多用途双向功率电力试验电源系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及样一种多用途双向功率电力试验电源系统及其控制方法，该系统包括PWM可逆整流器以及有源钳位双向DC/DC变换器；该方法包括：第一级采用单极性SPWM控制，第一级电路在功率正向流动时，具有功率因数校正功能，PF值很高；功率逆向流动时，总谐波畸变率低；第二级采用移相控制或PWM控制，功率正向流动时，输出直流电压调整幅度宽；采用了有源钳位电路后，实现了第二级电路开关管的软开关，因此在不同负载情况下均具有较高的效率。该电源采用全数字控制，与传统的电力试验电源相比，具有体积小、重量轻、功能多等特点，适用于电力操作、检修试验、蓄电池充放电等场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多用途双向功率电力试验电源系统及其控制方法。
技术介绍
为了满足安全生产的需要，电力系统中需要配备多种常用的直流电源，如直流屏、电力试验电源、蓄电池充放电仪、壁挂电源等。电力试验电源适用于发电厂、变电站及大中型工业企业，可作为标准的继电保护试验电源；又可作为便携式直流电源，为二次设备的可靠供电提供保障。我国电力事业正向着安全、稳定、经济、清洁的现代能源产业体系发展，电力试验电源在电力操作、检修试验方面的需求越来越大。电力试验电源是一种输出直流电压可以调整的电源，主要有两种不同的类别：线性电源采用的功率调整管工作在线性区，所以又被称为串联调整式电源；线性稳压电源具有电路简单，瞬态响应快，输出电压纹波小，电压稳定度高等优点，但是有效率低(通常只有35％～40％)、设备体积大(工频变压器、较大的LC滤波器)等不足。而开关电源的功率半导体器件则工作在开关状态，通过控制器件的导通时间在一个开关周期内所占的比例(占空比)来调节输出电压；开关电源采用的是高频隔离变压器，同时LC滤波器也较小，因此具有体积小、重量轻等优点，电源效率和功率密度也较高；同时其输出电压调节方便，很容易实现模块化；但是由于功率半导体器件工作在高频开关状态，在其开关过程中产生较大的尖峰和谐波干扰，如果不进行抑制或者屏蔽，不但会影响系统的稳定运行，还可能干扰周围的电子设备。鉴于开关电源在成本和效率等方面的优势，目前市面上的电力试验电源大部分为开关电源，而软开关技术和数字控制的不断成熟也为电力试验电源的发展注入了新的活力。传统的电力试验电源多采用二极管桥式整流加移相全桥的两级式方案，该方案电路比较简单，但是其交流侧电流了波形畸变严重，谐波含量较大；专利申请号为201110237459.X-继电保护试验电源装置中增加了无源PFC电路，专利申请号为201410480415.3-数字式直流试验电源为加入BOOST型PFC电路的三级式方案，以满足低输入电流谐波的要求，但都只能实现功率交流侧到直流侧的单向流动。直流操作电源以及直流母线都配有蓄电池组，以提高系统的安全性和可靠性，因此需要专门的设备定期对蓄电池进行放电管理，以保持蓄电池组的均衡性，从而延长其使用寿命。而传统的蓄电池放电仪在给蓄电池放电时，不能将电能回馈给电网，而是将蓄电池能量通过功率电阻消耗掉，造成的能源浪费。专利申请号为201220296142.3-一种蓄电池充放电机公开了一种蓄电池充放电一体装置，既可以对蓄电池充电、又能够将蓄电池能量回馈到电网中，但其充电阶段采用的是可控硅三相全控整流电路，其工作频率低、输出电压纹波较大，因此需要配置较大的滤波器；此外，其放电阶段采用逆变器，也就是说该装置内部有两套电路，分别用于充电和放电，因此该装置器件较多、体积较大、功率密度较低。专利申请号为201210014240.8-V2G双向功率变换电动汽车充放电系统及其控制方法公开了一种双向功率变换电动汽车充放电系统及其控制方法，其后级采用双向半桥型LLC谐振变换器，在工程应用中适用于3kW以下场合，由于LLC谐振变换器采用的是变频控制，当输出直流电压变化范围很大时，调频范围很大，这对磁性器件的选择、设计、系统控制稳定性都带来了很大挑战，甚至是不可行的控制方式。以此其输出直流电压不能宽范围调整，不合适作为电力试验电源的电路方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多用途双向功率电力试验电源系统及其控制方法，以克服现有技术中存在的缺陷。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种多用途双向功率电力试验电源系统，包括：依次相连的一PWM可逆整流器、一双向DC/DC变换器以及一LC滤波电路；所述PWM可逆整流器包括一AC/DC PWM可逆整流单元；所述双向DC/DC变换器包括依次相连的DC/AC高频整流/逆变单元、高频变压器以及AC/DC高频整流/逆变单元；所述AC/DC PWM可逆整流单元作为交流侧输入端，所述LC滤波电路作为直流侧输出端；还包括一控制器，所述控制器经驱动隔离单元分别与所述AC/DC PWM可逆整流单元、所述DC/AC高频整流/逆变单元以及所述AC/DC高频整流/逆变单元相连；所述控制器还分别与用于采样交流侧电流的交流电流采样单元、用于采样交流侧电压的交流电压采样单元、用于采样直流母线电压的直流电压采样单元、用于采样高频变压器原边电流的原边电流采样单元、用于采样输出直流电压的输出电压采样单元、用于采样输出直流电流的输出电流采样单元、LED显示模块以及按键模块相连。在本专利技术一实施例中，所述AC/DC PWM可逆整流单元包括：分别反并联有二极管的第一至第四IGBT管、交流侧电感以及直流母线电容；第一IGBT管的发射极与第二IGBT管的集电极相连，并与所述交流侧电感的一端相连，所述交流侧电感的另一端接入交流侧一端；第三IGBT管的发射极与第四IGBT管的集电极相连，并接入交流侧的另一端；所述第一IGBT管的集电极与所述第三IGBT管的集电极相连，并与所述直流母线电容的一端相连；所述第二IGBT管的发射极与所述第四IGBT管的发射极相连，并与直流母线电容的另一端相连；所述第一至第四IGBT管的栅极均与所述驱动隔离单元相连。在本专利技术一实施例中，所述DC/AC高频整流/逆变单元包括：分别反并联有二极管的第五至第八IGBT管；第五IGBT管的发射极与第六IGBT管的集电极相连，并接入所述高频变压器一次侧的同名端；第七IGBT管的发射极与第八IGBT管的集电极相连，并接入所述高频变压器的一次侧异名端；所述第五IGBT管的集电极与所述第七IGBT管的集电极相连；所述第六IGBT管的发射极与所述第八IGBT管的发射极相连；所述第五至第八IGBT管的栅极均与所述驱动隔离单元相连。在本专利技术一实施例中，所述AC/DC高频整流/逆变单元包括：钳位电容以及分别反并联有二极管以及电容的第九至第十三MOSFET管；第九MOSFET管的源极与第十MOSFET管的漏极相连，并接入所述高频变压器二次侧的同名端；第十一MOSFET管的源极与第十二MOSFET管的漏极相连，并接入所述高频变压器二次侧的异名端；所述第九MOSFET管的漏极与第所述十一MOSFET管的漏极相连，并与所述第十三MOSFET管的源极相连；所述第十三MOSFET管的漏极与所述钳位电容的一端相连；所述第十MOSFET管的源极与所述第十二MOSFET管的源极相连，并与所述钳位电容的另一端相连；所述第九至第十三MOSFET管的栅极均与所述驱动隔离单元相连。进一步的，还提供一种多用途双向功率电力试验电源系统的控制方法，当功率从交流侧传输至直流侧时，所述控制器控制所述PWM可逆整流器工作在整流模式，所述控制器控制所述双向DC/DC变换器工作在降压型全桥模式；当功率从直流侧传输至交流侧时，所述控制器控制所述双向DC/DC变换器工作在升压型全桥模式，所述控制器控制所述PWM可逆整流器工作在有源逆变模式。在本专利技术一实施例中，当所述PWM可逆整流器工作在整流模式时，所述控制器将所述直流电压采样单元提供的实际直流母线电压采样值ud与母线电压给定信号ud*相减的差值进行第一次PI调节后作为电流指定信号im，其中，为所述第一次PI本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多用途双向功率电力试验电源系统，其特征在于，包括：依次相连的一PWM可逆整流器、一双向DC/DC变换器以及一LC滤波电路；所述PWM可逆整流器包括一AC/DC PWM可逆整流单元；所述双向DC/DC变换器包括依次相连的DC/AC高频整流/逆变单元、高频变压器以及AC/DC高频整流/逆变单元；所述AC/DC PWM可逆整流单元作为交流侧输入端，所述LC滤波电路作为直流侧输出端；还包括一控制器，所述控制器经驱动隔离单元分别与所述AC/DC PWM可逆整流单元、所述DC/AC高频整流/逆变单元以及所述AC/DC高频整流/逆变单元相连；所述控制器还分别与用于采样交流侧电流的交流电流采样单元、用于采样交流侧电压的交流电压采样单元、用于采样直流母线电压的直流电压采样单元、用于采样高频变压器原边电流的原边电流采样单元、用于采样输出直流电压的输出电压采样单元、用于采样输出直流电流的输出电流采样单元、LED显示模块以及按键模块相连。

【技术特征摘要】
1.一种多用途双向功率电力试验电源系统，其特征在于，包括：依次相连的一PWM可逆整流器、一双向DC/DC变换器以及一LC滤波电路；所述PWM可逆整流器包括一AC/DC PWM可逆整流单元；所述双向DC/DC变换器包括依次相连的DC/AC高频整流/逆变单元、高频变压器以及AC/DC高频整流/逆变单元；所述AC/DC PWM可逆整流单元作为交流侧输入端，所述LC滤波电路作为直流侧输出端；还包括一控制器，所述控制器经驱动隔离单元分别与所述AC/DC PWM可逆整流单元、所述DC/AC高频整流/逆变单元以及所述AC/DC高频整流/逆变单元相连；所述控制器还分别与用于采样交流侧电流的交流电流采样单元、用于采样交流侧电压的交流电压采样单元、用于采样直流母线电压的直流电压采样单元、用于采样高频变压器原边电流的原边电流采样单元、用于采样输出直流电压的输出电压采样单元、用于采样输出直流电流的输出电流采样单元、LED显示模块以及按键模块相连。2.根据权利要求1所述的多用途双向功率电力试验电源系统，其特征在于，所述AC/DC PWM可逆整流单元包括：分别反并联有二极管的第一至第四IGBT管、交流侧电感以及直流母线电容；第一IGBT管的发射极与第二IGBT管的集电极相连，并与所述交流侧电感的一端相连，所述交流侧电感的另一端接入交流侧一端；第三IGBT管的发射极与第四IGBT管的集电极相连，并接入交流侧的另一端；所述第一IGBT管的集电极与所述第三IGBT管的集电极相连，并与所述直流母线电容的一端相连；所述第二IGBT管的发射极与所述第四IGBT管的发射极相连，并与直流母线电容的另一端相连；所述第一至第四IGBT管的栅极均与所述驱动隔离单元相连。3.根据权利要求1所述的多用途双向功率电力试验电源系统，其特征在于，所述DC/AC高频整流/逆变单元包括：分别反并联有二极管的第五至第八IGBT管；第五IGBT管的发射极与第六IGBT管的集电极相连，并接入所述高频变压器一次侧的同名端；第七IGBT管的发射极与第八IGBT管的集电极相连，并接入所述高频变压器的一次侧异名端；所述第五IGBT管的集电极与所述第七IGBT管的集电极相连；所述第六IGBT管的发射极与所述第八IGBT管的发射极相连；所述第五至第八IGBT管的栅极均与所述驱动隔离单元相连。4.根据权利要求3所述的多用途双向功率电力试验电源系统，其特征在于，所述AC/DC高频整流/逆变单元包括：钳位电容以及分别反并联有二极管以及电容的第九至第十三MOSFET管；第九MOSFET管的源极与第十MOSFET管的漏极相连，并接入所述高频变压器二次侧的同名端；第十一MOSFET管的源极与第十二MOSFET管的漏极相连，并接入所述高频变压器二次侧的异名端；所述第九MOSFET管的漏极与第所述十一MOSFET管的漏极相连，并与所述第十三MOSFET管的源极相连；所述第十三MOSFET管的漏极与所述钳位电容的一端相连；所述第十MOSFET管的源极与所述第十二MOSFET管的源极相连，并与所述钳位电容的另一端相连；所述第九至第十三MOSFET管的栅极均与所述驱动隔离单元相连。5.一种权利要求4所述的多用途双向功率电力试验电源系统的控制方法，其特征在于，当功率从交流侧传输至直流侧时，所述控制器控制所述PWM可逆整流器工作在整流模式，所述控制器控制所述双向DC/DC变换器工作在降压型全桥模式；当功率从直流侧传输至交流侧时，所述控制器控制所述双向DC/DC变换器工作在升压型全桥模式，所述控制器控制所述PWM可逆整流器工作在有源逆变模式。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：范彦琨，陈光焰，熊旭，陈颖霞，许泓，吕小伟，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司，国家电网公司，国网福建省电力有限公司检修分公司，
类型：发明
国别省市：福建;35