CN212875669U - 一种多模块串联高压大功率直流电源装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种多模块串联高压大功率直流电源装置，包括一台多绕组变压器、多个与变压器副边绕组连接的电源模块和相应的控制系统，所述电源模块包括二极管组成的三相整流电路和双向DC/DC电路，所述三相整流电路和双向DC/DC电路通过RC板和单相晶闸管连接；所述控制系统包括通过光线转接板进行通信的电源模块控制板和主控板。本实用新型结构简单，可以方便直流侧电压调节，输出电压稳定。
Description
技术领域
本实用新型属于电气自动化设备技术领域，具体涉及一种多模块串联高压大功率直流电源装置。
背景技术
多电平高压直流输电目前应用越来越广泛，尤其在海上风电等应用场合，为保证现场的投运顺利，在厂内对主电路进行充分测试非常必要。除了单体模块的测试，对整个桥臂的测试也可大大提高整机的可靠性。
桥臂对冲可最大程度的模拟实际运行中的电压电流工况，具体方法是将桥臂的两相输出短接，然后根据设定控制桥臂和输出电流，是测试其额定和过载运行能力。上述方法需要一个高压大功率直流电源以提供直流电压支撑和运行损耗。传统高压直流电源采用二极管或晶闸管整流后串联的方式，二极管的方式无法调节直流侧电压，而晶闸管的方式在输出电压低时交流侧的谐波非常大，会加速设备老化，危害生产安全与稳定；且两种方式都会在直流侧产生纹波。
发明内容
本实用新型的目的是针对上述问题，提供一种多模块串联高压大功率直流电源装置，可以方便直流侧电压调节，结构简单且输出电压稳定。
为达到上述目的，本实用新型采用了下列技术方案：
一种多模块串联高压大功率直流电源装置，包括一台多绕组变压器T、多个与变压器副边绕组连接的电源模块和相应的控制系统，所述电源模块包括二极管组成的三相整流电路和双向 DC/DC 电路，所述三相整流电路和双向 DC/DC 电路通过 RC 板和单相晶闸管连接；所述控制系统包括通过光纤转接板进行通信的电源模块控制板和主控板。每个电源模块通过光纤转接板与控制板通信，接收控制板根据设定值实时下发控制参数；而控制板则实时接收电源上传的状态和信息。
进一步的，双向 DC/DC 电路由两个并联的 IGBT 和串联电感组成。
进一步的，多绕组变压器T为干式整流多绕组变压器，采用移相设计，每 4 个绕组呈 0°、15°、30°、45°设计，阻抗为 7～ 9%，输入电压为 10kV±5%，额定输出为 16×540V，绕组为 Y/D 接法。每个变压器副边绕组接一个电源模块。
进一步的，电源模块为三相交流输入，输出为按设定参考可变的直流电压，多个电源模块输出依次正负串联以实现高直流电压输出。该模块的交流侧输入 540V，空载情况下直流侧整流电压理论值为 763V。
进一步的，电源模块控制板通过整流后的直流侧取电，由光纤接口电路、可编程芯片FPGA、DA 转换芯片和模拟控制电路构成。通过光纤接口电路接收主控板经光纤转接板下发的信号，将其中的直流电压控制目标值指令通过 DA 芯片转换成模拟量，并通过模拟电路进行闭环控制，控制 DC/DC 电路中的 IGBT。
进一步的，光纤转接板包括与电源模块控制板连接的收发光纤电路，对外输出通信端口和与主控板连接的输入通信端口。其中收发光纤与直流电源装置连接，通信端口则与控制板连接。
进一步的，主控板通过广播的方式实时下发直流电压参考值，而电源模块控制板则实时上传当前直流电压输出值等运行信息和状态，信息交互通过串行通信的方式实现，通信内容和通信协议均为自定义。
进一步的，主控板包括用于装置运行数据整理计算和保护的 DSP 以及用于串行同行协议的打包和解析 FPGA 组成。主控板可用于整机的参数设置、控制和保护。
进一步的，主控板通过DSP 的 485 外接显示装置，用于显示和运行参数设置。
进一步的，双向 DC/DC 电路在运行过程中处于降压 Buck 状态，下管 S2 始终关断，上管 S1 受控开通或关断。开关管 S1 导通时，功率向低压侧流动的同时有一部分能量存储于 Ldc 中；在 S1 关断后， Ldc 通过 D2 续流，储存于 Ldc 中的能量继续注入低压侧。
与现有的技术相比，本实用新型的优点在于：
本实用新型提供一种多模块串联式高压大功率直流电源装置，结构简单，可以方便直流侧电压调节，输出电压稳定。
本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图 1 是本实用新型的多模块串联高压大功率直流电源装置电路原理图；
图 2 是本实用新型直流电源模块的电路原理图；
图 3 是本实用新型装置控制系统示意图；
图 4a 是本实用新型 DC/DC 电路工作状态示意图（ S1 开通）；
图 4b 是本实用新型 DC/DC 电路工作状态示意图（ S1 关断）。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。
如图 1-图 4b 所示，一种多模块串联高压大功率直流电源装置，包括一台多绕组变压器 T、多个与变压器副边绕组连接的电源模块 ADPM 和相应的控制系统。本实施例多个电源模块为 16 个直流电源模块。
如图 1 所示，本实施例中多绕组变压器 T 通过进线开关 S 接入 10kV 交流电压，每个变压器副边绕组接一个电源模块 ADPM， 16 个电源模块输出依次正负串联以实现高直流电压输出。其中多绕组变压器Ｔ为干式整流多绕组变压器，采用移相设计，每 4 个绕组呈 0°、 15°、 30°、 45°设计，阻抗为 7～ 9%，输入电压为 10kV±5%，额定输出为 16×540V，绕组为 Y/D 接法。
如图 2 所示，电源模块为三相交流输入，输出为按设定参考可变的直流电压。采用二极管组成的三相整流桥接双向 DC/DC 的方式，图中左侧为三相不控整流桥，右侧为双向 DC/DC 电路，DC/DC 部分由两个并联的 IGBT 和串联电感组成，两者之间有一个单向的晶闸管用于控制电流方向，另外配有一块 RC 吸收板。本实施例电源模块的交流侧输入540V，空载情况下直流侧整流电压理论值为 763V。
本实施例在运行过程中，模块 DC/DC 基本运行于降压 Buck 状态，下管 S2 始终关断，上管 S1 受控开通或关断。如图 4a 所示，开关管 S1 导通时，功率向低压侧流动的同时有一部分能量存储于Ldc 中；如图 4b 所示，在 S1 关断后， Ldc 通过 D2 续流，储存于 Ldc 中的能量继续注入低压侧。
如图 3 所示，本实施例控制系统包括通过光纤转接板进行通信的电源模块控制板和主控板。每个电源模块上带有模块控制板组成电源模块控制板，电源模块控制板通过光纤转接板与主控板相连进行通信，接收主控板根据设定值实时下发控制参数，主控板则实时接收电源上传的状态和信息。
本实施例电源模块控制板通过整流后的直流侧取电，由光纤接口电路、可编程芯片 FPGA、DA 转换芯片和模拟控制电路构成。
通过光纤接口电路接收主控板经光纤转接板下发的信号，将其中的直流电压控制目标值指令通过 DA 芯片转换成模拟量，并通过模拟电路进行闭环控制，控制 DC/DC 电路中的 IGBT。
本实施例光纤转接板主要用于光电信号转换，有 16 组光纤收发电路、 16 个对外输出通信端口和 1 个输入通信端口，其中 16 组收发光纤与直流电源装置连接，通信端口则与控制板连接。主控板通过广播的方式实时下发直流电压参考值，直流电源模块控制板实时上传当前直流电压输出值等运行信息和状态，信息交互通过串行通信的方式实现，通信内容和通信协议均为自定义。
本实施例主控板用于整机的参数设置、控制和保护，其由 DSP 和 FPGA 组成，其中 FPGA 用于串行通信协议的打包和解析， DSP 则主要用于装置运行数据的整理计算和保护。另外控制板通过DSP 的 485 外接显示装置，用于显示和运行参数设置。本实施例中的外接显示装置为人机界面。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (10)
1.一种多模块串联高压大功率直流电源装置，其特征在于，包括一台多绕组变压器 T、多个与变压器副边绕组连接的电源模块和相应的控制系统，所述电源模块包括二极管组成的三相整流电路和双向 DC/DC 电路，所述三相整流电路和双向 DC/DC 电路通过 RC 板和单相晶闸管连接；所述控制系统包括通过光纤转接板进行通信的电源模块控制板和主控板。
2.根据权利要求 1 所述的一种多模块串联高压大功率直流电源装置，其特征在于，所述双向 DC/DC 电路由两个并联的 IGBT 和串联电感组成。
3.根据权利要求 1 所述的一种多模块串联高压大功率直流电源装置，其特征在于，所述多绕组变压器 T 为干式整流多绕组变压器，采用移相设计，每 4 个绕组呈 0°、 15°、30°、 45°设计，阻抗为 7～ 9%，输入电压为 10kV±5%，额定输出为 16×540V，绕组为 Y/D接法。
4.根据权利要求 1 所述的一种多模块串联高压大功率直流电源装置，其特征在于，所述电源模块为三相交流输入，输出为按设定参考可变的直流电压，多个电源模块输出依次正负串联以实现高直流电压输出。
5.根据权利要求 1 所述的一种多模块串联高压大功率直流电源装置，其特征在于，所述电源模块控制板通过整流后的直流侧取电，由光纤接口电路、可编程芯片 FPGA、DA 转换芯片和模拟控制电路构成。
6.根据权利要求 1 所述的一种多模块串联高压大功率直流电源装置，其特征在于，所述光纤转接板包括与电源模块控制板连接的收发光纤电路，对外输出通信端口和与主控板连接的输入通信端口。
7.根据权利要求 1 所述的一种多模块串联高压大功率直流电源装置，其特征在于，所述主控板通过广播的方式实时下发直流电压参考值，所述主控板与电源模块控制板的信息交互通过串行通信的方式实现。
8.根据权利要求 7 所述的一种多模块串联高压大功率直流电源装置，其特征在于，所述主控板包括用于装置运行数据整理计算和保护的 DSP 以及用于串行同行协议的打包和解析 FPGA 组成。
9.根据权利要求 8 所述的一种多模块串联高压大功率直流电源装置，其特征在于，所述主控板通过 DSP 的 485 外接显示装置，用于显示和运行参数设置。
10.根据权利要求 2 所述的一种多模块串联高压大功率直流电源装置，其特征在于，所述双向 DC/DC 电路在运行过程中处于降压 Buck 状态，下管 S2 始终关断，上管 S1 受控开通或关断。
Priority Applications (1)
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| CN202021871315.0U CN212875669U (zh) | 2020-09-01 | 2020-09-01 | 一种多模块串联高压大功率直流电源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202021871315.0U CN212875669U (zh) | 2020-09-01 | 2020-09-01 | 一种多模块串联高压大功率直流电源装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN212875669U true CN212875669U (zh) | 2021-04-02 |
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ID=75193672
Family Applications (1)
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| CN202021871315.0U Active CN212875669U (zh) | 2020-09-01 | 2020-09-01 | 一种多模块串联高压大功率直流电源装置 |
Country Status (1)
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2020
- 2020-09-01 CN CN202021871315.0U patent/CN212875669U/zh active Active
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