CN116054325A - 一种综合电源系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种综合电源系统,包括:控制器、以及依次连接的滤波电路、AC/DC电路、DC/DC电路、电池;其中,所述滤波电路的第一端用于连接电网和负载,所述控制器的输出端与所述AC/DC电路的控制端以及DC/DC电路的控制端电气连接;其中,所述控制器被配置为通过执行其内部存储的计算机程序以实现如下步骤:生成第一控制信号至所述DC/DC电路,以使得所述电池输出的电压在所述DC/DC电路和AC/DC电路之间的直流母线上为脉冲电压;生成第二控制信号至所述AC/DC电路,以使得所述脉冲电压经过所述AC/DC电路和所述滤波电路之后生成标准的正弦波交流电,解决了现有的交直流转换设备寿命低下且能耗高的问题。
Description
技术领域
本发明涉及储能领域,特别涉及一种综合电源系统。
背景技术
交流/直流的电源转换系统近年被广泛的应用在储能装置,UPS不间断电源以及电动车驱动方面。电池,是这类应用中的主要能量储备装置,是一个直流装置。当为电池充电或者储能的时候,需要将交流电转换成直流。当使用电池供电时,需要将电池的直流电转换成交流。使用单一的交流/直流双向转换器就可以节省器件的使用,提高系统可靠性,降低造价。交流/直流双向转换器通常都经过两次转换,交流整流成直流,再通过直流/直流转换以扩大电池电压的可使用范围。两个转换之间由直流母线连接。而直流母线上是需要安装大容量的电容使直流电压平滑,更接近一条直线,如图1的框图所示。这个电容装置除了是转换器的体积,重量,能耗和成本的一个重要组成部分,还是转换器中最主要的使用寿命限制点和故障点。
有鉴于此,提出本申请。
发明内容
本发明公开了一种综合电源系统,旨在解决现有的交直流转换设备寿命低下且能耗高的问题。
本发明实施例公开了一种综合电源系统,包括:控制器、以及依次连接的滤波电路、AC/DC电路、DC/DC电路、电池;
其中,所述滤波电路的第一端用于连接电网和负载,所述控制器的输出端与所述AC/DC电路的控制端以及DC/DC电路的控制端电气连接;
其中,所述控制器被配置为通过执行其内部存储的计算机程序以实现如下步骤:
生成第一控制信号至所述DC/DC电路,以使得所述电池输出的电压在所述DC/DC电路和AC/DC电路之间的直流母线上为脉冲电压;
生成第二控制信号至所述AC/DC电路,以使得所述脉冲电压经过所述AC/DC电路和所述滤波电路之后生成标准的正弦波交流电。
优选地,还包括静态转换开关;
其中,所述静态转换开关的第一端与所述电网的火线电气连接,所述静态转换开关的第二端与所述负载和滤波电路电气连接。
优选地,所述滤波电路包括:第一电感、第二电感以及电容;
其中,所述第一电感的第一端与所述静态转换开关第二端电气连接,所述第一电感的第二端与所述AC/DC电路电气连接,所述第二电感的第一端与所述电网的零线电气连接,所述第二电感的第二端与所述AC/DC电路电气连接,所述电容并在所述第一电感的第一端和所述第二电感的第一端。
优选地,所述AC/DC电路包括:第一IGBT管、第二IGBT管、第三IGBT管、第四IGBT管;
其中,所述第一IGBT管的E极与所述第二IGBT管的C极电气连接,所述第二IGBT管的E极和所述第四IGBT管的E极电气连接,所述第四IGBT管的C极和所述第三IGBT管的E极电气连接,所述三IGBT管的C极和所述第一IGBT管的C极电气连接,所述第一电感的第二端与所述第一IGBT管的E极电气连接,所述第二电感的第二端与所述第四IGBT管的C极电气连接;
所述第一IGBT管的G极、所述第二IGBT管的G极、第三IGBT管的G极、以及第四IGBT管的G极与所述控制器的输出端电气连接。
优选地,所述DC/DC电路包括:第五IGBT管、第六IGBT管、第七IGBT管以及第三电感;
所述第六IGBT管的C极与第五IGBT管的E极电气连接,所述第六IGBT管的E极和所述第四IGBT管的E极电气连接,所述第五IGBT管的C极和所述第三IGBT管的C极电气连接,所述第三电感的第一端与所述第七IGBT管的E极电气连接,所述第三电感的第二端与所述第六IGBT管的C极电气连接,所述第七IGBT管的C极与所述电池的正极电气连接,所述第六IGBT管的E极与所述电池的负极电气连接。
优选地,所述生成第一控制信号至所述DC/DC电路,以使得所述电池输出的电压在所述DC/DC电路和AC/DC电路之间的母线为脉冲电压具体为:
生成第一控制信号至所述DC/DC电路,以使得所述第五IGBT管处于分离状态,所述第六IGBT管和所述第七IGBT管按照第一预设的开关频率和占空比进行动作,进而输出脉冲电压至所述直流母线。
优选地,还包括:
生成第三控制信号至所述DC/DC电路,以使得所述DC/DC电路将所述直流母线上的脉冲电压处理成平滑的直流电压对所述电池进行充电,其中,所述脉冲电压由AC/DC电路生成。
优选地,所述生成第三控制信号至所述DC/DC电路,以使得所述DC/DC电路将所述直流母线上的脉冲电压处理成平滑的直流电压对所述电池进行充电具体为:
生成第三控制信号至所述DC/DC电路,以使得所述第六IGBT管、第七IGBT管处于分离状态,所述第五IGBT管按照第二预设的开关频率和占空比进行动作,并配合所述第三电感对所述电池进行充电。
基于本发明提供的一种综合电源系统,在电池向负载供电的模式下,通过控制器生成第一控制信号至所述DC/DC电路,以使得DC/DC电路将电池输出的电压转变成脉冲电压在所述DC/DC电路和AC/DC电路之间的直流母线上,由于取消了所述直流母线上的大容量电容,降低了系统的成本,同时提高了使用寿命,通过控制器生成第二控制信号至所述AC/DC电路,以使得所述脉冲电压经过所述AC/DC电路和所述滤波电路之后生成标准的正弦波交流电,由于所述AC/DC电路的转换过程无需再进行高频开关,能耗被大幅度降低,系统效率明显被提高。
附图说明
图1是现有技术的转换器图纸示意图;
图2是本发明实施例提供的一种综合电源系统结构示意图;
图3是本发明实施例提供的一种综合电源系统的控制模块示意图;
图4是本发明实施例提供的静态转换开关配置在综合电池系统中的连接示意图;
图5是本发明实施例提供的电池向负载供电时的系统状态示意图;
图6是本发明实施例提供的电网向电池充电时的系统状态示意图。
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,本领域普通技术人员在没有做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。
为了更好的理解本发明的技术方案,下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确,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,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的,而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式,除非上下文清楚地表示其他含义。
应当理解,本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B这三种情况。另外,本文中字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
取决于语境,如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地,取决于语境,短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
实施例中提及的“第一\第二”仅仅是是区别类似的对象,不代表针对对象的特定排序,可以理解地,“第一\第二”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二”区分的对象在适当情况下可以互换,以使这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
以下结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。
本发明公开了一种综合电源系统,旨在解决现有的交直流转换设备寿命低下且能耗高的问题。
请参阅图2及图3,本发明实施例公开了一种综合电源系统,包括:控制器5、以及依次连接的滤波电路1、AC/DC电路2、DC/DC电路3、电池4;
其中,所述滤波电路1的第一端用于连接电网和负载,所述控制器5的输出端与所述AC/DC电路2的控制端以及DC/DC电路3的控制端电气连接;
其中,所述控制器5被配置为通过执行其内部存储的计算机程序以实现如下步骤:
生成第一控制信号至所述DC/DC电路3,以使得所述电池4输出的电压在所述DC/DC电路3和AC/DC电路2之间的直流母线上为脉冲电压;
生成第二控制信号至所述AC/DC电路2,以使得所述脉冲电压经过所述AC/DC电路2和所述滤波电路1之后生成标准的正弦波交流电。
需要说明的是,在需要使用储能设备对负载进行供电时,需要将电池的直流电转换成交流,其需要先过直流转直流,再通过直流转交流以供负载进行使用,在现有技术中,需要在DC/DC转换器和AC/DC之间母线配置大量的电容,以使得DC/DC转换器将储能设备的电压转化成平滑的直流电,然而大量的电容不但扩大了系统的体积,还限制系统的寿命,且在将直流转交流的过程需要高频的开关AC/DC转换器,其需要消耗大量的能耗,且会降低AC/DC转换器寿命。
在本实施例中,在电池4向负载供电的模式下,通过取消配置在所述DC/DC电路3和所述AC/DC电路2之间的电容,并通过所述控制器5生成第一控制信号至所述DC/DC电路3,以使得DC/DC电路3将所述电池4输出的电压转变成脉冲电压在所述DC/DC电路3和AC/DC电路2之间的直流母线上,由于取消了所述直流母线上的大容量电容,降低了系统的成本,同时提高了使用寿命。同时,通过所述控制器5生成第二控制信号至所述AC/DC电路2,以使得所述脉冲电压经过所述AC/DC电路2和所述滤波电路1之后生成标准的正弦波交流电,由于所述AC/DC电路2的转换过程无需再进行高频开关,由于所述AC/DC电路2的转换过程无需再进行高频开关,能耗被大幅度降低,系统效率明显被提高。
请参阅图4,在本发明一个可能的实施例中,还可以包括静态转换开关5;
其中,所述静态转换开关5的第一端与所述电网的火线电气连接,所述静态转换开关5的第二端与所述负载和滤波电路1电气连接。
需要说明的是,在所述电池处于充电或储能状态时:
所述静态转换开关5处于闭合(导通)状态,电网为负载提供电能,所述AC/DC电路2将交流电转换成PWM直流,所述DC/DC电路3调节所述PWM直流,以提供适当的电流为电池充电,储存能量。
在所述电池放电/能量释放状态时:
所述静态转换开关5处于闭合(导通)状态,所述DC/DC电路3将所述电池电压转换成PWM直流,所述AC/DC电路2将PWM直流电压直接转换成交流电,通过所述滤波电路1平滑成正弦波供应负载并且将多出的能量返回给电网。
在处于UPS模式时(即在电网失效时):
所述静态转换开关处于分离(关闭)状态,所述DC/DC电路3将电池电压转换成PWM直流,所述AC/DC电路2将PWM直流电压直接转换成交流电,通过滤波电路1平滑成正弦波供应负载,其中,过程中不对负载端的供电产生任何间断。
在本发明一个可能的实施例中,所述滤波电路1包括:第一电感L1、第二电感L2以及电容C1;
其中,所述第一电感L1的第一端与所述静态转换开关5第二端电气连接,所述第一电感L1的第二端与所述AC/DC电路2电气连接,所述第二电感L2的第一端与所述电网的零线电气连接,所述第二电感L2的第二端与所述AC/DC电路2电气连接,所述电容C1并在所述第一电感L1的第一端和所述第二电感L2的第一端。
需要说明的是,所述滤波电路1可以用于在对电池储能的过程中,滤除电网的噪声,以避免一些噪声对系统造成损害,也可以在电池对负载供电的过程,滤除转换回路产生的噪声对负载的损害。在其他实施例中,所述滤波回路还可以采用其他的器件构成,这里不做具体限定,但这些方案均在本发明的保护范围内。
在本发明一个可能的实施例中,所述AC/DC电路2可以包括:第一IGBT管S1、第二IGBT管S2、第三IGBT管S3、第四IGBT管S4;
其中,所述第一IGBT管S1的E极与所述第二IGBT管S2的C极电气连接,所述第二IGBT管S2的E极和所述第四IGBT管S4的E极电气连接,所述第四IGBT管S4的C极和所述第三IGBT管S3的E极电气连接,所述三IGBT管的C极和所述第一IGBT管S1的C极电气连接,所述第一电感L1的第二端与所述第一IGBT管S1的E极电气连接,所述第二电感L2的第二端与所述第四IGBT管S4的C极电气连接;
所述第一IGBT管S1的G极、所述第二IGBT管S2的G极、第三IGBT管S3的G极、以及第四IGBT管S4的G极与所述控制器5的输出端电气连接。
需要说明的是,所述AC/DC电路2用于将交流电转化为直流电,或者将直流电转化为交流电,其是通过所述控制器5去开关所述第一IGBT管S1、第二IGBT管S2、第三IGBT管S3、第四IGBT管S4来实现,在交流电转化为直流电的过程中,通过调控可以有效控制交流输入端的功率因数和电流谐波。由于取消了直流母校上的电容,脉冲电压或者高幅度的文波会完整地保留在直流母线上。
在直流电转化为交流电的过程中,所述第一IGBT管S1、第二IGBT管S2、第三IGBT管S3、第四IGBT管S4,只需要按照交流输出所需的频率和相位相应开关,将直流脉冲母线上的类正弦波以交流模式输出再通过交流滤波电路1路输出标准的正弦波交流电。
需要说明的是,在其他实施例中,还可以采用其他的开关来构成所述AC/DC电路2,这里不做具体限定,但这些方案均在本发明的保护范围内。
在本发明一个可能的实施例中,所述DC/DC电路3可以包括:第五IGBT管S5、第六IGBT管S6、第七IGBT管S7以及第三电感L3;
所述第六IGBT管S6的C极与第五IGBT管S5的E极电气连接,所述第六IGBT管S6的E极和所述第四IGBT管S4的E极电气连接,所述第五IGBT管S5的C极和所述第三IGBT管S3的C极电气连接,所述第三电感L3的第一端与所述第七IGBT管S7的E极电气连接,所述第三电感L3的第二端与所述第六IGBT管S6的C极电气连接,所述第七IGBT管S7的C极与所述电池4的正极电气连接,所述第六IGBT管S6的E极与所述电池4的负极电气连接。
需要说明的是,所述DC/DC电路3用于调整输入至所述电池的电压,或者用于调整所述电池输出的电压,在对电池充电的过程中,所述第六IGBT管S6、第七IGBT管S7处于分离(关闭)或不工作状态,通过调控第五IGBT管S5的开关频率和占空比即可配合第三电感L3对电池进行有效充电。当电池充满电,所述DC/DC电路3和所述AC/DC电路2全部处于分离(关闭)或不工作状态,此时转换器没有电流通过,只有交流滤波电路1的电容C1产生少量能耗,其他部件没有能耗,在对电池放电的过程中,所述第五IGBT管S5处于分离(关闭)或不工作状态,通过调控S6和S7的开关频率和占空比即可配合L1在直流脉冲母线上产生所需要的类正弦波,或者正弦波接近电压,S1-S4只需要按照交流输出所需的频率和相位相应开关,将直流脉冲母线上的类正弦波以交流模式输出再通过交流滤波线路输出标准的正弦波交流电。
需要说明的是,在其他实施例中,还可以采用其他的开关来构成所述DC/DC电路3,这里不做具体限定,但这些方案均在本发明的保护范围内。
请参阅图5,在本发明一个可能的实施例中,所述生成第一控制信号至所述DC/DC电路3,以使得所述电池4输出的电压在所述DC/DC电路3和AC/DC电路2之间的母线为脉冲电压具体为:
生成第一控制信号至所述DC/DC电路3,以使得所述第五IGBT管S5处于分离状态,所述第六IGBT管S6和所述第七IGBT管S7按照第一预设的开关频率和占空比进行动作,进而输出脉冲电压至所述直流母线。
其中,输出的电压波形、S1-S4按照预设的频率进行开关波形、直流母线的电压波形、S6-S7的PWM占空比波形如图5所示。
请参阅图6,在本发明一个可能的实施例中,还包括:
生成第三控制信号至所述DC/DC电路3,以使得所述DC/DC电路3将所述直流母线上的脉冲电压处理成平滑的直流电压对所述电池4进行充电,其中,所述脉冲电压由AC/DC电路2生成。具体为:
生成第三控制信号至所述DC/DC电路3,以使得所述第六IGBT管S6、第七IGBT管S7处于分离状态,所述第五IGBT管S5按照第二预设的开关频率和占空比进行动作,并配合所述第三电感L3对所述电池4进行充电。
需要说明的是,在对电池进行充电时,S1,S3,S6,S7处于常闭状态;其中,S5用于斩波限流即控制充电电流,S2,S4,用于升压。
基于本发明提供的一种综合电源系统,在电池4向负载供电的模式下,通过控制器5生成第一控制信号至所述DC/DC电路3,以使得DC/DC电路3将电池4输出的电压转变成脉冲电压在所述DC/DC电路3和AC/DC电路2之间的直流母线上,由于取消了所述直流母线上的大容量电容,降低了系统的成本,同时提高了使用寿命,通过控制器5生成第二控制信号至所述AC/DC电路2,以使得所述脉冲电压经过所述AC/DC电路2和所述滤波电路1之后生成标准的正弦波交流电,由于所述AC/DC电路2的转换过程无需再进行高频开关,能耗被大幅度降低,系统效率明显被提高。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种综合电源系统,其特征在于,包括:控制器、以及依次连接的滤波电路、AC/DC电路、DC/DC电路、电池;
其中,所述滤波电路的第一端用于连接电网和负载,所述控制器的输出端与所述AC/DC电路的控制端以及DC/DC电路的控制端电气连接;
其中,所述控制器被配置为通过执行其内部存储的计算机程序以实现如下步骤:
生成第一控制信号至所述DC/DC电路,以使得所述电池输出的电压在所述DC/DC电路和AC/DC电路之间的直流母线上为脉冲电压;
生成第二控制信号至所述AC/DC电路,以使得所述脉冲电压经过所述AC/DC电路和所述滤波电路之后生成标准的正弦波交流电。
2.根据权利要求1所述的一种综合电源系统,其特征在于,还包括静态转换开关;
其中,所述静态转换开关的第一端与所述电网的火线电气连接,所述静态转换开关的第二端与所述负载和滤波电路电气连接。
3.根据权利要求2所述的一种综合电源系统,其特征在于,所述滤波电路包括:第一电感、第二电感以及电容;
其中,所述第一电感的第一端与所述静态转换开关第二端电气连接,所述第一电感的第二端与所述AC/DC电路电气连接,所述第二电感的第一端与所述电网的零线电气连接,所述第二电感的第二端与所述AC/DC电路电气连接,所述电容并在所述第一电感的第一端和所述第二电感的第一端。
4.根据权利要求3所述的一种综合电源系统,其特征在于,所述AC/DC电路包括:第一IGBT管、第二IGBT管、第三IGBT管、第四IGBT管;
其中,所述第一IGBT管的E极与所述第二IGBT管的C极电气连接,所述第二IGBT管的E极和所述第四IGBT管的E极电气连接,所述第四IGBT管的C极和所述第三IGBT管的E极电气连接,所述三IGBT管的C极和所述第一IGBT管的C极电气连接,所述第一电感的第二端与所述第一IGBT管的E极电气连接,所述第二电感的第二端与所述第四IGBT管的C极电气连接;
所述第一IGBT管的G极、所述第二IGBT管的G极、第三IGBT管的G极、以及第四IGBT管的G极与所述控制器的输出端电气连接。
5.根据权利要求4所述的一种综合电源系统,其特征在于,所述DC/DC电路包括:第五IGBT管、第六IGBT管、第七IGBT管以及第三电感;
所述第六IGBT管的C极与第五IGBT管的E极电气连接,所述第六IGBT管的E极和所述第四IGBT管的E极电气连接,所述第五IGBT管的C极和所述第三IGBT管的C极电气连接,所述第三电感的第一端与所述第七IGBT管的E极电气连接,所述第三电感的第二端与所述第六IGBT管的C极电气连接,所述第七IGBT管的C极与所述电池的正极电气连接,所述第六IGBT管的E极与所述电池的负极电气连接。
6.根据权利要求5所述的一种综合电源系统,其特征在于,所述生成第一控制信号至所述DC/DC电路,以使得所述电池输出的电压在所述DC/DC电路和AC/DC电路之间的母线为脉冲电压具体为:
生成第一控制信号至所述DC/DC电路,以使得所述第五IGBT管处于分离状态,所述第六IGBT管和所述第七IGBT管按照第一预设的开关频率和占空比进行动作,进而输出脉冲电压至所述直流母线。
7.根据权利要求5所述的一种综合电源系统,其特征在于,还包括:
生成第三控制信号至所述DC/DC电路,以使得所述DC/DC电路将所述直流母线上的脉冲电压处理成平滑的直流电压对所述电池进行充电,其中,5所述脉冲电压由AC/DC电路生成。
8.根据权利要求7所述的一种综合电源系统,其特征在于,所述生成第三控制信号至所述DC/DC电路,以使得所述DC/DC电路将所述直流母线上的脉冲电压处理成平滑的直流电压对所述电池进行充电具体为:
生成第三控制信号至所述DC/DC电路,以使得所述第六IGBT管、第七0IGBT管处于分离状态,所述第五IGBT管按照第二预设的开关频率和占空比进行动作,并配合所述第三电感对所述电池进行充电。
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