电力供应系统的电能存储装置的双向电池转换器和平衡器制造方法及图纸

用于从电网（14）对负载（18）供应电能的电力供应系统（10）包括至少一个电力供应模块（20）。该电力供应模块（20）包括：要从电网（14）供应的DC链路（24）；和逆变器（26），其连接到DC链路（24）并且适于将来自DC链路（24）的DC电压转换成要供应给负载（18）的AC电压。电力供应系统（10）包括电能存储装置（30），其要由DC链路（24）充电并且在电网（14）具有电力故障时用于对DC链路（24）供应电能，电能存储装置（30）与到电力供应模块（20）的中性点（N）的一个输入（36）连接。电力供应模块（20）包括双向降压/升压转换器（40），其连接到DC链路（24）的正电势（DC+）或负电势（DC-）、到中性点（N）和到电能存储装置（30）的另一个输入（34）。

【技术实现步骤摘要】
电力供应系统的电能存储装置的双向电池转换器和平衡器
本专利技术涉及电力供应系统的领域，特别地涉及对于列车应用的不间断保护系统。特别地，本专利技术涉及用于从电网对负载供应电能的电力供应系统和用于操作电力供应系统的方法。
技术介绍
在列车或铁路系统中，自动列车保护系统通过监管并且控制在铁路上循环的所有车辆的位置和速度而对所有车辆(列车)实现安全操作。自动列车保护和其他铁路设备(例如铁路开关、平交路口、铁路照明，等)可需要安全的电力供应，其适于持续预定时间量地向系统的关键负载提供辅助电力。这样的电力供应系统也叫作不间断保护系统。 不间断电力供应或保护系统可包括一个或多个电力供应模块，其适于从由电网供应的输入电流产生AC输出电流。对于AC电网，电力供应模块可包括对DC链路供应的整流器，其与逆变器互连用于产生AC输出电流。在DC电网的情况下，整流器可省略。逆变器和/或整流器可具有带两个半桥相臂的转换器拓扑，所述两个半桥相臂连接到具有中心中性点的分裂DC链路。简单且经济的拓扑可以是具有分裂DC链路和从输入穿过到输出的中性/共同参考点的半桥整流器和半桥逆变器。这些拓扑也适用于4线(400V)和3线(如在北美是480V)两个系统。 为了提供辅助能量，在电网中断时，不间断保护系统通常包括采用可充电电池或蓄电池形式的电能存储装置。例如，铅酸电池可用作不间断保护系统中的电能存储装置。 共用电池有时用于若干电力供应模块，但这可因为电池可以引入电流路径而在系统级引起操作或成本问题，其可需要复杂或昂贵的解决方案来避免电力供应模块之间过多和/或不受控制的循环电流。 可获得对这些问题的若干解决方案并且通常使用它们。例如，可使用三线电池(即，具有正、负和中点输入的电池)，其中中点输入以稳定的参考电势为中心，该参考电势典型地是电力供应系统的中性点。这样的系统通常控制简单并且固有地可是稳定的，但分裂/三线电池由于布线、保护和对支持双侧或分裂DC链路和充电功能的两个DC-DC转换器的需要而导致更高的成本。 作为另一个示例，可使用双线电池(S卩，具有正和负输入的电池)，其与到不稳定但受控制的电势(例如，到电力供应模块的DC链路的电势)的一个输入连接。在该情况下，保护和转换器的数量可较少，但控制通常更困难并且典型地在不同的电力供应模块之间需要额外的阻抗和控制电路以经由主动和被动控制来将循环电流限制到实际水平。 具有连接到不稳定电势的电池的拓扑可另外是潜在严重的EMI源，其可需要合适且高成本的解决方案来遵循规章。对于大的系统的电池布线可潜在地起到辐射天线的作用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供简单、易于控制且廉价的不间断保护系统。 该目的可用独立权利要求的主题实现。另外的示范性实施例从从属权利要求和下面的描述显而易见。 本专利技术的方面涉及用于从电网对负载供应电能的电力供应系统。该电网可以是大型电网，例如16 2/3 Hz AC列车电压网络、230V/50/60HZ网络或DC网络。一个或多个负载可包括列车保护系统和铁路设备，例如传感器、开关，等。 根据本专利技术的实施例，电力供应系统包括一个或多个电力供应模块，其中的每个可包括串联连接的整流器(仅在AC输入电网的情况下)、DC链路和逆变器。在多个电力供应模块的情况下，这些模块可与电网并联连接。 根据本专利技术的实施例，电力供应模块(或全部的电力供应模块)包括要从电网供应(例如经由整流器)的DC链路，和逆变器，其连接到该DC链路并且适于将来自DC链路的DC电压转换成要供应给负载的AC电压。电力供应系统包括电能存储装置，其要由DC链路充电并且例如在电网具有电力故障时对DC链路供应电能。该电能存储装置与到电力供应模块的中性点的一个输入连接。电力供应模块包括双向降压/升压转换器，其连接到DC链路的正或负电势、中性点和电能存储装置的另一个输入。 双向降压/升压转换器可以是具有半桥和连接到该半桥的中点的电感的DC-DC转换器。利用该双向降压/升压转换器，电能存储装置可充电或放电，这还允许与连接到DC链路的整流器的负载共享，例如用于过载或用于电池诊断。必须注意在电能存储装置与DC链路之间可提供仅一个单一双向转换器，用于对电能存储装置充电/使其放电，这可使系统和它的控制简化、可节省布线和部件。 此外，双向降压/升压转换器可支持分裂DC链路的任一个部分但不是两个部分。可对双向降压/升压转换器定额用于全系统功率。 也可对连接到双向降压/升压转换器的输入和系统稳定中性电势的电能存储装置(其可以是可充电电池或蓄电池)定额用于全系统功率。因为电能存储装置可连接到所有电力供应模块共享的稳定电势(即，共同中性点)，在电力供应模块之间可不存在不受控制的循环电流。 根据本专利技术的实施例，DC链路是分裂和/或双侧DC链路，例如可包括在DC链路的正和负电势之间串联互连的两个电容器，其中在这两个电容器之间(即，在分裂DC链路的中点处)提供中性点。这样，电能存储装置的一端连接到中点和双侧DC链路的一侧。 根据本专利技术的实施例，电能存储装置仅包括两个输入，即可以是具有仅两个端子的电池，例如简单的标准铅酸蓄电池。这样的电池连接可尽可能最简单。提出的拓扑可利用双线电池，其中一端连接到电力供应模块中的稳定中性电势，例如总电力供应系统的中性电势。 这样电池可由于实际商用部件可用性而提供额外益处，其允许在多至额定系统功率’电池充电器’功能的简单实现。这在具有非常弱的公用事业或备选能量应用的领域中十分重要。该拓扑还允许使用没有连接中点的三线遗留电池。 根据本专利技术的实施例，电力供应模块进一步包括另外的双向降压/升压转换器，其使DC链路的中性点、负电势和正电势互连。上文提到的第一双向降压/升压转换器可视为充电/放电转换器。附加的另外的第二转换器可视为平衡转换器，用于平衡分裂DC链路的部分之间和/或在系统动态情形下不同DC链路之间的负载。 利用平衡转换器，到DC链路的AC电流的DC分量可被控制以例如在电能存储装置的充电期间维持电流的AC和DC分量的调节和平衡。 另外，在不同DC链路的不平衡加载期间，平衡转换器可通过两个或以上DC链路之间的能量传递而补偿不同的负载。 总的来说，每个电力供应模块可包括:第一降压/升压转换器，其使电能存储装置与DC链路的一半或部分互连；和第二降压/升压转换器，用于向DC链路的相应另一半传递对于相反的半周期的负载支持所需要的能量。 根据本专利技术的实施例，第一降压/升压转换器和/或另外的第二降压/升压转换器包括提供第一输出和第二输出的半桥(串联连接的两个半导体开关)和与到半桥的中点的一端连接(在两个半导体开关之间)并且对第三输出提供另一端的电感。降压/升压转换器中的两个都是双向的，其中第一转换器可起到具有相同的部件从而具有非常高的电势充电能力的充电器的作用。 降压/升压转换器和/或另外的降压/升压转换器此外可包括两个二极管，每个二极管与半导体开关中的一个并联连接。 根据本专利技术的实施例，与电能存储装置互连的降压/升压转换器与到电能存储装置的第一输出、到中性点的第二输出和到DC链路的正或负电势的第三输出连接。采用这样的方式，在充电期间，电能存储装置的电压可高于DC链路的正本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从电网（14）对负载（18）供应电能的电力供应系统（10），所述电力供应系统（10）包括至少一个电力供应模块（20），其包括：要从所述电网（14）被供应的DC链路（24）；以及逆变器（26），其连接到所述DC链路（24）并且适于将来自所述DC链路（24）的DC电压转换成要供应给所述负载（18）的AC电压；其中所述电力供应系统（10）包括电能存储装置（30），其要由所述DC链路（24）充电并且在所述电网（14）具有电力故障时用于对所述DC链路（24）供应电能，所述电能存储装置（30）与到所述电力供应模块（20）的中性点（N）的一个输入（36）连接；其中所述DC链路（24）包括在所述DC链路（24）的正电势（DC+）与负电势（DC‑）之间串联互连的至少两个电容器（28），其中所述中性点（N）在所述至少两个电容器（28）之间提供；其中所述电力供应模块（20）包括双向降压/升压转换器（40），用于对连接到所述DC链路（24）的正电势（DC+）或负电势（DC‑）、到所述中性点（N）和到所述电能存储装置（30）的另一个输入（34）的电能存储装置（30）充电并且使其放电；其中所述电力供应模块（20）包括另外的双向降压/升压转换器（60），用于平衡存储在所述DC链路电容器（28）中的电能，所述DC链路电容器（28）使所述DC链路（24）的中性点（N）、负电势（DC‑）和正电势（DC+）互连。...

【技术特征摘要】
2013.07.31 EP 13178659.21.一种用于从电网(14)对负载(18)供应电能的电力供应系统(10),所述电力供应系统(10)包括至少一个电力供应模块(20)，其包括: 要从所述电网(14)被供应的DC链路(24)；以及 逆变器(26)，其连接到所述DC链路(24)并且适于将来自所述DC链路(24)的DC电压转换成要供应给所述负载(18)的AC电压； 其中所述电力供应系统(10 )包括电能存储装置(30 )，其要由所述DC链路(24)充电并且在所述电网(14)具有电力故障时用于对所述DC链路(24)供应电能，所述电能存储装置(30)与到所述电力供应模块(20)的中性点(N)的一个输入(36)连接； 其中所述DC链路(24)包括在所述DC链路(24)的正电势(DC+ )与负电势(DC-)之间串联互连的至少两个电容器(28)，其中所述中性点(N)在所述至少两个电容器(28)之间提供； 其中所述电力供应模块(20)包括双向降压/升压转换器(40)，用于对连接到所述DC链路(24)的正电势(DC+ )或负电势(DC-)、到所述中性点(N)和到所述电能存储装置(30)的另一个输入(34)的电能存储装置(30)充电并且使其放电； 其中所述电力供应模块(20)包括另外的双向降压/升压转换器(60)，用于平衡存储在所述DC链路电容器(28 )中的电能，所述DC链路电容器(28 )使所述DC链路(24 )的中性点(N)、负电势(DC-)和正电势(DC+)互连。2.如权利要求1所述的电力供应系统(10)， 其中所述电能存储装置(30 )仅包括两个输入(34，36 )。3.如权利要求1所述的电力供应系统(10)， 其中所述降压/升压转换器(40)和/或所述另外的降压/升压转换器(60)包括串联连接的提供第一输出(52，72)和第二输出(54，74)的两个半导体开关(44，64)，和电感(48，68)，其与所述两个半导体开关(44，46)之间的一端连接并且对第三输出(56，76)提供另一端。4.如权利要求3所述的电力供应系统(10)， 其中所述降压/升压转换器(40)和/或所述另外的降压/升压转换器(60)包括两个二极管(46,66),每个二极管与所述半导体开关(44,66)中的一个并联连接。5.如权利要求3所述的电力供应系统(10)， 其中用于对所述电能存储装置(30)充电并且使其放电的降压/升压转换器(40)与到所述电能存储装置(30)的第一输出(52)、到所述中性点(N)的第二输出(54)和到所述DC链路(24)的正电势(DC+)或负电势(DC-)的第三输出(56)连接。6.如权利要求4所述的电力供应系统(10)， 其中用于对所述电能存储装置(30)充电并且使其放电的降压/升压转换器(40)与到所述电能存储装置(30)的第一输出(52)、到所述中性点(N)的第二输出(54)和到所述DC链路(24)的正电势(DC+)或负电势(DC-)的第三输出(56)连接。7.如权利要求3所述的电力供应系统(10)， 其中用于对所述电能存储装置(30)充电并且使其放电的降压/升压转换器(40)与到所述DC链路(24)的正电势(DC+)或负电势(DC-)的第一输出(52)、到所述中性点(N)的第二输出(54)和到所述电能存储装置(30)的第三输出(56)连接。8.如权利要求4所述的电力供应系统(10)， 其中用于对所...

【专利技术属性】
技术研发人员：F马巴赫，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH