CN114362559A - 混合直流电源电路及配电系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种混合直流电源电路及配电系统,在正常运行状况下,由于交流母线电压与直流母线电压之间的电压差(也即母线电压)的限制,三相不控整流电路处于截止状态,三相不控整流电路不会工作。而当由于交流直流变换装置的输出功率延迟而发生母线电压跌落时,随着母线电压跌落至预设电压,三相不控整流电路正向导通,三相不控整流可以迅速输出功率使母线电压维持在预设电压范围之内。通过上述方案,在母线电压跌落至一定值之后,可以输出功率使母线电压维持在一定范围内,避免母线持续跌落,而触发欠压保护或是过流保护,引起连锁反应,造成系统大面积停电的情况发生,具有较强的工作可靠性。
Description
技术领域
本申请涉及供电技术领域,特别是涉及一种混合直流电源电路及配电系统。
背景技术
随着科学技术的飞速发展,光伏发电等新能源发电技术越来越发展成熟,光伏发电被逐渐应用到低压直流供配电系统中。对于低压直流供配电系统,减小变换器损耗和提高变换器可靠性是系统高效稳定运行的前提条件,光伏发电的间歇性和储能系统容量的限制使得AC/DC(交流/直流)电源容量配置应不低于系统运行的最大负荷。在光伏发电的情况下,会造成AC/DC变换器长时间工作在轻载模式,此种设计会造成变换器较大的损耗。基于此,低压直流供配电系统一般采用多个小容量AC/DC模块并联,当系统容量小时部分AC/DC模块运行,其他部分处于待机状态。
然而,当直流侧电压跌落时,正处于休眠待机状态的AC/DC模块输出功率延迟,可能会造成电压持续跌落致使其他变换器触发欠压保护或是过流保护,引起连锁反应,最终造成系统大面积停电。可见,传统的低压直流供配电系统具有供电可靠性差的缺点。
发明内容
基于此,有必要针对传统的低压直流供配电系统供电可靠性差的问题,提供一种混合直流电源电路及配电系统。
一种混合直流电源电路,包括:交流侧母线,用于接入交流电源;直流侧母线,用于接入直流设备;交流直流变换装置,所述交流侧母线和所述直流侧母线分别连接所述交流直流变换装置,所述交流直流变换装置用于交流电能与直流电能的变换;三相不控整流电路,所述交流侧母线和所述直流侧母线分别连接所述三相不控整流电路,所述三相不控整流电路用于当母线电压跌落至预设电压时,输出功率以使母线电压维持在预设电压范围。
在一个实施例中,所述三相不控整流电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管和第六二极管;所述第一二极管的阳极连接所述第二二极管阴极和所述交流侧母线,所述第一二极管的阴极连接所述第三二极管的阴极,所述第三二极管的阳极连接所述第四二极管的阴极和所述交流侧母线,所述第二二极管的阳极连接所述第四二极管的阳极,所述第五二极管的阴极连接所述第三二极管的阴极和所述直流侧母线,所述第五二极管的阳极连接所述第六二极管的阴极和所述交流侧母线,所述第六二极管的阳极连接所述第四二极管的阳极和所述直流侧母线。
在一个实施例中,所述三相不控整流电路还包括电容,所述电容的第一端连接所述第五二极管的阴极和所述直流侧母线,所述电容的第二端连接所述第六二极管的阳极和所述直流侧母线。
在一个实施例中,所述交流直流变换装置包括两个以上的交流直流变换器,各所述交流直流变换器的第一端分别连接所述交流侧母线,各所述交流直流变换器的第二端分别连接所述直流侧母线。
一种配电系统,包括用电器和上述的混合直流电源电路,所述用电器连接所述直流侧母线。
在一个实施例中,配电系统还包括开关电源变换器,所述用电器通过所述开关电源变换器连接所述直流侧母线。
在一个实施例中,配电系统还包括光伏发电装置,所述光伏发电装置连接所述直流侧母线。
在一个实施例中,所述光伏发电装置包括光伏组件和光伏变换器,所述光伏组件通过所述光伏变换器连接所述直流侧母线。
在一个实施例中,配电系统包括储能装置,所述储能装置连接所述直流侧母线。
在一个实施例中,所述储能装置包括储能器件和储能变换器,所述储能器件通过所述储能变换器连接所述直流侧母线。
上述混合直流电源电路及配电系统,在交流直流变换装置与交流侧母线、直流侧母线构成的混合直流电源电路中,交流侧母线与直流侧母线之间还额外设置有一个三相不控整流电路,在正常运行状况下,由于交流母线电压与直流母线电压之间的电压差(也即母线电压)的限制,三相不控整流电路处于截止状态,三相不控整流电路不会工作。而当由于交流直流变换装置的输出功率延迟而发生母线电压跌落时,随着母线电压跌落至预设电压,三相不控整流电路正向导通,三相不控整流可以迅速输出功率使母线电压维持在一定电压范围,也即预设电压范围之内。通过上述方案,在母线电压跌落至一定值之后,可以输出功率使母线电压维持在一定范围内,避免母线持续跌落,而触发欠压保护或是过流保护,引起连锁反应,造成系统大面积停电的情况发生,具有较强的工作可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案,下面将对实施例或传统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的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一实施例中混合直流电源电路结构示意图;
图2为一实施例中三相不控整流电路结构示意图;
图3为另一实施例中三相不控整流电路结构示意图;
图4为另一实施例中混合直流电源电路结构示意图;
图5为一实施例中配电系统结构示意图;
图6为另一实施例中配电系统结构示意图;
图7为又一实施例中配电系统结构示意图;
图8为再一实施例中配电系统结构示意图;
图9为另一实施例中配电系统结构示意图;
图10为又一实施例中配电系统结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本申请,下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳的实施例。但是,本申请可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。
请参阅图1,一种混合直流电源电路,包括:交流侧母线10,用于接入交流电源;直流侧母线20,用于接入直流设备;交流直流变换装置30,交流侧母线10和直流侧母线20分别连接交流直流变换装置30,交流直流变换装置30用于交流电能与直流电能的变换;三相不控整流电路40,交流侧母线10和直流侧母线20分别连接三相不控整流电路40,三相不控整流电路40用于当母线电压跌落至预设电压时,输出功率以使母线电压维持在预设电压范围。
具体地,交流直流变换装置30也即AC(Alternating current)/DC(Directcurrent)变换装置,是一种将交流电能变换为直流电能的设备。通过交流直流变换装置30,可将交流侧母线10流入的交流电能变换为直流电能,之后通过直流侧母线20,将直流电能传输的直流设备,为直流设备实现供电操作。直流设备的具体类型并不是唯一的,可以是直流用电设备或者直流供电设备等,具体结合实际使用场景进行不同的选择。
可以理解,交流侧母线10的输入电压大小并不是唯一的,例如,在一个较为详细的实施例中,交流侧母线10的输入电压为三相380V电压。同样的,直流侧母线20的直流母线电压大小也并不是唯一的,根据交流直流变换装置30的不同,对应转化得到的直流母线电压也会有所区别,例如,在一个较为详细的实施例中,直流母线的额定电压为750V。
本申请的技术方案,直流侧母线20与交流侧母线10之间不仅设置有交流直流变换装置30,还设置有三相不控整流电路40,三相不控整流电路40与交流直流变换装置30呈并联设置。在一个实施例中,以交流侧母线10的输入电压为三相380V电压,直流母线的额定电压为750V为例,当混合直流电源电路正常运行时,三相不控整流电路40的最低压差为380*1.414-750=-212.6V,保证三相不控整流电路40不会开启运行。而当混合直流电源电路中有大负荷用电设备接入,或者是已经接入的直流设备发生故障,出现较大的功率缺额时,会出现直流母线电压较大的跌落,当跌落至380*1.414V(537V)以下时,三相不控整流电路40将会开启接入电路运行,因为没有开关控制,三相不控整流电路40可以瞬间输出大功率弥补系统功率缺额。通过功率输出会使得母线电压逐渐升高,最终母线电压升高使得三相不控整流电路40再次处于截止状态停止运行,中断功率的输出。通过这种调节方式,可避免母线电压持续跌落,使得母线电压维持在一定大小,也即预设电压范围之内。
上述混合直流电源电路,在交流直流变换装置30与交流侧母线10、直流侧母线20构成的混合直流电源电路中,交流侧母线10与直流侧母线20之间还额外设置有一个三相不控整流电路40,在正常运行状况下,由于交流母线电压与直流母线电压之间的电压差(也即母线电压)的限制,三相不控整流电路40处于截止状态,三相不控整流电路40不会工作。而当由于交流直流变换装置30的输出功率延迟而发生母线电压跌落时,随着母线电压跌落至预设电压,三相不控整流电路40正向导通,三相不控整流可以迅速输出功率使母线电压维持在一定电压范围,也即预设电压范围之内。通过上述方案,在母线电压跌落至一定值之后,可以输出功率使母线电压维持在一定范围内,避免母线持续跌落,而触发欠压保护或是过流保护,引起连锁反应,造成系统大面积停电的情况发生,具有较强的工作可靠性。
请参阅图2,在一个实施例中,三相不控整流电路40包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6;第一二极管D1的阳极连接第二二极管D2阴极和交流侧母线10,第一二极管D1的阴极连接第三二极管D3的阴极,第三二极管D3的阳极连接第四二极管D4的阴极和交流侧母线10,第二二极管D2的阳极连接第四二极管D4的阳极,第五二极管D5的阴极连接第三二极管D3的阴极和直流侧母线20,第五二极管D5的阳极连接第六二极管D6的阴极和交流侧母线10,第六二极管D6的阳极连接第四二极管D4的阳极和直流侧母线20。
具体地,该实施例的方案中,三相不控整流电路40通过六个二极管共同组成整流桥电路,接入直流侧母线20与交流侧母线10之间。以三相交流380V以及直流750V为例进行解释说明,当混合直流电源电路正常工作时,二极管两端的最低压差为-212.6V,即二极管不可能导通,三相不控整流电路40部分不输出功率(不工作)。当混合直流电源电路因为大负荷投入或是其他直流设备故障,出现较大的功率缺额时,会出现直流母线电压较大的跌落,当跌落至537以下时,三相不控整流电路40的二极管正向导通,因为没有开关控制,三相不控整流电路40可以瞬间输出大功率弥补系统功率缺额,阻止电压继续跌落。当混合直流电源电路的交流直流变换装置30检测到电压跌落并输出功率,电压会逐渐升高,当二极管两端电压小于其导通压降时,二极管再次反向截至不再输出功率,以此使母线电压维持在预设电压范围。
进一步地,请参阅图3,在一个实施例中,三相不控整流电路40还包括电容C,电容C的第一端连接第五二极管D5的阴极和直流侧母线20,电容C的第二端连接第六二极管D6的阳极和直流侧母线20。
具体地,在该实施例中,三相不控整流电路40还设置有一电容C,在三相不控整流电路40中某一对二极管导通时,输出直流电压经过电容C滤波后输出,可有效滤除直流电源中不需要的交流成分,使直流电平滑,有效提高三相不控整流电路40的工作稳定性。
请参阅图4,在一个实施例中,交流直流变换装置30包括两个以上的交流直流变换器31,各交流直流变换器31的第一端分别连接交流侧母线10,各交流直流变换器31的第二端分别连接直流侧母线20。
具体地,该实施例的方案中,多个交流直流变换器31并联接入混合直流电源电路,当混合直流电源电路所使用的系统容量小时,部分交流直流变换器31运行即可,而其它部分交流直流变换器31处于待机状态。通过该实施例的方案,设置两个以上的交流直流变换器31,根据系统容量大小对应选择需要运行的交流直流变换器31数量,使得混合直流电源电路具有更广的应用场景。
进一步地,在一个是实施例中,交流直流变换器31为双向交流直流变换器,也即既可以将交流电能转换为直流电能,也能将直流电能转换为交流电能,以适应不同环境的供电需求。
请参阅图5,一种配电系统,包括用电器51和上述的混合直流电源电路,用电器51连接直流侧母线20。
具体地,交流直流变换装置30也即AC/DC变换装置,是一种将交流电能变换为直流电能的设备。通过交流直流变换装置30,可将交流侧母线10流入的交流电能变换为直流电能,之后通过直流侧母线20,将直流电能传输的直流设备,为直流设备实现供电操作。
可以理解,交流侧母线10的输入电压大小并不是唯一的,例如,在一个较为详细的实施例中,交流侧母线10的输入电压为三相380V电压。同样的,直流侧母线20的直流母线电压大小也并不是唯一的,根据交流直流变换装置30的不同,对应转化得到的直流母线电压也会有所区别,例如,在一个较为详细的实施例中,直流母线的额定电压为750V。
本申请的技术方案,直流侧母线20与交流侧母线10之间不仅设置有交流直流变换装置30,还设置有三相不控整流电路40,三相不控整流电路40与交流直流变换装置30呈并联设置。在一个实施例中,以交流侧母线10的输入电压为三相380V电压,直流母线的额定电压为750V为例,当混合直流电源电路正常运行时,三相不控整流电路40的最低压差为380*1.414-750=-212.6V,保证三相不控整流电路40不会开启运行。而当混合直流电源电路中有大负荷用电设备接入,或者是已经接入的直流设备发生故障,出现较大的功率缺额时,会出现直流母线电压较大的跌落,当跌落至380*1.414V(537V)以下时,三相不控整流电路40将会开启接入电路运行,因为没有开关控制,三相不控整流电路40可以瞬间输出大功率弥补系统功率缺额。通过功率输出会使得母线电压逐渐升高,最终母线电压升高使得三相不控整流电路40再次处于截止状态停止运行,中断功率的输出。通过这种调节方式,可避免母线电压持续跌落,使得母线电压维持在一定大小,也即预设电压范围之内。
应当指出的是,用电器51的具体类型并不是唯一的,在一个实施例中,用电器51可以是笔记本电脑、直流LED灯或者显示器等额定电压较低的电子设备。
上述配电系统,在交流直流变换装置30与交流侧母线10、直流侧母线20构成的混合直流电源电路中,交流侧母线10与直流侧母线20之间还额外设置有一个三相不控整流电路40,在正常运行状况下,由于交流母线电压与直流母线电压之间的电压差(也即母线电压)的限制,三相不控整流电路40处于截止状态,三相不控整流电路40不会工作。而当由于交流直流变换装置30的输出功率延迟而发生母线电压跌落时,随着母线电压跌落至预设电压,三相不控整流电路40正向导通,三相不控整流可以迅速输出功率使母线电压维持在一定电压范围,也即预设电压范围之内。通过上述方案,在母线电压跌落至一定值之后,可以输出功率使母线电压维持在一定范围内,避免母线持续跌落,而触发欠压保护或是过流保护,引起连锁反应,造成系统大面积停电的情况发生,具有较强的工作可靠性。
请参阅图6,在一个实施例中,配电系统还包括开关电源变换器52,用电器51通过开关电源变换器52连接直流侧母线20。
具体地,为了实现直流电源为更多类型用电器51的供电操作,在该实施例的方案中,在用电器51与直流侧母线20之间还设置有开关电源变换器52,通过开关电源变换器52可将直流母线电压调整为不同直流电压大小,从而适应各类直流用电设备的供电需求。开关电源变换器52的实质为一个DC/DC电源变换器,通过开关电源变换器52,可将直流母线输出的直流电能转换为其它大小的直流电。
请参阅图7,在一个实施例中,配电系统还包括光伏发电装置60,光伏发电装置60连接直流侧母线20。
具体地,光伏发电装置60是一种利用太阳电池半导体材料的光伏效应,将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电装置。本实施例的方案,在直流侧母线20处还接入光伏发电装置60,从而可以利用光伏发电得到的电能进行供电操作,有效提高配电系统的供电可靠性。
进一步地,请参阅图8,在一个实施例中,光伏发电装置60包括光伏组件61和光伏变换器62,光伏组件61通过光伏变换器62连接直流侧母线20。
具体地,由于单片太阳电池输出电压较低,加之未封装的电池由于环境的影响电极容易脱落,因此必须将一定数量的单片电池采用串、并联的方式密封成太阳电池组件(也即光伏组件61),以避免电池电极和互连线受到腐蚀,另外封装也避免了电池碎裂,方便了户外安装,封装质量的好坏决定了太阳电池组件的使用寿命及可靠性。与上述实施例类似,光伏变换器62的实质也为一个DC/DC电源变换器,通过该光伏变换器62,可将光伏组件61产生的直流电能转换为其它电压大小,从而适应混合直流电源电路,便于传输到其它用电设备进行供电。
请参阅图9,在一个实施例中,配电系统包括储能装置70,储能装置70连接直流侧母线20。
具体地,储能装置70即为能够存储电能的装置,本市实施例的方案,在配电系统设置有储能装置70,当存在外部交流电源和/或光伏组件61提供电能的情况下,外部交流电源和/或光伏组件61的电能为用电器51件进行供电的同时,多余的电能将会在储能装置70中进行存储。而在外部交流电源和/或光伏组件61停止供电,或者是外部交流电源和/或光伏组件61的供电不能满足用电设备需求时,储能装置70存储的电能又能为用电设备供电。通过该实施例的方案,进一步提高配电系统的供电可靠性。
进一步地,请参阅图10,在一个实施例中,储能装置70包括储能器件71和储能变换器72,储能器件71通过储能变换器72连接直流侧母线20。
具体地,同样的,该实施例的方案中,储能装置70包括一储能变换器72,使得储能器件71通过储能变换器72连接至直流侧母线20,储能变换器72的实质为DC/DC电源变换器,通过DC/DC电源变换器,可将储能器件71输出的电能调整到适合用电设备大小进行输出,进一步提高配电系统的供电可靠性。可以理解,储能器件71的具体类型并不是唯一的,可以是蓄电池等。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种混合直流电源电路,其特征在于,包括:
交流侧母线,用于接入交流电源;
直流侧母线,用于接入直流设备;
交流直流变换装置,所述交流侧母线和所述直流侧母线分别连接所述交流直流变换装置,所述交流直流变换装置用于交流电能与直流电能的变换;
三相不控整流电路,所述交流侧母线和所述直流侧母线分别连接所述三相不控整流电路,所述三相不控整流电路用于当母线电压跌落至预设电压时,输出功率以使母线电压维持在预设电压范围。
2.根据权利要求1所述的混合直流电源电路,其特征在于,所述三相不控整流电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管和第六二极管;
所述第一二极管的阳极连接所述第二二极管阴极和所述交流侧母线,所述第一二极管的阴极连接所述第三二极管的阴极,所述第三二极管的阳极连接所述第四二极管的阴极和所述交流侧母线,所述第二二极管的阳极连接所述第四二极管的阳极,所述第五二极管的阴极连接所述第三二极管的阴极和所述直流侧母线,所述第五二极管的阳极连接所述第六二极管的阴极和所述交流侧母线,所述第六二极管的阳极连接所述第四二极管的阳极和所述直流侧母线。
3.根据权利要求2所述的混合直流电源电路,其特征在于,所述三相不控整流电路还包括电容,所述电容的第一端连接所述第五二极管的阴极和所述直流侧母线,所述电容的第二端连接所述第六二极管的阳极和所述直流侧母线。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的混合直流电源电路,其特征在于,所述交流直流变换装置包括两个以上的交流直流变换器,各所述交流直流变换器的第一端分别连接所述交流侧母线,各所述交流直流变换器的第二端分别连接所述直流侧母线。
5.一种配电系统,其特征在于,包括用电器和权利要求1-4任意一项所述的混合直流电源电路,所述用电器连接所述直流侧母线。
6.根据权利要求5所述的配电系统,其特征在于,还包括开关电源变换器,所述用电器通过所述开关电源变换器连接所述直流侧母线。
7.根据权利要求5所述的配电系统,其特征在于,还包括光伏发电装置,所述光伏发电装置连接所述直流侧母线。
8.根据权利要求7所述的配电系统,其特征在于,所述光伏发电装置包括光伏组件和光伏变换器,所述光伏组件通过所述光伏变换器连接所述直流侧母线。
9.根据权利要求5所述的配电系统,其特征在于,还包括储能装置,所述储能装置连接所述直流侧母线。
10.根据权利要求9所述的配电系统,其特征在于,所述储能装置包括储能器件和储能变换器,所述储能器件通过所述储能变换器连接所述直流侧母线。
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