一种应用于直流配电系统的双极性直流供电装置制造方法及图纸

本发明专利技术一种应用于直流配电系统的双极性直流供电装置，当双极性直流母线的功率基本平衡时，电能变换单元可以利用20%~30%功率的双极性直流母线功率满足用电电器全功率的需要，双极性直流供电装置中电能变换单元在设计时需要与双极性母线上用电电器的分布和功率特性等密切结合。双极性直流供电装置内部控制系统根据CS1、CS2、CS3电流传感器采样的电流信号进行FFT分析，并根据具体结果进行过流和电弧等判断，并控制开关K1、K2、K3同时动作，实现控制保护和电弧保护等。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于直流配电系统的双极性直流供电装置
本专利技术专利涉及直流配电领域，尤其涉及到采用双极性直流供电的配电领域。
技术介绍
相比目前交流配电领域，直流配电由于没有频率、相位等复杂问题，在配电的可靠性和稳定性方面具有更大优势，另外随着新能源和储能等系统的逐渐成熟和应用，这些发电和储电单元本身也为直流形式，另外目前的用电负荷很大一部分在负荷内部是由交流整流到直流再去给负荷供电的，此类直接接入直流配电系统采用直流配电的方法能够实现更低的能耗和更高的效益，因此直流配电势必是未来供电的一种发展趋势。采用低电压的直流配电传输供电半径有限，采用高电压的直流配电目前直流电器的兼容性又会有很大问题，因此未来直流配电势必是一种采用高压直流配电传输和低压直流配电供电的方式，需要一个高压和低压转换的供电装置。采用全功率的高低压转换供电装置可以解决目前的问题，但是初始投资和损耗很大，采用直流配电的优势就会大大减小，如何采用一种供电装置实现高低压的转换，并且具有很小的初始投资和很高的能效比是必须首先考虑解决的问题。同时低压直流配电直接对接用电电器，完善的直流计量、直流保护等必须在此部分完成，这也是本一种应用于直流配电系统的双极性直流供电装置提出的背景。
技术实现思路
为了解决直流配电系统中高压直流传输和低压直流供电的问题，考虑初始投资和提高能效等，同时结合低压直流供电的安全性等，本专利技术提供了一种应用于直流配电系统的双极性直流供电装置。采用一种双极性直流供电装置连接高电压传输单极型直流母线和低电压供电双极性直流母线，并集成直流计量、直流保护等功能。双极性直流供电装置中电能变换单元采用两个半桥模块组成的类三电平拓扑结构维持双极性供电直流母线的稳定，通过合理设计分布于双极性直流母线的用电电器可以减小电能变换单元的功率等级，利用部分功率的电能变换单元满足双极性直流母线负载功率的需求。技术方案本专利技术一种应用于直流配电系统的双极性直流供电装置，适用于采用单极性高电压直流母线进行远距离电能传输和采用双极性低电压直流母线进行本地电器供电的直流配电系统，如图1所示。直流配电系统以750V单极性直流母线进行电能远距离传输，同时大功率负载可以直接连接到750V传输母线上。通过双极性直流供电装置将单极性750V直流母线转换为±375V双极性直流母线为本地区域内直流电器等供电。每个区域采用一个双极性直流供电装置产生±375V双极性直流母线为本地负荷供电。本专利技术一种应用于直流配电系统的双极性直流供电装置，是一种为小型区域内直流电器进行供电的装置，连接区域外部750V直流母线，内部产生±375V双极性直流母线为本地负荷供电。如图2所示，作为本区域供电的终端，双极性直流供电装置内部集成电能变换、电能计量、控制保护、电弧漏电检测和监控显示等部分单元。本专利技术一种应用于直流配电系统的双极性直流供电装置，电能变换单元采用两个半桥模块组成的类三电平拓扑结构，如图3所示。采用类三电平拓扑DC/DC结构能够减小电感体积，减小电流纹波，利用类三电平拓扑DC/DC变换器实现对正负母线电压的稳压和均衡控制。类三电平拓扑DC/DC变换器只承担双极性直流母线上下母线差额功率，通过合适的设计双极性直流母线用电电器可以极大地减小电能变换单元功率等级，提高系统效率。本方法专利技术一种应用于直流配电系统的双极性直流供电装置，在双极性输出侧增加电压和电流检测单元，同时配置主动式开关，满足电能变换、电能计量、电弧保护等功能要求。有益效果一种应用于直流配电系统的双极性直流供电装置满足于未来直流配电系统高电压直流远距离传输，低电压直流近距离配电的需求；一种应用于直流配电系统的双极性直流供电装置采用两个半桥模块组成的类三电平拓扑结构实现高低电压直接的转换和功率传输，与传统全功率变换器不同，本一种应用于直流配电系统的双极性直流供电装置只是在进行双极性直流母线不同极性母线之间功率的差额交互，并未进行全功率变换，配合外部直流用电电器的分布可以极大地降低系统初始投资和能耗；再次，本一种应用于直流配电系统的双极性直流供电装置作为本地区域内直流配电的关口，除具备电压转换和功率传输之外，还具备电能计量尤其是直流电弧检测和保护等功能，提高直流供电的安全性。附图说明图1是直流配电系统图。图2是双极性直流供电装置示意图。图3是双极性供电装置内部结构。图1中750V为长距离直流传输电压等级；+375V为本地区域低压双极性直流母线正母线；0V为本地区域低压双极性直流母线零母线；-375V为本地区域低压双极性直流母线负母线；图2中750V为长距离直流传输电压等级；+375V为本地区域低压双极性直流母线正母线；0V为本地区域低压双极性直流母线零母线；-375V为本地区域低压双极性直流母线负母线；图3中750V为长距离直流传输电压等级；+375V为本地区域低压双极性直流母线正母线；0V为本地区域低压双极性直流母线零母线；-375V为本地区域低压双极性直流母线负母线；T1、T2、T3、T4为双极性供电装置电能变换单元开关器件；C1、C2为双极性供电装置电能变换单元双极性输出侧电容；TS1、TS2为双极性供电装置电能变换单元双极性输出侧电压传感器；CS1、CS2、CS3为双极性供电装置电能变换单元双极性输出侧电流传感器；K1、K2、K3为双极性供电装置电能变换单元双极性输出侧开关；V1为双极性供电装置电能变换单元双极性输出侧正母线电压；V2为双极性供电装置电能变换单元双极性输出侧负母线电压；I1为双极性供电装置电能变换单元双极性输出侧正母线电流；I2为双极性供电装置电能变换单元双极性输出侧负母线电流；I0为双极性供电装置电能变换单元双极性输出侧零母线电流；IL为双极性供电装置电能变换单元电感电流。具体实施方式如图1所示，双极性直流供电装置适合于采用单极性高电压（750V）进行远距离传输、采用双极性低电压（±375V）进行本地区域供电的直流配电系统，作为单极性高电压和双极性低电压的转换装置，同时作为区域内双极性直流供电装置，高电压大功率直流电器可以连接于+375V母线和-375V母线之间，普通直流电器可以连接于+375V母线和0V母线以及0V母线和-375V母线之间。如图2所示，双极性直流供电装置作为区域内双极性直流供电的装置，除了高压向低压、单极性向双极性电能变换之外，还集成了电能计量、控制保护、电弧漏电检测和监控显示等功能。如图3所示，双极性直流供电装置内部结构中主要包括电能变换主电路、采样传感器和开关、控制系统等。其中电能变换主电路采用两个半桥模块组成的类三电平DC/DC拓扑结构，双极性直流供电装置输出侧增加正极性电压传感器TS1和负极性电压传感器TS2，在正母线、零母线和负母线均增加电流传感器CS1、CS2、CS3和主动式保护开关K1、K2、K3。双极性直流供电装置电能变换主电路部分，设置双极性电压偏差为VH，控制系统根据电压传感器TS1和负极性电压传感器TS2检测到的双极性电压值V1和V2控制类三电平DC/DC工作。当检测到V1＞V2且V1-V2≥VH时，控制系统控制图3主电路中开关器件T1、T3导通，T2、T4关断，输入750V电压通过T1、T3和电感L向电容C2充电，使得电压V2升高，同时电容C1通过T1、T3和电感本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于直流配电系统的双极性直流供电装置，其特征在于：适用于采用单极性高电压满足长距离输电半径要求、采用双极性低电压兼容直流用电电器的直流配电系统，作为单极性高电压和双极性低电压的转换装置和小型区域的终端直流供电装置。

【技术特征摘要】
1.一种应用于直流配电系统的双极性直流供电装置，其特征在于：适用于采用单极性高电压满足长距离输电半径要求、采用双极性低电压兼容直流用电电器的直流配电系统，作为单极性高电压和双极性低电压的转换装置和小型区域的终端直流供电装置。2.根据权利要求1所述的双极性直流供电装置，其特征在于：双极性直流供电装置不只是一个实现电压变换的功率单元，还是一个集成电能变换、控制保护、电弧漏电检测保护和监控显示为一体的直流终端供电装置。3.根据权利要求2所述的双极性直流供电装置，其特征在于：双极性直流供电装置中电能变换单元在设计时需要与双极性母线上用电电器的分布和功率特性等密切结合，尽量做到双极性直流母线的功率平衡，电能变换单元可以利用20%~30%功率的双极性直流母线功率满足用电电器全功率的需要。4.根据权利要求3所述的双极性直流供电装置，其特征在于：双极性直流供电装置中电能变换单元采用两个半桥模块组成的类三电平拓扑结构，双极性直流供电母线的正母线和负母线直接连接单极性高压母线正负端，由类三电平拓扑结构DC/DC控制双极性直流母线零线，功率密度高，控制简单可靠，适合区域的直流供电使用。5.根据权利要求4所述的双极性直流供电装置，其特征在于：双极性直流供电装置中电能变换单元运行分为三个工况：①、V1＞V2且V1-V2≥VH时，T1、T3导通，T2、T4关断；②、V2＞V1且V2-V1≥VH时，T2、T4导通，T1、T3关断；③、...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁建钢，吴学智，童亦斌，
申请(专利权)人：北京德意新能电气有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11