉及一种双极性直流供电电路。
背景技术
随着近年来直流配电愈加被重视，直流配电系统也得到了快速的发展，现如今直流配电系统已广泛应用于高压直流输电、分布式发电、微电网、电动汽车充电领域的交直流变换场所。其中，微电网由于能够实现分布式电源的灵活、高效应用，并能够解决数量庞大、形式多样的分布式电源并网的问题，而受到人们的重视。
在微电网中，直流微电网有着必不可缺的重要性，其中，双极性直流供电电路在直流微电网中占据着重要地位。现有技术中的双极性直流供电电路虽具备基础的直流供电功能，但通常只提供一组电压值，无法提供多种直流电压等级，从而降低双极性直流供电电路的实用性。除此类双极性供电电路外，还存在能够提供多种电压等级的双极性供电电路，但其控制方法较为复杂，常常需要大量的电路元器件搭接供电电路，成本较高。
因此，亟需提出一种新型的双极性直流供电电路，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种双极性直流供电电路，以解决现有的双极性供电电路无法低成本地提供多种电压等级供电的服务功能的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种双极性直流供电电路，所述双极性直流供电电路包括：双绕组发电机、第一整流器、第二整流器以及线路切换装置；所述双绕组发电机包括定子上的第一绕组以及第二绕组，所述第一绕组的第一出线与所述第一整流器的第一相连接，所述第一绕线组的第二出线与所述第一整流器的第二相电连接，所述第一绕线组的第三出线与所述第一整流器的第三相电连接；所述第二绕组的第一出线与所述第二整流器的第一相连接，所述第二绕线组的第二出线与所述第二整流器的第二相电连接，所述第二绕线组的第三出线与所述第二整流器的第三相电连接；所述第一整流器以及所述第二整流器通过导线以及电气开关电连接至所述线路切换装置；所述线路切换装置包括至少一个电气开关；其中，所述线路切换装置用以经由所述开关切换所述第一整流器直流侧输出与所述第二整流器直流侧输出的串并联关系，以向负载供电。
优选地，所述第一整流器包括：第一输出端口，位于所述第一整流器输出直流电的一侧，并通过第一电气开关与所述线路切换装置电连接；所述第二整流器包括：第二输出端口，位于所述第二整流器输出直流电的一侧，并通过第二电气开关与所述线路切换装置电连接；其中，所述第一电气开关与所述第二电气开关用于切换所述第一输出端口以及所述第二输出端口的串并联关系。
优选地，所述双极性直流供电电路还包括：第一电容，与所述第一整流器并联；以及第二电容，与所述第二整流器并联；所述第一电容以及第二电容用以防止高频信号和电源工频信号在第一整流器以及第二整流器中的二极管上互相调制，从而产生干扰信号。
优选地，所述线路切换装置包括第一连接端、第二连接端、第三连接端以及第四连接端；所述第一连接端连接负极性母线；所述第二连接端以及所述第四连接端连接中性线；所述第三连接端连接正极性母线；所述第一连接端以及所述第二连接端用以为所述第一电气开关提供开关接口；所述第三连接端以及所述第四连接端用以为所述第二电气开关提供开关接口。
优选地，若所述第一电气开关将所述第一输出端口连接至所述第一连接端，所述第二电气开关将所述第二输出端口连接至所述第三连接端，则所述第一输出端口与所述第二输出端口串联；当所述第一电气开关将所述第一输出端口连接至所述第二连接端，所述第二电气开关将所述第二输出端口连接至所述第四连接端时，所述第一输出端口与所述第二输出端口并联。
优选地，所述双极性直流供电电路还包括：励磁控制器，所述励磁控制器与所述双绕组发电机以及所述第一整流器电性连接，用以采集所述第一输出端口的电压值，并根据所述第一输出端口的电压值控制所述双绕组发电机的励磁电流。
优选地，所述双极性直流供电电路还包括：整流控制器，其一端与所述第二整流器电连接，另一端与所述励磁控制器电连接，所述整流控制器用以采集所述第二输出端口、所述第一输出端口的电压值以及所述励磁控制器输出的电流值，所述整流控制器根据采集到的电压值以及电流值控制所述第二整流器输出的电压值。
优选地，所述双绕组发电机的转子与原动机相连，所述原动机带动所述双绕组发电机的转子转动。
优选地，所述第一整流器是不控整流器；所述第二整流器是全控整流器。
优选地，所述励磁控制器为电励磁控制器。
本发明的技术效果在于，提供一种双极性直流供电电路，以解决现有的双极性供电电路无法低成本地提供多种电压等级供电的服务功能的技术问题。
附图说明
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。
图1为本实施例提供的双极性直流供电电路的拓扑图。
图2为本实施例提供的双极性直流供电电路的拓扑图。
图3为本实施例1提供的双极性直流供电电源电路输出端的示意图。
图4为本实施例2提供的双极性直流供电电源电路输出端的示意图。
图5为本实施例3提供的双极性直流供电电源电路一种输出端的示意图。
图6为本实施例3提供的双极性直流供电电源电路另一种输出端的示意图。
图中标记如下：
附图 部件名称 附图 部件名称
标记 标记
1 双绕组发电机 111 第一绕线组
2 第一整流器 112 第二绕线组
3 第二整流器 211 第一电气开关
4 线路切换装置 311 第二电气开关
5 第一电容 411 第一连接端
6 第二电容 412 第二连接端
7 励磁控制器 413 第三连接端
8 整流控制器 414 第四连接端
9 原动机
10 正极性母线
11 中性线
12 负极性母线
13 逆变器。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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作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。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
实施例1
如图1-2所示，本实施例提供了一种双极性直流供电电路，所述双极性直流供电电路包括：双绕组发电机1、第一整流器2、第二整流器3以及线路切换装置4。
其中，双绕组发电机1包括定子上的第一绕组111以及第二绕组112。第一绕组111的第一出线与第一整流器2的第一相电连接，第一绕线组111的第二出线与第一整流器2的第二相电连接，第一绕线组111的第三出线与第一整流器2的第三相电连接。第二绕组112的第一出线与第二整流器3的第一相电连接，第二绕线组112的第二出线与所述第二整流器3的第二相电连接，第二绕线组112的第三出线与第二整流器3的第三相电连接。第一整流器2以及第二整流器3通过导线以及电气开关电连接至线路切换装置4。线路切换装置4包括至少一电气开关。其中，线路切换装置4用以切换第一整流器2直流侧电路与第二整流器3直流侧电路的串并联关系。在本实施例中，通过线路切换装置4调整第一整流器2所在电路与第二整流器3所在电路的串并联关系，从而使双极性直流电路能够提供多种电压等级，从而提高了所述双极性直流电路的实用性以及灵活性。
示例性地，第一整流器2是不控整流器。即第一整流器2内部包含由无控制功能的整流二极管组成的整流电路。当输入第一整流器2的交流电压一定时，在第一整流器2的直流侧上得到的直流电压是不可被调节的。
示例性地，第二整流器3是全控整流器。即第二整流器3的结构上是一种反向截止三极管型的闸流晶体管，其由三个PN结(PN-PN四层)构成。第二整流器3的外引线有阴极、阳极、控制极三个电极。在本实施例中采用全桥整流器，可以实现高效节能、整流电路自动稳压稳流可靠性高的效果，在一定程度上可提升双极性直流供电电路的实用性以及稳定性。
进一步地，第一整流器2包括：第一输出端口。所述第一输出端口位于第一整流器2输出直流电的一侧，并通过第一电气开关211与线路切换装置4电连接。
进一步地，第二整流器3包括：第二输出端口。所述第二输出端口位于第二整流器3输出直流电的一侧，并通过第二电气开关311与线路切换装置4电连接。其中，第一电气开关211与第二电气开关311用于切换第一输出端口以及第二输出端口的串并联关系。
进一步地，所述双极性直流供电电路还包括：与第二整流器3电连接的第二输出端口。第二输出端口的另一端通过第二电气开关311与所述线路切换装置4电连接。其中，第一电气开关211与第二电气开关311用于切换第一输出端口以及第二输出端口的串并联关系。
示例性地，线路切换装置4包括：第一连接端411、第二连接端412、第三连接端413以及第四连接端414。第一连接端411连接负极性母线12，第二连接端412以及所述第四输出端连接中性线11，第三连接端413连接正极性母线10。进一步地，第一电气开关211与所述第一连接端411或第二连接端412电性连接。第二电气开关311与所述第三连接端413或所述第四连接端414电连接。线路切换装置4中的多个电气开关可以为双极型直流供电电路的输出电压等级提供多种选择，使所述双极型直流供电装置可以同时为不同规格的用电设备提供电力支持。
示例性地，如图3所示，当第一输出端口输出直流电压为660伏特，且第二输出端口输出的直流电压为340伏特。P、O之间的电压为660伏特，O、N之间的电压为340伏特，P、N之间的电压为1000伏特。将第一电气开关211电连接至第一连接端411，并将第二电气开关311连接至第三连接端413，则形成包含高压及低压输出的双极性电源。若将逆变器13一端电连接至中性线11，其另一端电连接至负极性母线12，则逆变器13能够输出220伏特的交流电。若将逆变器13一端电连接至正极性母线10，其另一端电连接至中性线11，则逆变器13能够直接输出380V电压。若将逆变器13一端电连接至正极性母线10，其另一端电连接至负极性母线12，则逆变器13能够输出690V。
示例性地，所述第一整流器2的直流侧并联一第一电容5，所述第二整流器3的直流侧并联一第二电容6。第一电容5以及第二电容6用以防止高频信号和电源工频信号在第一整流器2以及第二整流器3中的二极管上互相调制，从而产生干扰信号。
进一步地，如图1-2所示，所述双极性直流电路还包括励磁控制器7。励磁控制器7与双绕组发电机1电性连接。励磁控制器7通过采集第一输出端口的电压值，从而生成控制信号，进一步控制双绕组发电机1的励磁电流，满足发电机变速运行的需求。示例性地，励磁控制器7通过电压采集电路采集第一输出端口的电压值。励磁控制器7对发电机转速的调节范围由励磁控制器7的规格以及型号决定，同时也受应用环境因素的影响。示例性地，在本实施例中励磁控制器7优选为电励磁控制器。本实施例采用电励磁控制器能够实现无刷励磁，无刷励磁的励磁装置内部没有碳刷，因此与有刷励磁相比不需要更换碳刷以及滑环。无刷发电机靠独立的励磁发电机提供磁场，调节励磁发电机的磁场就等于控制发电机的磁场，其优点在于控制励磁机的电流小发电机的电压更稳定，有助于提高电路的安全性。
进一步地，所述双极性直流电路还包括整流控制器8。整流控制器8一端与第二整流器3电连接，另一端与励磁控制器7电连接。整流控制器8采集第二输出端口、第一输出端口的电压值以及励磁控制器7输出的电流值，通过采集到的电流值以及电压值控制第二整流器3输出相应的电压值。示例性地，整流控制器通过一电压采集电路采集第二输出端口以及第一输出端口的电压值，并通过一电流采集电路采集励磁控制器7输出的电流值。
进一步地，所述双极性直流电路与原动机9相连接，所述原动机9用以带动所述双绕组发电机1的转子转动。
示例性地，第一电气开关211与第二电气开关311之间存在同步性，即当第一电气开关211搭接于线路切换装置4时，第二电气开关311也搭接于线路切换装置4。
为保证第一电气开关与第二电气开关之间的同步性，示例性地，本发明在第一电器开关211与电气开关311之间存在一连杆。所述连杆为绝缘体，除此以外，所述连杆还用于维持第一电气开关211以及第二电气开关311之间的距离，即设置所述连杆的长度为第一连接端411与第三连接端413的最短距离，同时等间距设置第一连接端411、第二连接端412、第三连接端413以及第四连接端414。若第一电气开关211搭接第一连接端411时，由于连杆为刚性连杆，第一电气开关211与第二电器开关之间的距离一定，第二电气开关311则顺势搭接第三连接端413。若第一电气开关211搭接第二连接端412时，第一电气开关211与第二电器开关之间的距离一定，第二电气开关311则顺势搭接第四连接端414。其中，当第一电气开关211搭接第一连接端411，且第二电气开关311搭接第三连接端413时，与第一电气开关211电连接的第一输出端口同与第二电气开关311电连接的第二输出端口为串联关系。当第一电气开关211搭接第二连接端412，且第二电气开关311搭接第四连接端414时，与第一电气开关211电连接的第一输出端口同与第二电气开关311电连接的第二输出端口为并联关系。
除上述在第一电气开关211与第二电气开关311之间设置连杆的方式之外，示例性地，第一电气开关211与第二电气开关311之间的同步性依据一逻辑电路实现。即当第一电气开关211搭接于线路切换装置4时，所述逻辑电路指示并触发所述第二电气开关311搭接于线路切换装置4。示例性地，所述逻辑电路还用于维持第一电气开关211以及第二电气开关311之间的距离，即若第一电气开关211搭接第一连接端411时，所述逻辑电路指示并触发第二电气开关311搭接第三连接端413。若第一电气开关211搭接第二连接端412时，所述逻辑电路指示并触发第二电气开关311搭接第四连接端414。其中，当第一电气开关211搭接第一连接端411，且第二电气开关311搭接第三连接端413时，与第一电气开关211电连接的第一输出端口同与第二电气开关311电连接的第二输出端口为串联关系。当第一电气开关211搭接第二连接端412，且第二电气开关311搭接第四连接端414时，与第一电气开关211电连接的第一输出端口同与第二电气开关311电连接的第二输出端口为并联关系。
本实施例的有益效果在于，在双极性直流供电电路中采用线路切换装置，通过改变第一电气开关以及第二电气开关的搭接位置，改变第一输出端口与第二输出端口的串并联关系，从而使双极性直流供电电路同时提供多种不同电压等级的供电电压，进一步扩大了本实施例所提供的双极性直流供电电路的应用范围。同时，双极型直流供电电路能够同时提供多种不同的电压，在一定程度上实现了冗余容错供电，降低了电路的损坏几率。除此之外，双极性直流电路通过二极管整流供电，可为大功率用电负荷供电，降低了供电电路的成本。
实施例2
本实施例所包含的技术特征与实施例1所公开的技术特征基本相同，两者的区别技术特征如下：
如图4所示，当第一输出端口输出直流电压为1000V，且第二输出端口输出的直流电压为550V。P、O之间的电压为1000伏特，O、N之间的电压为550伏特，P、N之间的电压为1550伏特。将第一电气开关211电连接至第一连接端411，并将第二电气开关311连接至第三连接端413，则形成包含高压及低压输出的双极性电源。若将逆变器13一端电连接至中性线11，其另一端电连接至负极性母线12，则逆变器13能够输出690V交流。若将逆变器13一端电连接至正极性母线10，其另一端电连接至中性线11，则逆变器13能够直接输出380V。若将逆变器13一端电连接至正极性母线10，其另一端电连接至负极性母线12，则逆变器13能够输出1140V。
本实施例的有益效果在于，在双极性直流供电电路中采用线路切换装置，通过改变第一电气开关以及第二电气开关的搭接位置，改变第一输出端口与第二输出端口的串并联关系，从而使双极性直流供电电路同时提供多种不同电压等级的供电电压，进一步扩大了本实施例所提供的双极性直流供电电路的应用范围。同时，双极型直流供电电路能够同时提供多种不同的电压，在一定程度上实现了冗余容错供电，降低了电路的损坏几率。除此之外，双极性直流电路通过二极管整流供电，可为大功率用电负荷供电，降低了供电电路的成本。
实施例3
本实施例所包含的技术特征与实施例1所公开的技术特征基本相同，两者的区别技术特征如下：
如图5所示，当第一输出端口输出直流电压为550伏特，且第二输出端口输出的直流电压为550伏特。P、O之间的电压为550伏特，O、N之间的电压为550伏特，P、N之间的电压为1100伏特。将第一电气开关211电连接至第一连接端411，并将第二电气开关311连接至第三连接端413，则形成包含高压及低压输出的双极性电源。若将逆变器137第一相连接至中性线11，其第二相电连接至负极性母线12，则逆变器137能够输出380伏特的交流电。若将逆变器13第一相连接至正极性母线10，其第二相电连接至中性线11，则逆变器13能够直接输出380V。若将逆变器13第一相连接至正极性母线10，其第二相电连接至负极性母线12，则逆变器13能够输出690V。
如图5-6所示，当正极性母线10、中性线11以及负极性母线12均能维持正常工作时，逆变器13可从P、O或O、N处获取电压。当正极性母线10出现故障时，逆变器13可从O、N处获取电压。当负极性母线12出现故障时，逆变器13可从P、O处获取电压。当中性线11出现故障时，将第一电气开关211与第二连接端412电连接，将第二电气开关311与第四连接端414电连接，使第一输出端口与第二输出端口并联，则逆变器13可从P、N处获取电压。
本实施例的有益效果在于，在双极性直流供电电路中采用线路切换装置，通过改变第一电气开关以及第二电气开关的搭接位置，改变第一输出端口与第二输出端口的串并联关系，从而使双极性直流供电电路同时提供多种不同电压等级的供电电压，进一步扩大了本实施例所提供的双极性直流供电电路的应用范围。同时，双极型直流供电电路能够同时提供多种不同的电压，在一定程度上实现了冗余容错供电，降低了电路的损坏几率。除此之外，双极性直流电路通过二极管整流供电，可为大功率用电负荷供电，降低了供电电路的成本。
以上对本发明实施例所提供的H桥级联储能电路及系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想；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的技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种双极性直流供电电路，其特征在于，包括：双绕组发电机、第一整流器、第二整流器以及线路切换装置；
所述双绕组发电机包括定子上的第一绕组以及第二绕组，所述第一绕组的第一出线与所述第一整流器的第一相连接，所述第一绕线组的第二出线与所述第一整流器的第二相电连接，所述第一绕线组的第三出线与所述第一整流器的第三相电连接；
所述第二绕组的第一出线与所述第二整流器的第一相连接，所述第二绕线组的第二出线与所述第二整流器的第二相电连接，所述第二绕线组的第三出线与所述第二整流器的第三相电连接；
所述第一整流器以及所述第二整流器通过导线以及电气开关电连接至所述线路切换装置；
所述线路切换装置包括至少一个电气开关；
其中，所述线路切换装置用以经由所述开关切换所述第一整流器直流侧输出与所述第二整流器直流侧输出的串并联关系，以向负载供电。
2.根据权利要求1所述的双极性直流供电电路，其特征在于，
所述第一整流器包括：第一输出端口，位于所述第一整流器输出直流电的一侧，并通过第一电气开关与所述线路切换装置电连接；
所述第二整流器包括：第二输出端口，位于所述第二整流器输出直流电的一侧，并通过第二电气开关与所述线路切换装置电连接；
其中，所述第一电气开关与所述第二电气开关用于切换所述第一输出端口以及所述第二输出端口的串并联关系。
3.根据权利要求1所述的双极性直流供电电路，其特征在于，还包括：
第一电容，与所述第一整流器并联；以及
第二电容，与所述第二整流器并联；
所述第一电容以及第二电容用以防止高频信号和电源工频信号在第一整流器以及第二整流器中的二极管上互相调制，从而产生干扰信号。
4.根据权利要求2所述的双极性直流供电电路，其特征在于，
所述线路切换装置包括第一连接端、第二连接端、第三连接端以及第四连接端；
所述第一连接端连接负极性母线；
所述第二连接端以及所述第四连接端连接中性线；
所述第三连接端连接正极性母线；
所述第一连接端以及所述第二连接端用以为所述第一电气开关提供开关接口；
所述第三连接端以及所述第四连接端用以为所述第二电气开关提供开关接口。
5.根据权利要求4所述的双极性直流供电电路，其特征在于，
若所述第一电气开关将所述第一输出端口连接至所述第一连接端，所述第二电气开关将所述第二输出端口连接至所述第三连接端，则所述第一输出端口与所述第二输出端口串联；
当所述第一电气开关将所述第一输出端口连接至所述第二连接端，所述第二电气开关将所述第二输出端口连接至所述第四连接端时，所述第一输出端口与所述第二输出端口并联。
6.根据权利要求2所述的双极性直流供电电路，其特征在于，还包括：
励磁控制器，所述励磁控制器与所述双绕组发电机以及所述第一整流器电性连接，用以采集所述第一输出端口的电压值，并根据所述第一输出端口的电压值控制所述双绕组发电机的励磁电流。
7.根据权利要求6所述的双极性直流供电电路，其特征在于，还包括：
整流控制器，其一端与所述第二整流器电连接，另一端与所述励磁控制器电连接，所述整流控制器用以采集所述第二输出端口、所述第一输出端口的电压值以及所述励磁控制器输出的电流值，所述整流控制器根据采集到的电压值以及电流值控制所述第二整流器输出的电压值。
8.根据权利要求1所述的双极性直流供电电路，其特征在于，
所述双绕组发电机的转子与原动机相连，所述原动机带动所述双绕组发电机的转子转动。
9.根据权利要求1所述的双极性直流供电电路，其特征在于，
所述第一整流器是不控整流器；
所述第二整流器是全控整流器。
10.根据权利要求6所述的双极性直流供电电路，其特征在于，
所述励磁控制器为电励磁控制器。
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