CN114069591A - 一种多端口输入辅助电源装置、系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多端口输入辅助电源装置、系统及其控制方法，该多端口输入辅助电源装置包括第一辅助电源和第二辅助电源，将第一辅助电源的输出作为第二辅助电源的其中一个输入，第二辅助电源作为主要电源，具有多个电源输入来源，从而提高了辅助电源装置的可靠性和灵活性。本发明提供的多端口输入辅助电源系统控制方法，可以根据各输入源的情况灵活控制辅助电源的输出，从而实现了辅助电源输入独立自主、多源输入并存、按需降耗智能选择输入源的特点，有利于多输入源的应用，解决了现有辅助电源的输入源单一化的问题。

Description

一种多端口输入辅助电源装置、系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及电源电路技术领域，尤其涉及一种多端口输入辅助电源装置、系统及其控制方法。
背景技术
随着多端口电源输入装置的广泛应用，在保证有某一输入存在或者多端口不同程度存在的情况下都能够满足装置的正常工作，保证装置实际输出的功能需求，因此需要辅助电源在任何输入的情况下都能够正常工作，以此来完成装置中控制单元对装置的检测及控制，保证电力电子变换主电路拓扑的工作，实现装置的不间断供电需求。
现有的辅助电源供电方法的输入存在交流输入供电或者直流输入，控制方式有IC控制及数字控制，电路拓扑有正激、反激等，一般的应用为单输入多输出和单输入单输出。然而多端口输入的电压形式一般不同，电压类别存在交流电源和直流电源，电压等级有安全电压和低压电压，电力电子变换主电路拓扑的驱动及控制存在隔离需求，同时多源输入并存的情况下需要保证辅助电源的供电不冲突，此外若某一输入源消失的情况下辅助电源的供电不能间断，因此多端口输入装置的辅助电源供电问题亟待解决。
发明内容
基于现有技术的上述情况，本发明的目的在于提供一种多端口输入辅助电源装置、系统及其控制方法，该多端口输入辅助电源装置具有输入独立自主、多源输入并存、按需降耗智能选择输入源的特点，有利于多输入源应用，解决了现有辅助电源的输入源单一化的问题。
为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种多端口输入辅助电源装置，包括第一辅助电源和第二辅助电源；其中，
所述第一辅助电源的输入端连接低压直流电源输出，第一输出端连接第二辅助电源的第一输入端；
所述第二辅助电源的第二输入端连接光伏直流电源输出，第三输入端连接电网直流输出。
进一步的，所述第一辅助电源包括多个输出端；所述第一输出端输出高压直流电压，其余所述输出端输出低压直流电压。
进一步的，所述第二辅助电源的第一、第二和第三输入端通过共阴极的二极管相互连接。
进一步的，所述低压直流电源包括磷酸铁锂电池簇或者阀控铅酸蓄电池组。
根据本发明的第二个方面，提供了一种多端口输入辅助电源系统，包括多端口输入辅助电源装置、双向隔离DC/DC变换装置、升压电路装置和双向DC/AC变流装置；其中，
所述多端口输入辅助电源装置包括如本发明第一个方面所述的辅助电源装置；
所述双向隔离DC/DC变换装置通过第一端口连接蓄电池，所述升压电路装置通过第二端口连接光伏装置，所述双向DC/AC变流装置分别通过第三端口和第四端口连接负载和电网；
所述双向隔离DC/DC变换装置、升压电路装置和双向DC/AC变流装置的另一端均连接至直流母线。
进一步的，所述多端口输入辅助电源装置中的第一辅助电源工作时，输出电压经过双向隔离DC/DC变换装置至直流母线。
进一步的，所述多端口输入辅助电源装置中的第二辅助电源工作时，输出电压经过升压电路装置或者双向DC/AC变流装置至直流母线。
根据本发明的第三个方面，提供了一种如本发明第二个方面所述的多端口输入辅助电源系统的控制方法，包括步骤：
检测第一、第二、第四端口是否有电压输入；
若第一、第二和第四端口均有电压输入，则首先控制第四端口为直流母线充电，然后控制第一端口闭合，最后控制第二端口闭合；
若第一和第二端口有电压输入，第四端口无电压输入，则首先控制第一端口闭合，然后控制第二端口闭合。
进一步的，所述控制第四端口为直流母线充电，包括：
通过软启动电阻为直流母线充电。
进一步的，所述软启动电阻根据直流母线电容和直流母线电压充到一定限值所需要的时间来选择其功率及阻值。
综上所述，本发明提供了一种多端口输入辅助电源装置、系统及其控制方法，该多端口输入辅助电源装置包括第一辅助电源和第二辅助电源，将第一辅助电源的输出作为第二辅助电源的其中一个输入，第二辅助电源作为主要电源，具有多个电源输入来源，从而提高了辅助电源装置的可靠性和灵活性。本发明提供的多端口输入辅助电源系统控制方法，可以根据各输入源的情况灵活控制辅助电源的输出，从而实现了辅助电源输入独立自主、多源输入并存、按需降耗智能选择输入源的特点，有利于多输入源的应用，解决了现有辅助电源的输入源单一化的问题。
附图说明
图1是本发明多端口输入辅助电源系统的原理示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
下面对结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。根据本发明的一个实施例，提供了一种多端口输入辅助电源装置，包括第一辅助电源和第二辅助电源；其中，所述第一辅助电源的输入端连接低压直流电源输出，第一输出端连接第二辅助电源的第一输入端；所述第二辅助电源的第二输入端连接光伏直流电源输出，第三输入端连接电网直流输出。所述第一辅助电源包括多个输出端；所述第一输出端输出高压直流电压，其余所述输出端输出低压直流电压。所述第二辅助电源的第一、第二和第三输入端通过共阴极的二极管相互连接。所述低压直流电源例如为磷酸铁锂电池簇或者阀控铅酸蓄电池组。
根据本发明的第二个实施例，提供了一种多端口输入辅助电源系统，包括多端口输入辅助电源装置、双向隔离DC/DC变换装置、升压电路装置和双向DC/AC变流装置；其中，所述多端口输入辅助电源装置包括如本发明第一个实施例所述的辅助电源装置；所述双向隔离DC/DC变换装置通过第一端口连接蓄电池，所述升压电路装置通过第二端口连接光伏装置，所述双向DC/AC变流装置分别通过第三端口和第四端口连接负载和电网；所述双向隔离DC/DC变换装置、升压电路装置和双向DC/AC变流装置的另一端均连接至直流母线。图1中示出了该多端口输入辅助电源系统的原理示意图。如图1所示，多端口输入辅助电源系统包括电池端口(第一端口)、光伏端口(第二端口)、本地交流负载端口(第三端口)和电网端口(第四端口)，电池端口和电网端口的能量均为双向流动、光伏端口只能输出能量和本地交流负载端口只能接收能量。电池端口通过双向隔离DC/DC变换装置连接到直流母线，光伏端口通过升压电路装置连接到直流母线，直流母线通过双向DC/AC变流装置并通过常开功率继电器分别连接到本地交流负载端口和电网端口，形成共直流母线的多端口能量路由器拓扑结构。将符合端口输入要求的设备可以直接接入装置，实现了即插即用。
其中，所述多端口输入辅助电源装置中的第一辅助电源工作时，输出电压经过双向隔离DC/DC变换装置至直流母线；所述多端口输入辅助电源装置中的第二辅助电源工作时，输出电压经过升压电路装置或者双向DC/AC变流装置至直流母线。供电电源采用本发明第一个实施例中提供的多端口输入辅助电源装置实现，可以采用两个辅助电源共同完成(例如第一辅助电源和第二辅助电源)，第一辅助电源例如为蓄电池，第二辅助电源例如为直流母线辅助电源，本实施例中，第二辅助电源直流母线辅助电源为主要电源，提供整个系统的运行供电，第一辅助电源为次要电源，提供整个系统部分拓扑的运行供电。第一辅助电源的输入可以为电池端口的蓄电池电压，一般可以采用标称为48V的磷酸铁锂电池簇或者阀控铅酸蓄电池组，其输出有多路隔离12V电源用于功率管的驱动，同时有200V左右的高压输出用于第二辅助电源的一路输入，即提供了一种中压输入多路隔离高低压输出的电路应用拓扑。本实施例中，第二辅助电源的输入来自三个端口，任何一个端口有输入时第二辅助电源都能正常工作，第二辅助电源例如可以提供DSP控制电源、通信供电电源和驱动隔离电源等，DSP控制供电电源一般为3.3V、通信供电电源一般采用5V，驱动隔离电源一般采用12V或者±12V。第二辅助电源的输入来源于三部分，第一辅助电源的一路高压输出、光伏通过升压电路装置的功率二极管直接连接到直流母线和交流电网输出的电源经过双向DC/AC变流装置输出到直流母线。
第一辅助电源的一路高压输出电压在200V左右，光伏输入电压到母线的电压在215V以上，交流输入到母线的电压在310V左右，三个输入与第二辅助电源输入之间通过二极管相连接，则三个输入相当于或的逻辑关系，即只要有一个端口有输入源就能使系统中的第二辅助电源工作，进而使整个系统运转起来；同时，二极管具有单向导通性，这能使其它输入源不会对本输入源的电压造成影响，若本输入电压较低，则二极管承受一个其他输入源电压对本输入源电压之间的反向承受电压，因此选择的二极管应具有一定高压的反向峰值电压，同时能够流通足够大的功率且辅电满载正常运行的过程中温度在允许的温升范围内，以此来保证二极管不会因温升或者承载能力不够而损坏，进而引起系统供电电源的中断。
根据本发明的第三个实施例，提供了一种如本发明第二个实施例所述的多端口输入辅助电源系统的控制方法，包括以下步骤：
检测第一、第二、第四端口是否有电压输入；
若第一、第二和第四端口均有电压输入，则首先控制第四端口为直流母线充电，然后控制第一端口闭合，最后控制第二端口闭合；
若第一和第二端口有电压输入，第四端口无电压输入，则首先控制第一端口闭合，然后控制第二端口闭合。
其中，所述控制第四端口为直流母线充电，包括通过软启动电阻为直流母线充电。所述软启动电阻根据直流母线电容和直流母线电压充到一定限值所需要的时间来选择其功率及阻值。
光伏输入的开路电压一般较大，在系统的启动过程中，首先判断各个输入端口是否有电压输出，若四个端口都存在输出电压的情况下，优先使用交流电网的输出通过软启动电阻给直流母线充电，然后将电池端口的开关闭合，保证此时电池到母线的主回路能够正常工作，最后启动光伏输入端口的开关，如此不会对母线电容形成冲击电流，延长母线电容的寿命。
若交流输出没有电压输出的情况下，可以优先闭合电池端口，从而第一辅助电源为第二辅助电源提供的一路输入电压的电压是缓慢建立的，同样不会对母线电容造成容性的冲击大电流，造成母线电容寿命的降低。正常运行的工作过程中以直流母线的稳定电压为第二辅助电源的主输入电压，同时当光伏输入的电压高于正常工作过程中稳定的直流母线电压，则此时的直流母线电压通过升压电路装置主回路的功率二极管直接连接到直流母线，从而直流母线电压略小于光伏输入电压。交流输入一般通过一个可控的常闭继电器、软启动电阻和整流桥组成，软启动电阻根据母线电容和母线电压充到一定限值所需要的时间来选择其功率及阻值，当母线电压稳定后不需要交流输入提供功率后，随即可控制常闭继电器断开，降低软启动电阻的小功率损耗及整流桥所承受的反向电压。
综上所述，本发明提供了一种多端口输入辅助电源装置、系统及其控制方法，该多端口输入辅助电源装置包括第一辅助电源和第二辅助电源，将第一辅助电源的输出作为第二辅助电源的其中一个输入，第二辅助电源作为主要电源，具有多个电源输入来源，从而提高了辅助电源装置的可靠性和灵活性。本发明提供的多端口输入辅助电源系统控制方法，可以根据各输入源的情况灵活控制辅助电源的输出，从而实现了辅助电源输入独立自主、多源输入并存、按需降耗智能选择输入源的特点，有利于多输入源的应用，解决了现有辅助电源的输入源单一化的问题。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种多端口输入辅助电源装置，其特征在于，包括第一辅助电源和第二辅助电源；其中，
所述第一辅助电源的输入端连接低压直流电源输出，第一输出端连接第二辅助电源的第一输入端；
所述第二辅助电源的第二输入端连接光伏直流电源输出，第三输入端连接电网直流输出。
2.根据权利要求1所述的辅助电源装置，其特征在于，所述第一辅助电源包括多个输出端；
所述第一输出端输出高压直流电压，其余所述输出端输出低压直流电压。
3.根据权利要求1所述的辅助电源装置，其特征在于，所述第二辅助电源的第一、第二和第三输入端通过共阴极的二极管相互连接。
4.根据权利要求1所述的辅助电源装置，其特征在于，所述低压直流电源包括磷酸铁锂电池簇或者阀控铅酸蓄电池组。
5.一种多端口输入辅助电源系统，其特征在于，包括多端口输入辅助电源装置、双向隔离DC/DC变换装置、升压电路装置和双向DC/AC变流装置；其中，
所述多端口输入辅助电源装置包括如权利要求1-4中任意一项所述的辅助电源装置；
所述双向隔离DC/DC变换装置通过第一端口连接蓄电池，所述升压电路装置通过第二端口连接光伏装置，所述双向DC/AC变流装置分别通过第三端口和第四端口连接负载和电网；
所述双向隔离DC/DC变换装置、升压电路装置和双向DC/AC变流装置的另一端均连接至直流母线。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述多端口输入辅助电源装置中的第一辅助电源工作时，输出电压经过双向隔离DC/DC变换装置至直流母线。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述多端口输入辅助电源装置中的第二辅助电源工作时，输出电压经过升压电路装置或者双向DC/AC变流装置至直流母线。
8.一种如权利要求5-7中任一项所述的多端口输入辅助电源系统的控制方法，其特征在于，包括步骤：
检测第一、第二、第四端口是否有电压输入；
若第一、第二和第四端口均有电压输入，则首先控制第四端口为直流母线充电，然后控制第一端口闭合，最后控制第二端口闭合；
若第一和第二端口有电压输入，第四端口无电压输入，则首先控制第一端口闭合，然后控制第二端口闭合。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述控制第四端口为直流母线充电，包括：
通过软启动电阻为直流母线充电。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述软启动电阻根据直流母线电容和直流母线电压充到一定限值所需要的时间来选择其功率及阻值。
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