CN114430196A - 一种高可靠供电拓扑电路及其控制方法 - Google Patents

一种高可靠供电拓扑电路及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种高可靠供电拓扑电路及其控制方法，其包括，供电模块，用于提供电源；切换模块，包括切换输出端、用于控制电路导通/断开的第一切换端和第二切换端，第一切换端连接于供电模块，切换输出端连接具有多个出线端口的第一负载接口；发电机组，用于提供高可靠电源，发电机组连接于第二切换端；备用电源，备用电源的输出端连接有逆变器，逆变器的输出端连接于切换输出端与第一负载接口的电源输入端之间；控制器，用于控制逆变器工作；在供电模块不正常时，发电机组尚未完全运行前，控制器根据第一负载接口电源输入端的检测信号控制逆变器，以使备用电源对输出第一负载接口的电压进行补偿。本申请具有高品质供电连续性好的效果。

Description

一种高可靠供电拓扑电路及其控制方法
技术领域
本申请涉及电力系统控制领域，尤其是涉及一种高可靠供电拓扑电路及其控制方法。
背景技术
电力系统不仅便于电能生产与消费的集中管理、统一调度和分配，减少总装机容量，节省动力设施投资，且有利于地区能源的合理开发利用，更大限度地满足地区国民经济日益增长的用电需要。电力系统建设往往是国家及地区国民经济发展规划的重要组成部分。
随着国民经济的发展和人民生活的提高，对电能质量的要求不断提高，对电能质量标准的要求也在不断提高。我国需要高可靠供电的场景有：电梯、消防、监控、学校、医院、银行，以及所有需要不间断电源的设施。与此同时，5G网络、数据中心等新型基础设施的高速建设，对供电可靠性也提出了较高要求。
目前市区母线或者台区线路在输送电源的过程中由于扰动或其他意外情况，使电能质量要求不能得到满足，而不能一直提供高可靠电源，不符合5G时代下高供电可靠性的要求。
上述中的相关技术，存在有高品质供电连续性差的缺陷。
发明内容
为了改善高品质供电连续性差的问题，本申请提供一种高可靠供电拓扑电路及其控制方法。
第一方面，本申请提供一种高可靠供电拓扑电路，采用如下的技术方案：
一种高可靠供电拓扑电路，包括，
供电模块，包括供电端，所述供电模块用于提供电源；
切换模块，包括切换输出端、用于控制电路导通/断开的第一切换端和第二切换端，所述第一切换端连接于所述供电端，所述切换输出端连接具有多个出线端口的第一负载接口；
发电机组，所述发电机组用于提供高可靠电源，所述发电机组的电源输出端连接于所述第二切换端；
备用电源，所述备用电源的电源输出端连接有DC/AC逆变器，所述DC/AC逆变器的电压输出端连接于所述切换模块的切换输出端与所述第一负载接口的电源输入端之间；
DC/AC控制器，所述DC/AC控制器用于控制所述DC/AC逆变器工作；在所述供电模块提供的电源不满足电能质量要求时，所述发电机组尚未完全运行前，DC/AC控制器根据所述第一负载接口电源输入端的检测信号控制DC/AC逆变器，以使所述备用电源对输出所述第一负载接口的电压进行补偿。
通过采用上述技术方案，当供电模块提供的电源满足电能质量要求时，切换模块的第一切换端将与供电端导通，第二切换端与发电机组的电源输出端断开，使供电模块直接为第一负载接口提供高可靠电源；当供电模块提供的电源不满足电能质量要求时，切换模块将会动作，第一切换端与供电端断开，第二切换端与发电机组的电源输出端闭合，启动发电机组为第一负载接口提供高可靠电源，在发电机组尚未完全运行时，通过DC/AC控制器根据母线的电压和电流信号生成控制信号控制DC/AC逆变器使备用电源供电，使得有功功率和无功功率达到平衡，避免在发电机组在未完全运行阶段输出功率不足而导致供电不稳的情况。待发电机组完全运行能够提供高可靠电源，备用电源输出端停止释放电能，发电机组为第一负载接口提供高可靠电源，增强了供电的可靠性，实现多电源间的协同配合，不间断地提供高品质电能，保证了高品质电能提供的连续性，第一负载接口具有多个出线端口，能够提供多个高可靠电源，使该申请也能够适应多场景。
可选的，所述DC/AC控制器包括检测模块和用于接收所述检测模块的检测信号的控制模块，所述检测模块用于根据在第一负载接口电源输入端检测到的电压和电流生成瞬时频率、瞬时有功功率、瞬时无功功率和相电压幅值。
通过采用上述技术方案，检测模块检测第一负载接口电源输入端的电压和电流，并根据该电压和电流生成检测信号，检测信号为瞬时频率、瞬时有功功率、瞬时无功功率和相电压幅值，控制模块接收检测信号来控制DC/AC逆变器工作，实现备用电源对输出第一负载接口的电压进行补偿。
可选的，所述控制模块包括有功功率调节器、无功功率调节器、内环控制器和脉冲调制器；所述有功功率调节器用于处理所述瞬时频率和所述瞬时有功功率，并生成第一输出信号；所述无功功率调节器用于处理所述瞬时无功功率和所述相电压幅值，并生成第二输出信号；所述内环控制器用于根据所述第一输出信号和所述第二输出信号生成调制信号，所述脉冲调制器用于根据所述调制信号生成控制信号，所述DC/AC逆变器接收所述控制信号来控制开关器件的导通和关断。
通过采用上述技术方案，控制模块将检测到的瞬时频率、瞬时有功功率、瞬时无功功率和相电压幅值经过处理生成控制信号，来控制DC/AC逆变器工作，从而将备用电源输出的直流电转变成交流电，对输出第一负载接口的电压进行补偿，使输出的电源满足高可靠电源要求。
可选的，所述切换模块包括自动转换开关ATSE，所述自动转换开关ATSE包括第一开关控制端和第二开关控制端，所述第一开关控制端作为所述第一切换端与所述供电端连接，所述第一开关控制端用于控制所述供电模块与所述第一负载接口电路导通或断开；所述第二开关控制端作为所述第二切换端与所述发电机组的电源输出端连接，所述第二开关控制端用于控制所述发电机组与所述第一负载接口电路导通或断开。
通过采用上述技术方案，自动转换开关ATSE实现第一负载接口自动与供电模块或者发电机组导通与断开，当供电模块提供的电源不满足电能质量要求时，发电机组可以迅速、准确地充当高可靠电源，当供电模块提供的电源恢复正常时，发电机组可以迅速退出，发电机组可频繁启停，保证了高品质电能提供的连续性。
可选的，所述切换模块还包括双向晶闸管D1，所述双向晶闸管D1的一端连接于所述自动转换开关ATSE的电源输出端，所述双向晶闸管D1的另一端作为所述切换模块的切换输出端连接于所述第一负载接口。
通过采用上述技术方案，双向晶闸管D1为双向导通的电力电子器件，利用交流电的正、反向导通角度，来调节高可靠电源的输出电压，当切换模块与供电模块导通时，由于双向晶闸管D1的存在，备用电源处于充电状态，防止备用电源电能耗尽；当切换模块与发电机组导通且发电机组尚未完全运行时，备用电源处于放电状态，为第一负载接口提供高可靠电源，电路结构简单，无需其他充电模块为备用电源充电。
可选的，所述DC/AC逆变器包括第一电容C1、三相全桥上桥臂、三相全桥下桥臂、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3和滤波电容；所述第一电容C1与所述备用电源并联；所述三相全桥上桥臂包括第一IGBT、第二IGBT和第三IGBT，所述备用电源的正极同时连接第一IGBT的集电极、第二IGBT的集电极和第三IGBT的集电极；
所述三相全桥下桥臂包括第四IGBT、第五IGBT和第六IGBT，所述备用电源的负极同时连接第四IGBT的发射极、第五IGBT的发射极和第六IGBT的发射极；
所述第一IGBT的发射极与所述第四IGBT的集电极连接，并与所述第一电感L1的一端连接，所述第一电感L1的另一端连接于所述第一负载接口；
所述第二IGBT的发射极与所述第五IGBT的集电极连接，并与所述第二电感L2的一端连接，所述第二电感L2的另一端连接于所述第一负载接口；
所述第三IGBT的发射极与所述第六IGBT的集电极连接，并与所述第三电感L3的一端连接，所述第三电感L3的另一端连接于所述第一负载接口；
所述滤波电容包括第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4，所述第二电容C2连接于所述第一电感L1与所述第一负载接口之间，所述第三电容C3连接于所述第二电感L2与所述第一负载接口之间，所述第四电容C4连接于所述第三电感L3与所述第一负载接口之间。
通过采用上述技术方案，绝缘栅双极型功率管IGBT具有高输入阻抗和低导通压降，DC/AC控制器通过控制信号输入到IGBT的控制端来控制集电极和发射极之间的接通和关断，从而使备用电源输出的直流电转变成交流电，使输出的交流电满足高可靠电源要求。
可选的，所述供电模块包括市电进口端和台区线路进口端，所述市电进口端与所述第一切换端串联有变压器T1，所述变压器T1与所述第一切换端串联有第一自动开关S1，所述台区线路进口端通过第二自动开关S2连接于所述第一自动开关S1与所述第一切换端之间；所述第二自动开关S2与所述第一切换端之间连接有第二负载接口。
通过采用上述技术方案，市区母线可作为供电模块的第一个进线，通过变压器T1与切换模块相连；台区线路可作为供电模块的第二个进线，与切换模块相连，扩大了该电路的应用范围；当市区母线或台区线路满足电能质量要求时，则通过切换模块为第一负载接口提供高可靠电源；当市区母线或台区线路不满足电能质量要求时，则切换模块断开与供电模块连接，切换模块中第二切换端与发电机组的电源输出端导通，发电机组为第一负载接口提供高可靠电源。第二负载接口使市区母线或台区线路作为常规电源输出，当闭合第一自动开关S1或者第二自动开关S2时，市区母线或者台区线路分别连接于切换模块和第二负载接口；若市区母线或台区线路提供的电源满足电能质量要求，则切换模块使市区母线或者台区线路与第一负载连通，这时市区母线或者台区线路在第一负载充当高可靠电源输出，同时在第二负载接口充当常规电源输出；若市区母线或台区线路提供的电源不满足电能质量要求，则切换模块使市区母线或者台区线路与第一负载不连通，这时市区母线或者台区线路只在第二负载接口充当常规电源输出，扩大了该电路的应用范围。
可选的，所述备用电源为梯次电池。
通过采用上述技术方案，当供电模块故障或电能质量不好时，发电机组作为主电源，备用电源作为辅助电源，备用电源为梯次电池，增强了使用备用电源的灵活性，减轻了备用电源的供电压力，备用电源的使用时间短暂，进而降低成本。
第二方面，本申请提供一种高可靠供电拓扑控制方法，采用如下的技术方案：
一种高可靠供电拓扑电路控制方法，包括，
检测所述供电模块是否可直接作为高可靠电源；
若所述供电模块故障或电能质量不好，所述切换模块将所述发电机组切换为供电电源；
确定所述第一负载接口电源输入端的电压是否小于额定电压；若小于，则所述DC/AC控制器控制所述DC/AC逆变器，使所述备用电源进行补偿供电；
若所述供电模块正常，则所述切换模块将所述供电模块切换为供电电源，所述备用电源充电。
通过采用上述技术方案，判断供电模块是否可以直接作为高可靠电源，通过切换模块在供电模块和发电机组之间进行切换。当第一负载接口电源输入端的电压小于额定电压时，DC/AC控制器控制DC/AC逆变器使备用电源进行补偿供电，防止切换过程中供电中断；供电模块供电正常时，供电模块为备用电源充电，防止备用电源的电能耗尽，实现不间断地提供高品质电能，保证了高品质电能提供的连续性。
可选的，若小于，则所述DC/AC控制器控制所述DC/AC逆变器，使所述备用电源进行补偿供电的步骤包括：
DC/AC控制器的检测模块检测所述第一负载接口电源输入端的电压和电流，并生成实测信号值；
基于实测信号值，DC/AC控制器的控制模块生成控制信号；
基于所述控制信号，所述DC/AC控制器控制所述DC/AC逆变器，使所述备用电源进行补偿供电。
通过采用上述技术方案，在切换电源和发电机组完全运行的过程中，在发电机组尚未完全运行时，通过DC/AC控制器的检测模块根据母线的电压和电流信号生成实测信号值，DC/AC控制器的控制模块接收并处理实测信号值生成控制信号，控制信号控制DC/AC逆变器使备用电源供电，使得有功功率和无功功率达到平衡，避免在发电机组在未完全运行阶段输出功率不足而导致供电不稳的情况。通过备用电源补偿供电，防止高可靠电源提供中断；实现不间断地提供高品质电能，保证了高品质电能提供的连续性。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.通过DC/AC控制器根据母线的电压和电流信号生成控制信号控制DC/AC逆变器使备用电源供电，使得有功功率和无功功率达到平衡，避免在发电机组在未完全运行阶段输出功率不足而导致供电不稳的情况；
2.通过DC/AC控制器的检测模块检测第一负载接口电源输入端的电压和电流，并经过转换和输出到控制模块中处理，控制模块输出控制信号到DC/AC逆变器中，DC/AC逆变器根据控制信号将备用电源输出的电源作为补偿电源，对输出第一负载接口的电压进行补偿，使输出到第一负载接口的电源满足高可靠电源要求；
3.在供电模块提供的电源不满足电能质量要求时，通过将发电机组作为主电源，备用电源作为辅助电源，增强了备用电源使用的灵活性，使备用电源的使用时间短暂，使备用电源具备梯次电池的接入条件，使用梯次电池作为备用电源，降低了成本；
4.利用交流电的正、反向导通角度，当切换模块与供电模块导通时，备用电源处于充电状态，防止备用电源的电能耗尽；当切换模块与发电机组导通且发电机组尚未完全启动时，备用电源处于放电状态，为第一负载接口提供高可靠电源，电路结构简单，无需其他充电模块为备用电源充电。
附图说明
图1是本申请实施例的高可靠供电拓扑电路的结构框图；
图2是本申请实施例的高可靠供电拓扑电路的各模块连接图；
图3是本申请实施例的DC/AC逆变器的电路原理图；
图4是本申请实施例的DC/AC控制器的检测模块的计算框图；
图5是本申请实施例的DC/AC控制器的控制模块的控制策略框图；
图6是本申请实施例的高可靠供电拓扑电路控制方法的流程示意图。
附图标记说明：1、供电模块；2、切换模块；3、发电机组；4、备用电源；5、DC/AC逆变器；6、DC/AC控制器；7、第一负载接口；8、第二负载接口。
具体实施方式
以下结合附图1-6对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种高可靠供电拓扑电路，具有适应多场景、供电可靠性高、能提供多个高可靠电源的特点。
参照图1，一种高可靠供电拓扑电路包括供电模块1、切换模块2、发电机组3、备用电源4、DC/AC逆变器5、DC/AC控制器6和第一负载接口7。供电模块1和发电机组3均可为第一负载接口7提供电源，切换模块2分别连接于供电模块1和发电机组3，切换模块2用于切换供电模块1或者发电机组3为第一负载接口7提供电源。备用电源4的电源输出端与逆变器连接，DC/AC逆变器5将备用电源4的直流电转化为交流电，DC/AC控制器6控制逆变器使备用电源4对输出第一负载接口7的电压进行补偿。当供电模块1提供的电源，由于扰动或其他意外情况不满足电能质量要求时，切换模块2发生动作，将关断与供电模块1的连接，启动发电机组3为第一负载接口7提供电源；在发电机组3尚未完全运行前，DC/AC控制器6控制DC/AC逆变器5使备用电源4对输出第一负载接口7的电压进行补偿。当发电机组3完全运行后，发电机组3给备用电源4充电。当供电模块1恢复正常能够提供高可靠电源时，切换模块2将关断与发电机组3的连接，闭合与供电模块1的连接，使供电模块1继续为第一负载接口7提供电源，同时给备用电源4充电，保证了高品质电能提供的连续性。第一负载接口7具有多个出线端口，能够提供多个高可靠电源，适应于多场景。与传统增加备用电源4就能够解决高供电可靠性的场景，同时5G的覆盖范围只有100~300米，存在大量的基站从一个电源点接线的情况相比，本申请的多个高可靠电源可直接连接多个5G基站，为5G基站提供高度可靠的电压和频率支撑。
参照图1和图2，本实施例中，供电模块1包括市电进口端和台区线路进口端，市区10KV母线连接于市电进口端，通过10/0.4KV变压器T1与切换模块2相连；或者台区0.4KV线路连接于台区线路进口端，与切换模块2相连。根据实际情况可选择接入不同的线路，扩大了应用范围。具体地，变压器T1与切换模块2串联有第一自动开关S1，台区线路进口端通过第二自动开关S2连接于第一自动开关S1与切换模块2之间，实现了不同线路作为高可靠电源提供给第一负载接口7，扩大了该电路的应用范围。
高可靠供电拓扑电路还包括第二负载接口8，第二负载接口8连接于第二自动开关S2与切换模块2之间。第二负载接口8用于将市区母线或台区线路作为常规电源输出。当闭合第一自动开关S1或者第二自动开关S2时，市区母线或者台区线路分别连接于切换模块2和第二负载接口8；若市区母线或台区线路提供的电源满足电能质量要求，则切换模块2使市区母线或者台区线路与第一负载接口7连通，这时市区母线或者台区线路在第一负载接口7充当高可靠电源输出，同时在第二负载接口8充当常规电源输出；若市区母线或台区线路提供的电源不满足电能质量要求，则切换模块2使市区母线或者台区线路与第一负载接口7不连通，这时市区母线或者台区线路只在第二负载接口8充当常规电源输出。扩大了该电路的应用范围，使该供电模块1输出高可靠电源的同时也可以作为常规电源输出，即使市区母线或台区线路提供的电源不满足电能质量要求，同样可以直接充当常规电源从第二负载接口8输出。
切换模块2包括第一切换端、第二切换端和切换输出端，第一切换端连接于供电模块1的供电端，第二切换端连接于发电机组3的电源输出端，切换输出端连接第一负载接口7，备用电源4输出端连接于切换输出端与第一负载接口7之间。具体地，本申请实施例中，切换模块2包括自动转换开关ATSE。自动转换开关ATSE由第一转换开关电器和第二转换开关电器组成，能够将一个或多个负载电路从一个电源自动转换到另一个电源的电器，第一转换开关电器的第一开关控制端作为第一切换端与供电端连接，第二转换开关电器的第二开关控制端作为第二切换端与发电机组3的电源输出端连接。第一转换开关电器能够控制供电模块1与第一负载接口7电路导通或断开；第二转换开关电器能够控制发电机组3与第一负载接口7电路导通或断开。
在市区母线或台区线路出现故障或电能质量不好时，如突然出现频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、瞬时或暂态过电压、波形畸变、电压暂降、中断、暂升以及供电连续性差等问题时，自动转换开关ATSE动作，自动与发电机组3连接。自动转换开关ATSE能够自动切换第一负载接口7与供电模块1或者与发电机组3导通和断开，当市区母线或台区线路出现故障或电能质量不好时，发电机组3可以迅速、准确地充当高可靠电源，当供电模块1提供的电源恢复正常时，发电机组3可以迅速退出，保证了高品质电能提供的连续性。
具体地，发电机组3为微型柴油发电机，微型柴油发电机具有启动迅速、可频繁启停的优点。当切换模块2与微型柴油发电机导通时，微型柴油发电机迅速启动为第一负载接口7提供高可靠电源。相应地，发电机组3并不局限于微型柴油发电机，还可以包括所有启动迅速、可频繁启停、可作为临时电源的发电设备。
为了避免发电机组3在完全运行前无法提供高质量电能，而导致为第一负载接口7提供的高可靠电源中断，因此使用备用电源4对输出到第一负载接口7的电压进行补偿。微型柴油发电机通过发电产生高可靠电源，能够长时间为第一负载接口7提供高可靠电源，备用电源4能够短暂为第一负载接口7提供高可靠电源；DC/AC逆变器5的输入端连接于备用电源4的电源输出端，DC/AC逆变器5的输出端连接于第一负载接口7与切换模块2的输出端之间。通过备用电源4、微型柴油发电机配合实现不间断地向高可靠电源供电。当供电模块1提供的电源不满足电能质量要求时，切换模块2与供电模块1的电路断开，备用电源4发出功率，DC/AC控制器6控制DC/AC逆变器5，将备用电源4输出的直流电转变成交流电，使备用电源4通过定电压/定频率控制充当高可靠电源提供给第一负载接口7，在微型柴油发电机预热、上电、启动直至完全运行后，由微型柴油发电机输送高可靠电源，使得给第一负载接口7提供的高可靠电源不易中断，保证了高品质电能提供的连续性。
备用电源4为梯次电池，与传统增加备用电源4就能够解决高供电可靠性的场景相比，本申请增设微型柴油发电机作为主电源，备用电源4作为辅助电源，增强了使用备用电源4的灵活性，减轻了备用电源4的供电压力，备用电源4的使用时间短暂，在备用电源4的直流侧采用分布式DC/DC，分布式DC/DC可以实现在更换储能电池的情况下保证整个储能系统的运行，使本申请具备梯次电池的接入条件，进而降低成本。
参照图2，切换模块2还包括双向晶闸管D1，双向晶闸管D1的一端连接于自动转换开关ATSE的电源输出端，双向晶闸管D1的另一端作为切换模块2的切换输出端连接于第一负载接口7。双向晶闸管D1为双向导通的电力电子器件，利用交流电的正、反向导通角度，来调节高可靠电源的输出电压，当切换模块2与供电模块1导通时，由于双向晶闸管D1的存在，梯次电池处于充电状态；当切换模块2与发电机组3导通且发电机组3尚未完全启动时，梯次电池处于放电状态，为第一负载接口7提供高可靠电源，不需要其他充电模块为梯次电池充电，电路结构更加简单。相应地，双向晶闸管D1还可以为双向IGBT、双向GTR、双向GTO、双向电力MOSFET等双向导通的电路器件。
参照图3，DC/AC逆变器5包括第一电容C1、三相全桥上桥臂、三相全桥下桥臂、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3和滤波电容；第一电容C1与备用电源并联；三相全桥上桥臂包括第一IGBT、第二IGBT和第三IGBT，备用电源的正极同时连接第一IGBT的集电极、第二IGBT的集电极和第三IGBT的集电极；三相全桥下桥臂包括第四IGBT、第五IGBT和第六IGBT，备用电源的负极同时连接第四IGBT的发射极、第五IGBT的发射极和第六IGBT的发射极；第一IGBT的发射极与第四IGBT的集电极连接，并与第一电感L1的一端连接，第一电感L1的另一端连接于第一负载接口7；第二IGBT的发射极与第五IGBT的集电极连接，并与第二电感L2的一端连接，第二电感L2的另一端连接于第一负载接口7；第三IGBT的发射极与第六IGBT的集电极连接，并与第三电感L3的一端连接，第三电感L3的另一端连接于第一负载接口7；滤波电容包括第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4，第二电容C2连接于第一电感L1与第一负载接口7之间，第三电容C3连接于第二电感L2与第一负载接口7之间，第四电容C4连接于第三电感L3与第一负载接口7之间。DC/AC控制器6的控制端连接于各个IGBT的控制端，DC/AC控制器6输出控制信号到DC/AC逆变器5，以此控制三相全桥上桥臂和三相全桥下桥臂中IGBT的开通和关断；绝缘栅双极型功率管IGBT具有高输入阻抗和低导通压降，使梯次电池输出的直流电转变成交流电，使输出的交流电满足高可靠电源要求。
参照图4和图5，DC/AC控制器包括检测模块和控制模块。在本实施例中，检测模块包括Park变换器一，乘法器，积分器，Park变换器二、运算器一和运算器二。检测DC/AC逆变器的交流侧得到三相交流电压
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，三相交流电压
Figure 675240DEST_PATH_IMAGE001
经过Park变换器一得到d轴电压
Figure 632831DEST_PATH_IMAGE002
和q轴电压
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，其中
Figure 714051DEST_PATH_IMAGE003
经过电压调节器，并与角频率参考值
Figure 237436DEST_PATH_IMAGE004
经过加法器，之后通过乘法器得到瞬时频率f。三相交流电流
Figure DEST_PATH_IMAGE005
经过Park变换器二得到d轴电流
Figure 995177DEST_PATH_IMAGE006
和q轴电流
Figure DEST_PATH_IMAGE007
，输入到运算器一，经过计算得到瞬时有功功率
Figure 440064DEST_PATH_IMAGE008
和瞬时无功功率
Figure DEST_PATH_IMAGE009
。
Figure 557931DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure 201402DEST_PATH_IMAGE003
经过运算器二，经过计算得到相电压幅值U。其中角频率参考值优选
Figure 864464DEST_PATH_IMAGE010
、乘法器的值优选
Figure DEST_PATH_IMAGE011
。
运算器一公式为：
Figure 62228DEST_PATH_IMAGE012
；
Figure DEST_PATH_IMAGE013
。
运算器二公式为：
Figure 141042DEST_PATH_IMAGE014
控制模块包括滤波器、频率调节器、有功功率调节器、电压调节器、无功功率调节器、内环控制器和脉冲调制器；具体地，控制模块产生控制信号的流程为：确定交流侧频率参考值
Figure DEST_PATH_IMAGE015
和交流侧电压参考值
Figure 717648DEST_PATH_IMAGE016
，交流侧频率参考值优选
Figure DEST_PATH_IMAGE017
；交流侧电压参考值优选在交流侧为0.4kV母线时，
Figure 958136DEST_PATH_IMAGE018
。输入交流侧频率参考值
Figure DEST_PATH_IMAGE019
、瞬时频率f，经加法器一得到频率偏差量，经过频率调节器作为加法器二的输入；瞬时有功功率
Figure 236671DEST_PATH_IMAGE008
经过滤波器一作为加法器二的输入；加法器二输出有功功率偏差值到有功功率调节器，有功功率调节器生成dq控制坐标系下DC/AC逆变器连接的切换输出端处电流参考值d轴分量
Figure 696340DEST_PATH_IMAGE020
。
输入交流侧电压参考值
Figure 48824DEST_PATH_IMAGE016
、相电压幅值U，经加法器三得到电压偏差量，经过电压调节器作为加法器四的输入；瞬时无功功率
Figure 991372DEST_PATH_IMAGE009
经过滤波器二作为加法器四的输入；加法器四输出无功功率偏差值到无功功率调节器，无功功率调节器生成dq控制坐标系下DC/AC逆变器连接的切换输出端处电流参考值q轴分量
Figure DEST_PATH_IMAGE021
。
电流参考值d轴分量
Figure 898148DEST_PATH_IMAGE020
和电流参考值q轴分量
Figure 646662DEST_PATH_IMAGE021
输入到内环控制器，内环控制器输出调制信号到脉冲调制器中；脉冲调制器输出控制信号到DC/AC逆变器中IGBT的控制端，来控制三相全桥上桥臂和三相全桥下桥臂中IGBT集电极和发射极之间的开通和关断。当市区母线或台区线路提供的电源不满足电能质量要求而与切换模块2断开时，DC/AC控制器控制DC/AC逆变器工作，从而将蓄电池输出的直流电转变成交流电，使输出的交流电满足高可靠电源要求。本申请结合了储能、电力电子设备，储能与电力电子设备的高度配合可以直接充当高可靠电源，这不仅符合新型电力系统的发展方向，而且符合5G时代下高供电可靠性的要求，未来在新型电力系统中具有广泛的应用前景。
本申请实施例一种高可靠供电拓扑电路的实施原理为：供电模块1中市区母线或台区线路作为电源输入，发电机组3为微型柴油机作为主备用电源4，备用电源4为梯次电池作为辅助电源，切换模块2能够根据市区母线或台区线路提供的电源是否满足高可靠电源供电需求来切换供电模块1和发电机组3。当市区母线或台区线路提供的电源不满足电能质量要求时，切换模块2使市区母线或者台区线路与第一负载接口7不连通，这时市区母线或者台区线路只在第二负载接口8充当常规电源输出。切换模块2与供电模块1断开，切换模块2与发电机组3连接，在发电机组3尚未完全运行时，通过DC/AC控制器6根据母线的电压和电流信号生成控制信号控制DC/AC逆变器5使备用电源4供电，使得有功功率和无功功率达到平衡，避免在发电机组3在未完全运行阶段输出功率不足而导致供电不稳的情况。在发电机组3完全运行后，由发电机组3输送高可靠电源，同时给备用电源4充电，发电机组3可以迅速、准确地充当高可靠电源，当供电模块1提供的电源恢复正常时，发电机组3可以迅速退出，增强了供电的可靠性，实现多电源间的协同配合，不间断地提供高品质电能，保证了高品质电能提供的连续性。
本申请实施例还公开一种应用上述实施例高可靠供电拓扑电路的高可靠供电拓扑电路控制方法。
参照图6，高可靠供电拓扑电路控制方法主要包括以下步骤：
步骤S100、检测所述供电模块1是否可直接作为高可靠电源。
具体地，在本实施例中，切换模块2中自动转换开关ATSE用于检测供电模块1的电路是否出现故障或电能质量不好，实现第一负载接口7自动与供电模块1或者发电机组3导通与断开，
步骤S200、若所述供电模块1故障或电能质量不好，所述切换模块2将所述发电机组3切换为供电电源。
具体地，当切换模块2中自动转换开关ATSE检测到供电模块1的电路出现故障或电能质量不好时，自动转换开关ATSE将切换电源，与发电机组3连接，发电机组3迅速启动为第一负载接口7提供高可靠电源。
步骤S300、确定所述第一负载接口7电源输入端的电压是否小于额定电压；若小于，则所述DC/AC控制器6控制所述DC/AC逆变器5，使所述备用电源4进行补偿供电。
步骤S310、DC/AC控制器6的检测模块检测所述第一负载接口7电源输入端的电压和电流，并生成实测信号值。
步骤S320、基于实测信号值，DC/AC控制器6的控制模块生成控制信号。
步骤S330、基于所述控制信号，所述DC/AC控制器6控制所述DC/AC逆变器5，使所述备用电源4所述备用电源4进行补偿供电。
其中，本实施了中实测信号值包括瞬时频率、瞬时有功功率、瞬时无功功率和相电压幅值。具体地，自动转换开关ATSE切换电源与发电机组3连接，且发电机组3完全运行之前，DC/AC控制器6检测第一负载接口7电源输入端的电压小于额定电压，无法向第一负载接口7提供高可靠电源，这时DC/AC控制器6的检测模块根据检测到的电压和电流生成实测信号值。DC/AC控制器6的控制模块根据实测信号值生成控制信号控制DC/AC逆变器5，使备用电源4对第一负载接口7进行补偿供电，使得有功功率和无功功率达到平衡，使得在切换电源过程中高可靠电源提供不中断。当发电机组3完全运行时，备用电源4停止供电，且发电机组3为备用电源4充电，防止备用电源电能耗尽。即便供电模块1在较长的时间内未恢复至正常运行，发电机组3仍能保持向第一负载接口7输出高可靠电源。
步骤S400、若所述供电模块1正常，则所述切换模块2将所述供电模块1切换为供电电源，所述备用电源4充电。
具体地，当自动转换开关ATSE检测到供电模块1能够直接作为高可靠电源时，自动转换开关ATSE切换电源与供电模块1连接，同时供电模块1为备用电源4充电。在下一次故障发生之前，将始终保持正常运行状态，缩短发电机组3的运作时间，延长了发电机组3的使用寿命。
本发明实施例高可靠供电拓扑电路控制方法的实施原理为：供电模块1出现故障或电能质量不好而不可以直接作为高可靠电源时，切换模块2中自动转换开关ATSE与供电模块1相连的开关断开，与发电机组3相连的开关闭合；在DC/AC控制器6的控制下，备用电源4通过DC/AC逆变器5对第一负载接口7进行补偿供电，维持交流侧电压和频率稳定，备用电源4处于放电状态。同时，发电机组3迅速启动；当发电机组3由停机完全启动后，由发电机组3作为高可靠电源，同时为备用电源4充电，防止备用电源4的电能耗尽；即便供电模块1在较长的时间内未恢复至正常运行，发电机组3仍能保持向第一负载接口7输出高可靠电源。
待自动转换开关ATSE检测供电模块1能够直接作为高可靠电源时，自动转换开关ATSE切换电源与供电模块1连接，供电模块1继续为第一负载接口7供电，同时为备用电源4充电，保证了高品质供电的连续性。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高可靠供电拓扑电路，其特征在于：包括，
供电模块(1)，包括供电端，所述供电模块(1)用于提供电源；
切换模块(2)，包括切换输出端、用于控制电路导通或断开的第一切换端和第二切换端，所述第一切换端连接于所述供电端，所述切换输出端连接具有多个出线端口的第一负载接口(7)；
发电机组(3)，所述发电机组(3)用于提供高可靠电源，所述发电机组(3)的电源输出端连接于所述第二切换端；
备用电源(4)，所述备用电源(4)的电源输出端连接有DC/AC逆变器(5)，所述DC/AC逆变器(5)的电压输出端连接于所述切换模块(2)的切换输出端与所述第一负载接口(7)的电源输入端之间；
DC/AC控制器(6)，所述DC/AC控制器(6)用于控制所述DC/AC逆变器(5)工作；在所述供电模块(1)提供的电源不满足电能质量要求时，所述发电机组(3)尚未完全运行前，所述DC/AC控制器(6)根据所述第一负载接口(7)电源输入端的检测信号控制所述DC/AC逆变器(5)，以使所述备用电源(4)对输出所述第一负载接口(7)的电压进行补偿。
2.根据权利要求1所述的高可靠供电拓扑电路，其特征在于：所述DC/AC控制器(6)包括检测模块和用于接收所述检测模块的检测信号的控制模块，所述检测模块用于根据在第一负载接口(7)电源输入端检测到的电压和电流生成瞬时频率、瞬时有功功率、瞬时无功功率和相电压幅值。
3.根据权利要求2所述的高可靠供电拓扑电路，其特征在于：所述控制模块包括有功功率调节器、无功功率调节器、内环控制器和脉冲调制器；所述有功功率调节器用于处理所述瞬时频率和所述瞬时有功功率，并生成第一输出信号；所述无功功率调节器用于处理所述瞬时无功功率和所述相电压幅值，并生成第二输出信号；所述内环控制器用于根据所述第一输出信号和所述第二输出信号生成调制信号，所述脉冲调制器用于根据所述调制信号生成控制信号，所述DC/AC逆变器(5)接收所述控制信号来控制开关器件的导通和关断。
4.根据权利要求1所述的高可靠供电拓扑电路，其特征在于：所述切换模块(2)包括自动转换开关ATSE，所述自动转换开关ATSE包括第一开关控制端和第二开关控制端，所述第一开关控制端作为所述第一切换端与所述供电端连接，所述第一开关控制端用于控制所述供电模块(1)与所述第一负载接口(7)电路导通或断开；所述第二开关控制端作为所述第二切换端与所述发电机组(3)的电源输出端连接，所述第二开关控制端用于控制所述发电机组(3)与所述第一负载接口(7)电路导通或断开。
5.根据权利要求4所述的高可靠供电拓扑电路，其特征在于：所述切换模块(2)还包括双向晶闸管D1，所述双向晶闸管D1的一端连接于所述自动转换开关ATSE的电源输出端，所述双向晶闸管D1的另一端作为所述切换模块(2)的切换输出端连接于所述第一负载接口(7)。
6.根据权利要求1所述的高可靠供电拓扑电路，其特征在于：所述DC/AC逆变器(5)包括第一电容C1、三相全桥上桥臂、三相全桥下桥臂、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3和滤波电容；
所述第一电容C1与所述备用电源(4)并联；
所述三相全桥上桥臂包括第一IGBT、第二IGBT和第三IGBT，所述备用电源(4)的正极同时连接第一IGBT的集电极、第二IGBT的集电极和第三IGBT的集电极；
所述三相全桥下桥臂包括第四IGBT、第五IGBT和第六IGBT，所述备用电源的负极同时连接第四IGBT的发射极、第五IGBT的发射极和第六IGBT的发射极；
所述第一IGBT的发射极与所述第四IGBT的集电极连接，并与所述第一电感L1的一端连接，所述第一电感L1的另一端连接于所述第一负载接口(7)；
所述第二IGBT的发射极与所述第五IGBT的集电极连接，并与所述第二电感L2的一端连接，所述第二电感L2的另一端连接于所述第一负载接口(7)；
所述第三IGBT的发射极与所述第六IGBT的集电极连接，并与所述第三电感L3的一端连接，所述第三电感L3的另一端连接于所述第一负载接口(7)；
所述滤波电容包括第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4，所述第二电容C2连接于所述第一电感L1与所述第一负载接口(7)之间，所述第三电容C3连接于所述第二电感L2与所述第一负载接口(7)之间，所述第四电容C4连接于所述第三电感L3与所述第一负载接口(7)之间。
7.根据权利要求1所述的高可靠供电拓扑电路，其特征在于：所述供电模块(1)包括市电进口端和台区线路进口端，所述市电进口端与所述第一切换端串联有变压器T1，所述变压器T1与所述第一切换端之间串联有第一自动开关S1，所述台区线路进口端通过第二自动开关S2连接于所述第一自动开关S1与所述第一切换端之间；所述第二自动开关S2与所述第一切换端之间连接有第二负载接口(8)。
8.根据权利要求1所述的高可靠供电拓扑电路，其特征在于：所述备用电源(4)为梯次电池。
9.一种应用如权利要求1-8任一所述的高可靠供电拓扑电路的控制方法，其特征在于：包括，
检测所述供电模块(1)是否可直接作为高可靠电源；
若所述供电模块(1)故障或电能质量不好，所述切换模块(2)将所述发电机组(3)切换为供电电源；
确定所述第一负载接口(7)电源输入端的电压是否小于额定电压；若小于，则所述DC/AC控制器(6)控制所述DC/AC逆变器(5)，使所述备用电源(4)进行补偿供电；
若所述供电模块(1)正常，则所述切换模块(2)将所述供电模块(1)切换为供电电源，所述备用电源(4)充电。
10.根据权利要求9所述的高可靠供电拓扑电路的控制方法，其特征在于：若小于，则所述DC/AC控制器(6)控制所述DC/AC逆变器(5)，使所述备用电源(4)进行补偿供电的步骤包括：
DC/AC控制器(6)的检测模块检测所述第一负载接口(7)电源输入端的电压和电流，并生成实测信号值；
基于所述实测信号值，DC/AC控制器(6)的控制模块生成控制信号；
基于所述控制信号，所述DC/AC控制器(6)控制所述DC/AC逆变器(5)，使所述备用电源(4)进行补偿供电。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2024002148A1 (zh) * 2022-06-30 2024-01-04 施耐德电器工业公司 固态自动转换开关及其操作方法
WO2024002250A1 (zh) * 2022-06-30 2024-01-04 施耐德电器工业公司 一种快速自动转换开关电路及其控制方法

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