CN116223868A - 一种应用于电力行业的双开关管特征电流发生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及相位识别技术领域，公开了一种应用于电力行业的双开关管特征电流发生装置，包括储能电感，用于滤波的安规电容，用于储能的电解电容，MOS管T1、T2，二极管D1、D2；安规电容第一端与电感第一端连接于电网火线，电感第二端与二级管D1阳极、MOS管T2漏极连接，二极管D1阴极与MOS管T1漏极、电解电容阳极连接，安规电容第二端与MOS管T1的源极、二极管D2阴极连接于电网零线，MOS管T2源极与二级管D2阳极、电解电容的阴极连接。本发明在保证了相位识别准确率的基础上，通过BUCK、BOOST电路交替工作方式发生了接近无损的特征电流，有了更高的功率转换效率，有效降低了线损，提升了线路的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及相位识别技术领域，尤其涉及一种应用于电力行业的双开关管特征电流发生装置。
背景技术
低压配电网的三相线延伸到用户端进行接线时，常常难以分清A、B、C相，只能随便接线。此种情况下三相用电不均衡，易导致某一相或两相的负荷过重，造成三相电流不平衡，增加线损，甚至可能引发变压器烧毁、引起火灾等，所以相位识别的需求应运而生。为实现相位识别，如今常用的方法是向电力线注入一定频率的特征电流信号，信号接收端通过对电流信号特征的解析来判断相位。
目前，特征电流注入的常见方案主要有两种：1.电阻投切方案，此方案基于并联在线路中的投切电阻来产生特征电流，但问题在于，投切电阻的存在导致该部分的功率是完全损耗的；2.电容投切方案，由电网先给并联在线路中的投切电容充电，将充入的电能转化为特征电流注入电力线中来进行解析，整个过程无功率损耗，但此方案注入的电流幅值有限，解析出的特征不够明显，易受电网噪声干扰，导致识别准确率相对不足。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足和缺陷，提供了一种应用于电力行业的双开关管特征电流发生装置，在保证了相位识别准确率的基础上，通过BUCK、BOOST电路交替工作的方式实现了接近无损的特征电流发生。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种应用于电力行业的双开关管特征电流发生装置，包括储能电感L1，用于滤波的安规电容C1，用于储能的电解电容C2，MOS管T1、T2，二极管D1、D2；
其连接关系为：电容C1的第一端与电感L1的第一端连接于电网的火线，电感L1的第二端与二级管D1的阳极、MOS管T2的漏极连接，二极管D1的阴极与MOS管T1的漏极、电容C2的阳极连接，电容C1的第二端与MOS管T1的源极、二极管D2的阴极连接于电网的零线，MOS管T2的源极与二级管D2的阳极、电容C2的阴极连接。
进一步地，所述装置在电网电压为正时，电源工作在BOOST模式，MOS管T2作为主开关管，二极管D1与Boost 电路中的续流二极管作用相同，MOS管T1常关断，二极管D2作为不可控开关管，正向导通时等效为导线，反向截止时断开电流通路；
Q1导通时，给储能电感L1充电，电流流向为：火线L-L1-T2-D2-零线N；
Q1关断时，L1放电，L1和电网同时给电解电容C2供电，电流流向为：火线L-L1-D1-C2阳极-C2阴极-D2-零线N。
进一步地，所述装置在电网电压为负时，电源工作在BUCK模式，MOS管T2作为主开关管，二极管D1与Buck 电路中的续流二极管作用相同，MOS管T1常导通，二极管D2作为不可控开关管反向截止；
Q1导通时，给储能电感L1充电，电流流向为：电解电容C2阳极-T1-安规电容C1与零线N相接端-C1与火线L相接端-L1-T2-C2阴极；
Q1关断时，L1放电，L1和电网同时给C2供电，电流流向为：L1右端-D1-T1- C1与零线N连接端-C1与火线L连接端-L1左端。
进一步地，所述装置中的MOS管均可用任意开关管替换。
进一步地，所述装置向电网注入的电流信号的频点数量最多可为3个，频点值可为：（m±50n）Hz，其中m为不小于300的整数，n为不大于3的整数。
本发明的有益技术效果：在保证了相位识别准确率的基础上，通过BUCK、BOOST电路交替工作的方式实现了接近无损的特征电流发生，具备了更高的功率转换效率，有效地降低了线损，提升了线路的安全性，具有很强的工程实用性。
附图说明
图1为本发明的整体电路原理图。
图2为本发明中所述电网电压为正且电源工作在BOOST模式时装置的工作原理图。
图3为本发明中所述电网电压为负且电源工作在BUCK模式时装置的工作原理图。
图4为本发明实施例中发生的特征电流与控制开关时序图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不限定本发明。
如图1所示，一种应用于电力行业的双开关管特征电流发生装置，包括储能电感L1，用于滤波的安规电容C1，用于储能的电解电容C2，MOS管T1、T2，二极管D1、D2；
其连接关系为：电容C1的第一端与电感L1的第一端连接于电网的火线，电感L1的第二端与二级管D1的阳极、MOS管T2的漏极连接，二极管D1的阴极与MOS管T1的漏极、电容C2的阳极连接，电容C1的第二端与MOS管T1的源极、二极管D2的阴极连接于电网的零线，MOS管T2的源极与二级管D2的阳极、电容C2的阴极连接。
装置具有2种工作模式：
1.如图2所示，所述装置在电网电压为正时，电源工作在BOOST模式，MOS管T2作为Boost拓扑结构中的高频主开关管，二极管D1与Boost 电路中的续流二极管作用相同，MOS管T1常关断，二极管D2作为不可控开关管，正向导通时等效为导线，反向截止时断开电流通路；在主开关导通时，D2也正向导通，此时相当于导线，为电流提供通路，在主开关关断时，D2反向截止；
Q1导通时，给储能电感L1充电，电流流向为：火线L-L1-T2-D2-零线N；
Q1关断时，L1放电，L1和电网同时给电解电容C2供电，电流流向为：火线L-L1-D1-C2阳极-C2阴极-D2-零线N。
2.如图3所示，所述装置在电网电压为负时，电源工作在BUCK模式，MOS管T2作为Buck拓扑结构中的高频主开关管，二极管作为Buck拓扑结构中的续流二极管，在主开关管关断时，为电感电流提供续流通路，MOS管T1常导通，二极管D2反向截止，无电流流通；
Q1导通时，给储能电感L1充电，电流流向为：电解电容C2阳极-T1-安规电容C1与零线N相接端-C1与火线L相接端-L1-T2-C2阴极；
Q1关断时，L1放电，L1和电网同时给C2供电，电流流向为：L1右端-D1-T1- C1与零线N连接端-C1与火线L连接端-L1左端。
装置中的MOS管均可用三极管、IGBT等开关管替换。
装置向电网注入的电流信号的频点数量最多可为3个，频点值可为：（m±50n）Hz，其中m为不小于300的整数，n为不大于3的整数。多频点的设定有助于进一步提高识别准确率。
为实现本发明方案，数字电源芯片至少需要具备：3路ADC采样功能、1路捕捉功能和两个互补的PWM发生器。本实施例选择dsPIC33ck32MP102为数字电源芯片，满足了上述要求。其中两个互补的PWM发生器用来产生2个开关管的控制信号；3路ADC采样功能用来采集电路的电压、电流信息以实现闭环控制；1路捕捉功能用来捕捉主机的电流发送信号，捕捉到该信号时本装置才开始工作，否则处于待机状态，不发送特征电流信息。
对方案进行仿真验证，输出电压纹波在10V以内，峰值电流约为1.5A，在工频电压下，装置能够实现BUCK释能和BOOST储能间的正常切换并达到稳态，证明了方案的可行性。
实施例电路如图4所示，选取硬件参数如下：
输出功率：35.8W；
输入电压：154~286Vac；
输入频率：50Hz；
输出电压：390V；
输出电容：22µF；
电感：150µH；
开关频率：50~150kHz。
如图4所示，当接收到主机的电流发送信号时，本装置开始工作，根据上述所述原理，全工频周期内，通过控制2个开关管的导通与关断，使装置交替工作在BOOST与BUCK模式，进而向220V电网注入频率为833Hz、占空比33%的电流信号，且该电流信号峰值跟随正弦趋势，最大值为2A。随后，主机不停地采集电网电流信息并对其进行傅里叶分解，当主机与本装置处于同一相线时，可以检测到833Hz的频点能量，即完成相线检测，否则认为主机与本装置不在同一相线。
进一步地，本发明发送的特征电流信号经傅里叶分解后可检测到3个频点，实施例中，现场设备频点为783Hz、833Hz、883Hz，本发明可完美适配现场设备，多出的频点可做冗余设计，有助于进一步提升检测的准确性。
应用本发明所述方案的特征电流发生过程接近无损，发生的电流信号的频点能量可做到和电阻投切方案一致。功率密度的空间充足的情况下，还可按需调整发生电流的幅值。
上述实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可做出各种变换和变化以得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应归入本发明的专利保护范围。
Claims (5)
1.一种应用于电力行业的双开关管特征电流发生装置，其特征在于，包括储能电感L1，用于滤波的安规电容C1，用于储能的电解电容C2，MOS管T1、T2，二极管D1、D2；
其连接关系为：电容C1的第一端与电感L1的第一端连接于电网的火线，电感L1的第二端与二级管D1的阳极、MOS管T2的漏极连接，二极管D1的阴极与MOS管T1的漏极、电容C2的阳极连接，电容C1的第二端与MOS管T1的源极、二极管D2的阴极连接于电网的零线，MOS管T2的源极与二级管D2的阳极、电容C2的阴极连接。
2.根据权利要求1所述的一种应用于电力行业的双开关管特征电流发生装置，其特征在于，所述装置在电网电压为正时，电源工作在BOOST模式，MOS管T2作为主开关管，二极管D1与Boost 电路中的续流二极管作用相同，MOS管T1常关断，二极管D2作为不可控开关管，正向导通时等效为导线，反向截止时断开电流通路；
Q1导通时，给储能电感L1充电，电流流向为：火线L-L1-T2-D2 -零线N；
Q1关断时，L1放电，电流流向为：火线L-L1-D1-C2阳极-C2阴极-D2-零线N。
3.根据权利要求1所述的一种应用于电力行业的双开关管特征电流发生装置，其特征在于，所述装置在电网电压为负时，电源工作在BUCK模式，MOS管T2作为主开关管，二极管D1为续流二极管，MOS管T1常导通，二极管D2作为不可控开关管反向截止；
Q1导通时，给储能电感L1充电，电流流向为：电解电容C2阳极-T1-安规电容C1与零线N相接端-C1与火线L相接端-L1-T2-C2阴极；
Q1关断时，L1放电，电流流向为：L1右端-D1-T1- C1与零线N连接端-C1与火线L连接端-L1左端。
4.根据权利要求1所述的一种应用于电力行业的双开关管特征电流发生装置，其特征在于，所述装置中的MOS管均可用任意开关管替换。
5.根据权利要求1所述的一种应用于电力行业的双开关管特征电流发生装置，其特征在于，所述装置向电网注入的电流信号的频点数量最多可为3个，频点值可为：（m±50n）Hz，其中m为不小于300的整数，n为不大于3的整数。
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