CN114884045A - 一种直流电源系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种直流电源系统，属于电力电源技术领域，包括直流母线、充电机联络回路、交流配电单元、双向变换模块和蓄电池，所述充电机联络回路与直流母线、双向变换模块、蓄电池电连接，所述双向变换模块包括整流逆变单元和隔离型双向DC/DC单元，所述整流逆变单元与交流配电单元、隔离型双向DC/DC单元电连接，所述隔离型双向DC/DC单元与充电机联络回路电连接。本申请可进行远程核容，并且具有简化电路与减少成本的效果。
Description
技术领域
本申请涉及电力电源技术领域，尤其是涉及一种直流电源系统。
背景技术
在发电站的电力系统中，高压开关柜是不能断电的，因此，在电源系统上设置蓄电池作为备用电源，在市电断电时，蓄电池给高压开关柜进行供电。蓄电池作为高压开关柜的最后一道屏障，若蓄电池出现容量不足，会导致重大影响，因此，需要定期对蓄电池进行全容量核对性充放电（核容）。
核容时，最初是通过工人到现场进行核容，比较耗时耗力，且容易出现人力不足的情形。为了解决耗时耗力，以及容易出现人力不足的问题，相关技术中提出了一种直流电源系统，参考图1，直流电源系统包括：直流母线10、充电机联络回路20、蓄电池30、充电模块40、交流配电单元60和充放电回路50，通过远程控制充放电回路50对蓄电池30进行充放电，并将相关数据上传到上位机，以实现远程核容。
针对上述相关技术，发明人发现以下缺陷：电网与蓄电池之间需要电气隔离，其中，一般通过在前端设置工频变压器进行隔离，导致成本高，且电路较为复杂。
发明内容
为了简化电路，本申请提供一种直流电源系统。
本申请提供的一种直流电源系统，采用如下的技术方案：
一种直流电源系统，包括直流母线、充电机联络回路、交流配电单元、双向变换模块和蓄电池，所述充电机联络回路与直流母线、双向变换模块、蓄电池电连接，所述双向变换模块包括整流逆变单元和隔离型双向DC/DC单元，所述整流逆变单元与交流配电单元、隔离型双向DC/DC单元电连接，所述隔离型双向DC/DC单元与充电机联络回路电连接。
通过采用上述技术方案，整流逆变单元可进行直流与交流的转换，隔离型双向DC/DC单元可将电网与蓄电池之间进行隔离，通过利用双向变换模块取代充电模块与充放电回路，可有效简化电路，同时，不需要在前端设置工频变压器，降低成本。
优选的，所述双向变换模块还包括辅助电源电路、MCU、第一放大驱动电路、第二放大驱动电路、交流采样电路与直流采样电路，其中，所述MCU与第一放大驱动电路、第二放大驱动电路、交流采样电路、直流采样电路电连接，所述辅助电源电路用于给MCU、第一放大驱动电路、第二放大驱动电路、交流采样电路、直流采样电路提供电能，所述交流采样电路用于采集交流侧的电流与电压，所述直流采样电路用于采集直流侧的电流与电压，所述第一放大驱动电路与整流逆变单元电连接，所述第二放大驱动电路与隔离型双向DC/DC单元电连接。
优选的，所述整流逆变单元包括多个双向可控开关，多个双向可控开关构成桥式电路。
优先的，所述双向可控开关可采用MOS管或可控硅或绝缘栅双极型晶体管。
通过采用上述技术方案，采样电路对压与电流进行采集，并将数据数据发送给MCU，MCU对数据进行计算分析，并根据分析结果输出控制信号，控制信号经过放大驱动电路进行放大，分别驱动整流逆变单元与隔离型双向DC/DC单元，能实时调整电压，使输出电压稳定，并便于控制蓄电池进行充放电。
优选的，所述双向变换模块还包括交流保护单元与直流保护单元，所述交流保护单元与整流逆变单元、MCU连接，所述交流保护单元用于控制交流侧负载电路的通断；所述直流保护单元与MCU、隔离型双向DC/DC单元连接，所述直流保护单元用于控制直流侧负载电路的通断。
优选的，所述直流保护单元包括二极管D和控制开关K，所述二极管D的阳极与隔离型双向DC/DC单元连接，二极管D的阴极与直流侧连接，所述控制开关K与二极管D并联，控制开关K与MCU电连接。
优先的，所述交流保护单元采用熔断器。
通过采用上述技术方案，通常双向变换模块在电源系统中进行多级并联，双向变换模块出现损坏，交流保护单元核直流保护单元可断开，减少对整个电源系统的影响。
优选的，所述双向变换模块还包括温度采样电路和风扇，所述温度采样电路与MCU、辅助电源电路电连接，所述风扇与MCU、辅助电源电路电连接。
通过采用上述技术方案，温度采样电路对双向变换器的温度进行监测，温度升高时，可提高风扇的功率，以增大散热效果。
优选的，所述双向变换模块还包括通信电路，所述通信电路与MCU、辅助电源电路连接。
通过采用上述技术方案，通信电路的设置，便于与上位机进行通信，便于系统的远程控制。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.通过利用双向变换模块取代充电模块与充放电回路，可简化电路，且降低成本；
2.通过设置EMI滤波器，可以满足电磁兼容设计，在复杂电磁环境下亦能稳定工作；
3.温度采样电路对双向变换器的温度进行监测，温度升高时，可提高风扇的功率，以增大散热效果。
附图说明
图1是相关技术中一种直流电源系统的系统框图；
图2是相关技术中离线式直流电源系统的系统框图；
图3是本申请实施例中一种直流电源系统的系统框图；
图4是本申请实施例中离线式直流电源系统的系统框图；
图5是本申请实施例中双向变换模块的结构框图；
图6是本申请实施例中整流逆变单元的电路示意图。
附图标记说明：10、直流母线；11、母线联络回路；20、充电机联络回路；30、蓄电池；40、充电模块；50、充放电回路；60、交流配电单元；70、双向变换模块；71、整流逆变单元；72、隔离型双向DC/DC单元；73、辅助电源电路；74、第一放大驱动电路；75、第二放大驱动电路；76、交流采样电路；77、直流采样电路；78、通信电路；80、交流保护单元；81、直流保护单元；82、EMI滤波器；83、温度采样电路；84、风扇。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-6及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
参考图1，在相关技术中，直流电源系统一般包括：直流母线10、充电机联络回路20、蓄电池30、充电模块40和充放电回路50，充电机联络回路20分别与直流母线10、蓄电池30、充电模块40、充放电回路50连接。
参考图2，例如，相关技术中的离线式直流电源系统具有开关1ZK、开关2ZK 、开关3ZK、开关4ZK以及开关5ZK，其中，开关均采用直流断路器，开关4ZK与开关5ZK是用于Ⅱ组电池充放电进行切换，开关2ZK、开关3ZK是串联在保险丝上的开关，起隔离蓄电池30的功能，开关1ZK是母线联络开关。
当需要对Ⅰ组电池充放电时，开关1ZK、开关3ZK、开关4ZK均处于闭合状态，开关2ZK、开关5ZK处于断开状态，Ⅰ组电池完全被隔离充或放电，放电过程是由双向逆变电源将直流逆变为交流后回馈到站用三相交流电源系统。放电完成后，由双向逆变电源将三相交流逆变为直流后对Ⅰ组电池充电。核容完成后，系统自动先把开关4ZK、开关5ZK断开，再闭合开关2ZK、开关3ZK，然后把开关1ZK断开，以恢复正常运行状态。
本申请实施例公开了一种直流电源系统。参照图3，直流电源系统包括直流母线10、充电机联络回路20、交流配电单元60、双向变换模块70和蓄电池30，充电机联络回路20与直流母线10、双向变换模块70、蓄电池30电连接，交流配电单元60与双向变换模块70连接。
参考图4，为了便于理解本申请，下面将通过列举离线式直流电源系统对本申请进行更全面的描述。例如，直流母线10包括Ⅰ段母线和Ⅱ段母线，Ⅰ段母线和Ⅱ段母线之间通过母线联络回路11进行连接；蓄电池30包括Ⅰ组电池和Ⅱ组电池，Ⅰ组电池通过充电机联络回路20与Ⅰ段母线，Ⅱ组电池通过充电机联络回路20与Ⅱ段母线连接。其中，母线联络回路11中设置有开关1ZK，与Ⅰ组电池连接的充电机联络回路20中设置有开关6ZK，与Ⅱ组电池连接的充电机联络回路20中设置有开关7ZK。
平常时，开关1ZK处于打开状态，开关6ZK与开关7ZK处于闭合状态，交流配电单元60通过双向变换模块70给Ⅰ段母线、Ⅱ段母线供电。当需要给Ⅰ组电池进行核容时，使开关1ZK闭合，并使开关6ZK打开，Ⅰ组电池完全被隔离，此时，电能由Ⅱ段母线流向Ⅰ段母线，以给Ⅰ段母线上的负载进行供电，而Ⅰ组电池通过双向变换模块70进行充电或放电，其中，放电过程是将直流逆变为交流后回馈到交流电源系统中。
参考图5，在本实施例中，双向变换模块70包括整流逆变单元71、隔离型双向DC/DC单元72、辅助电源电路73、MCU、第一放大驱动电路74、第二放大驱动电路75、交流采样电路76、直流采样电路77与通信电路78，其中，流逆变单元与交流配电单元60、隔离型双向DC/DC单元72、第一放大驱动电路74电连接，隔离型双向DC/DC单元72与充电机联络回路20、第二放大驱动电路75电连接。
MCU与第一放大驱动电路74、第二放大驱动电路75、交流采样电路76、直流采样电路77电连接，辅助电源电路73用于给MCU、第一放大驱动电路74、第二放大驱动电路75、交流采样电路76、直流采样电路77提供电能，交流采样电路76用于采集交流侧的电流与电压，直流采样电路77用于采集直流侧的电流与电压。
其中，通过设置通信电路78，便于MCU与上位机进行通信，可通过上位机对系统的进行远程控制，也便于远程核容。
参考图6，在本实施例中，整流逆变单元71包括多个双向可控开关，多个双向可控开关构成桥式电路。为了便于理解本申请，下面将通过列举单相整流逆变单元71对本申请进行更全面的描述，此时，双向可控开关的数目为4个，双向可控开关可采用MOS管或可控硅或绝缘栅双极型晶体管（IGBT）。
其中，整流逆变单元71与隔离型双向DC/DC单元72构成单一通道电路，即核容时，蓄电池30充电与放电都是在同一电路中，整流逆变单元71起到整流与逆变，隔离型双向DC/DC单元72起到隔离作用。放电时，双向变换模块70处于逆变状态，通过控制交流侧的逆变电压（设定值）高于电网电压；充电时，双向变换模块70处于整流状态，通过控制直流侧的整流电压（设定值）高于蓄电池30电压，进而使蓄电池30的充电、放电效果更好，核容效果好。
其中，交流采样电路76采集交流侧的电压与电流，并将采集到的数据发送给MCU，MCU根据相应的数据进行计算，并输出第一控制信号，第一控制信号通过第一放大驱动电路74进行放大，放大后第一控制信号用于驱动整流逆变单元71，改变双向可控开关的占空比，维持输入电压稳定。同时，核容时，MCU可控制整流逆变单元71，使交流侧的电压大于直流侧的电压，便于对蓄电池30进行充电。MCU还可控制整流逆变单元71，使直流侧的电压大于交流侧的电压，便于蓄电池30放电。
直流采样电路77采集交流侧的电压与电流，并将采集到的数据发送给MCU，MCU根据相应的数据进行计算，并输出第二控制信号，第二控制信号通过第二放大驱动电路75进行放大，放大后的第二控制信号用于驱动隔离型双向DC/DC单元72，使输出电压稳定。
参考图5，可选的，双向变换模块70还包括交流保护单元80与直流保护单元81，交流保护单元80与整流逆变单元71、MCU连接，交流保护单元80用于控制交流侧的负载电路的通断；直流保护单元81与MCU、隔离型双向DC/DC单元72连接，直流保护单元81用于控制直流侧的负载电路的通断。
在本实施例中，直流保护单元81包括二极管D和控制开关K，二极管D的阳极与隔离型双向DC/DC单元72连接，二极管D的阴极与直流侧连接，控制开关K与二极管D并联，控制开关K与MCU电连接，控制开关K可采用MOS管或继电器，其中，交流保护单元80可采用熔断器或继电器。在双向变换模块70出现故障时，例如短路，交流保护单元80与直流保护单元81可断开，减少对整个系统稳定性的影响。
可选的，双向变换模块70还包括EMI滤波器82，在本实施例中，EMI滤波器82有三个，其中一EMI滤波器82与交流保护单元80、交流侧连接，其中一EMI滤波器82与直流保护单元81、直流侧连接，另一EMI滤波器82与通信电路78连接。通过设置EMI滤波器82，可以满足电磁兼容设计，使双向变换模块70在复杂电磁环境下也能稳定工作。
可选的，双向变换模块70还包括温度采样电路83和风扇84，温度采样电路83与MCU、辅助电源电路73连接，风扇84与MCU、辅助电源电路73连接。双向变换模块70工作时，风扇84启动，对双向变换模块70进行散热。温度采样电路83对双向变换模块70的温度进行采集，并将温度数据发送给MCU，当双向变换模块70的温度升高，MCU使风扇84的功率增大，提高是散热效果。
本申请实施例一种直流电源系统的实施原理为：整流逆变单元71可进行直流与交流的转换，隔离型双向DC/DC单元72可将电网与蓄电池30之间进行隔离，通过利用双向变换模块70取代充电模块40与充放电回路50，可简化电路，同时，不需要在前端设置工频变压器，降低成本。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
Claims (9)
1.一种直流电源系统，其特征在于，包括直流母线(10)、充电机联络回路(20)、交流配电单元(60)、双向变换模块(70)和蓄电池(30)，所述充电机联络回路(20)与直流母线(10)、双向变换模块(70)、蓄电池(30)电连接，所述双向变换模块(70)包括整流逆变单元(71)和隔离型双向DC/DC单元(72)，所述整流逆变单元(71)与交流配电单元(60)、隔离型双向DC/DC单元(72)电连接，所述隔离型双向DC/DC单元(72)与充电机联络回路(20)电连接。
2.根据权利要求1所述的直流电源系统，其特征在于，所述双向变换模块(70)还包括辅助电源电路(73)、MCU、第一放大驱动电路(74)、第二放大驱动电路(75)、交流采样电路(76)与直流采样电路(77)，其中，所述MCU与第一放大驱动电路(74)、第二放大驱动电路(75)、交流采样电路(76)、直流采样电路(77)电连接，所述辅助电源电路(73)用于给MCU、第一放大驱动电路(74)、第二放大驱动电路(75)、交流采样电路(76)、直流采样电路(77)提供电能，所述交流采样电路(76)用于采集交流侧的电流与电压，所述直流采样电路(77)用于采集直流侧的电流与电压，所述第一放大驱动电路(74)与整流逆变单元(71)电连接，所述第二放大驱动电路(75)与隔离型双向DC/DC单元(72)电连接。
3.根据权利要求1所述的直流电源系统，其特征在于，所述整流逆变单元(71)包括多个双向可控开关，多个双向可控开关构成桥式电路。
4.根据权利要求3所述的直流电源系统，其特征在于，所述双向可控开关可采用MOS管或可控硅或绝缘栅双极型晶体管。
5.根据权利要求2所述的直流电源系统，其特征在于，所述双向变换模块(70)还包括交流保护单元(80)与直流保护单元(81)，所述交流保护单元(80)与整流逆变单元(71)、MCU连接，所述交流保护单元(80)用于控制交流侧负载电路的通断；所述直流保护单元(81)与MCU、隔离型双向DC/DC单元(72)连接，所述直流保护单元(81)用于控制直流侧负载电路的通断。
6.根据权利要求5所述的直流电源系统，其特征在于，所述直流保护单元(81)包括二极管D和控制开关K，所述二极管D的阳极与隔离型双向DC/DC单元(72)连接，二极管D的阴极与直流侧连接，所述控制开关K与二极管D并联，控制开关K与MCU电连接。
7.根据权利要求5所述的直流电源系统，其特征在于，所述交流保护单元(80)采用熔断器。
8.根据权利要求2所述的直流电源系统，其特征在于，所述双向变换模块(70)还包括温度采样电路(83)和风扇(84)，所述温度采样电路(83)与MCU、辅助电源电路(73)电连接，所述风扇(84)与MCU、辅助电源电路(73)电连接。
9.根据权利要求2所述的直流电源系统，其特征在于，所述双向变换模块(70)还包括通信电路(78)，所述通信电路(78)与MCU、辅助电源电路(73)连接。
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| CN116054688A (zh) * | 2023-02-21 | 2023-05-02 | 惠州华智新能源科技有限公司 | 一种双向dc-dc的光伏发电储能系统 |
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Legal Events
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| CB02 | Change of applicant information | ||
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Address after: Building 3, Building A, Building 901, Huaqiang Creative Industry Park, Biyan Community, Guangming Street, Guangming District, Shenzhen City, Guangdong Province, 518101 Applicant after: British micro electric (Shenzhen) Co.,Ltd. Address before: 518101 west of 7th floor, building 8, Huike Industrial Park, No. 1, industrial 2nd Road, Shilong community, Shiyan street, Bao'an District, Shenzhen, Guangdong Province Applicant before: British micro electric (Shenzhen) Co.,Ltd. |