中压直流输入双输出三电平移相全桥充电装置及在线充电控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种中压直流输入双输出三电平移相全桥充电装置，包括输入回路、三电平逆变组件、三绕组中频变压器、整流组件及输出回路，输入回路从中压直流电网取电输送至三电平逆变组件，三电平逆变组件将直流电变换为中频交流电输送至三绕组中频变压器，三绕组中频变压器将中频交流电降压后分两路输送至整流组件，整流组件将两路中频交流电变换为两路直流电输送至输出回路，输出回路将两路直流电滤波后向两路超级电容充电。采用基于三绕组中频变压器的隔离型三电平拓扑结构，同时满足了中压直流输入、双输出、输入输出电气隔离、结构简单、功率密度高、可靠性高等多重需求，解决了电磁发射过程中超级电容的快速在线充电问题。

【技术实现步骤摘要】
中压直流输入双输出三电平移相全桥充电装置及在线充电控制方法
本专利技术属于电力电子电能变换装置
，具体涉及一种中压直流输入双输出三电平移相全桥充电装置及在线充电控制方法。
技术介绍
近年来随着技术水平不断进步，电磁发射从一种全新概念的发射方式逐渐走向工程实践，其在军事和民用领域都有着巨大的潜在优势和广阔的应用前景。电磁发射过程需要极大的瞬时功率，电网容量无法满足需求，因此，必须在电磁发射装置中配置储能系统，以降低大功率连续发射对电网的瞬时功率需求。超级电容储能具有功率密度高、储能周期短、循环寿命长、使用温度范围宽等优势，非常适用于电磁发射等需要高功率密度、快速储/释能的应用场合。采用超级电容储能时，需要在储能系统中配置充电装置，充电装置的主要功能是为超级电容充电，补充发射过程消耗的电能。当前适用于超级电容充电的变换器拓扑分为非隔离与隔离两类，非隔离拓扑功率等级小、安全性低；隔离拓扑中的两电平结构电压等级低，基于两电平结构的串并联组合、模块化多电平结构过于复杂。电磁发射通常在发射前以相对小的功率进行储能，发射过程中充电装置停机，然而在快速连续发射应用场合下，充电装置需在发射过程中向超级电容在线充电，以快速补充发射过程消耗的电能，满足下一次发射的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种同时满足了中压直流输入、单输入双输出、输入输出电气隔离的中压直流输入双输出三电平移相全桥充电装置及在线充电控制方法。为实现上述目的，本专利技术所设计的中压直流输入双输出三电平移相全桥充电装置，包括输入回路、三电平逆变组件、三绕组中频变压器、整流组件及输出回路，所述输入回路从中压直流电网取电输送至三电平逆变组件，所述三电平逆变组件将直流电变换为中频交流电输送至三绕组中频变压器，所述三绕组中频变压器将中频交流电降压后分两路输送至整流组件，所述整流组件将两路中频交流电变换为两路直流电输送至输出回路，所述输出回路将两路直流电滤波后向两路超级电容充电。进一步地，还包括控制系统，所述控制系统分别与输入回路、三电平逆变组件、三绕组中频变压器、整流组件、输出回路进行双向通讯。进一步地，还包括闭式循环冷却水路，用于将输入回路、三电平逆变组件、三绕组中频变压器、整流组件和输出回路运行过程中产生的热量带走。进一步地，所述输入回路1包括输入熔断器F1、输入熔断器F2、输入接触器K1、输入平波电抗器L1、输入平波电抗器L2、输入二极管D1、支撑电容C1、支撑电容C2、均压电阻Rj1及均压电阻Rj2，以及由充电开关Kc1、充电电阻Rc1、充电电抗器Lc1、充电开关Kc2、充电电阻Rc2、充电电抗器Lc2、放电开关Kd、放电电阻Rd组成的充放电组件；且所述输入接触器K1为机械保持型，控制掉电时触头不分闸。进一步地，所述三电平逆变组件包括IGBT-T1、IGBT-T2、IGBT-T3、IGBT-T4、IGBT-T5、IGBT-T6、IGBT-T7、IGBT-T8、钳位二极管Dc1、钳位二极管Dc2、钳位二极管Dc3、钳位二极管Dc4、内管保护电阻Rj3、内管保护电阻Rj4、吸收电容Cs1、吸收电容Cs2。进一步地，所述三绕组中频变压器包括1个原边绕组和2个副边绕组；所述整流组件包括整流二极管Dr1、整流二极管Dr2、整流二极管Dr3、整流二极管Dr4、阻容吸收电路。进一步地，所述输出回路包括输出滤波电抗器L3、输出滤波电抗器L4、输出二极管D2、输出熔断器F3、输出熔断器F4。进一步地，所述控制系统包括顶层控制器和底层控制器，顶层控制器和底层控制器之间通过CAN总线和硬线连接；所述顶层控制器用于提供人机交互控制接口，接收上级系统控制指令，向充放电组件和输入接触器K1发出控制指令，向底层控制器发出控制指令；所述底层控制器用于根据接收的控制指令，采集电压电流数据完成闭环运算，实现对三电平逆变组件中IGBT的导通关断控制。进一步地，所述闭式循环冷却水路包括主进水管、主排水管、输入二极管D1支路、三电平逆变组件支路、三电平逆变组件水冷板、三绕组中频变压器支路、整流组件水冷板、整流组件支路、输出滤波电抗器支路、输出二极管D2支路、输出二极管D2水冷板及水风换热器支路，输入二极管D1支路的进水口、三电平逆变组件支路的进水口、整流组件支路的进水口、输出滤波电抗器支路的进水口、输出二极管D2支路的进水口、三绕组中频变压器支路的进水口及水风换热器支路的进水口均与主进水管相连，输入二极管D1支路的出水口、三电平逆变组件支路的出水口、整流组件支路的出水口、输出滤波电抗器支路的出水口、输出二极管D2支路的出水口、三绕组中频变压器支路的出水口及水风换热器支路的出水口均与主排水管相连，三电平逆变组件水冷板与三电平逆变组件支路相连，整流组件水冷板与整流组件支路相连，输出二极管D2水冷板与输出二极管D2支路相连。还提供一种如上述中压直流输入双输出三电平移相全桥充电装置在线充电控制方法，采用两路输出电流的最大值作为反馈电流参与PI运算得到三电平逆变组件左右桥臂移相角，通过调节移相角使充电装置保持恒流输出，采用两路输出电压的最大值参与滞环判断，防止超级电容过压；当超级电容电压小于阈值1时，使能PI调节器，充电装置输出两路恒定电流为超级电容充电；当超级电容电压大于等于阈值2时，禁止PI调节器，充电装置停止充电，其中阈值2大于阈值1。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1)采用基于三绕组中频变压器的隔离型三电平拓扑结构，同时满足了中压直流输入、双输出、输入输出电气隔离、结构简单、功率密度高、可靠性高等多重需求，解决了电磁发射过程中超级电容的快速在线充电问题；2)由于直流输出采用了电抗器进行滤波，充电电流纹波小，降低了超级电容的温度波动，提高了超级电容寿命；3)输入回路采用接触器和熔断器，提供了一种短路保护的新思路，同时提高了输入侧并联运行的灵活性和可靠性。附图说明图1为本专利技术的原理示意图。图2为本专利技术的电路原理图。图3为本专利技术闭式循环冷却水路的结构图。图4为本专利技术控制系统的示意图。图5为本专利技术在线充电控制方法的控制框图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本专利技术，但并不构成对本专利技术的限定。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。如图1所示中压直流输入双输出三电平移相全桥充电装置，包括输入回路1、三电平逆变组件2、三绕组中频变压器3、整流组件4、输出回路5、闭式循环冷却水路6和控制系统7，七者之间的关系主要分为能量流、信息流和冷却水流，其中能量流向为：每次向超级电容充电时输入回路1从中压直流电网取电输送至三电平逆变组件2，三电平逆变组件2将直流电变换为中频交流电输送至三绕组中频变压器3，三绕组中频变压器3将中频交流电降压后分两路输送至整流组件4，整流组件4将两路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中压直流输入双输出三电平移相全桥充电装置，其特征在于：包括输入回路(1)、三电平逆变组件(2)、三绕组中频变压器(3)、整流组件(4)及输出回路(5)，所述输入回路(1)从中压直流电网取电输送至三电平逆变组件(2)，所述三电平逆变组件(2)将直流电变换为中频交流电输送至三绕组中频变压器(3)，所述三绕组中频变压器(3)将中频交流电降压后分两路输送至整流组件(4)，所述整流组件(4)将两路中频交流电变换为两路直流电输送至输出回路(5)，所述输出回路(5)将两路直流电滤波后向两路超级电容充电。/n

【技术特征摘要】
1.一种中压直流输入双输出三电平移相全桥充电装置，其特征在于：包括输入回路(1)、三电平逆变组件(2)、三绕组中频变压器(3)、整流组件(4)及输出回路(5)，所述输入回路(1)从中压直流电网取电输送至三电平逆变组件(2)，所述三电平逆变组件(2)将直流电变换为中频交流电输送至三绕组中频变压器(3)，所述三绕组中频变压器(3)将中频交流电降压后分两路输送至整流组件(4)，所述整流组件(4)将两路中频交流电变换为两路直流电输送至输出回路(5)，所述输出回路(5)将两路直流电滤波后向两路超级电容充电。


2.根据权利要求1所述中压直流输入双输出三电平移相全桥充电装置，其特征在于：还包括控制系统(7)，所述控制系统(7)分别与输入回路(1)、三电平逆变组件(2)、三绕组中频变压器(3)、整流组件(4)、输出回路(5)进行双向通讯。


3.根据权利要求1所述中压直流输入双输出三电平移相全桥充电装置，其特征在于：还包括闭式循环冷却水路(6)，用于将输入回路(1)、三电平逆变组件(2)、三绕组中频变压器(3)、整流组件(4)和输出回路(5)运行过程中产生的热量带走。


4.根据权利要求1所述中压直流输入双输出三电平移相全桥充电装置，其特征在于：所述输入回路(1)包括输入熔断器F1、输入熔断器F2、输入接触器K1、输入平波电抗器L1、输入平波电抗器L2、输入二极管D1、支撑电容C1、支撑电容C2、均压电阻Rj1及均压电阻Rj2，以及由充电开关Kc1、充电电阻Rc1、充电电抗器Lc1、充电开关Kc2、充电电阻Rc2、充电电抗器Lc2、放电开关Kd、放电电阻Rd组成的充放电组件；且所述输入接触器K1为机械保持型，控制掉电时触头不分闸。


5.根据权利要求1所述中压直流输入双输出三电平移相全桥充电装置，其特征在于：所述三电平逆变组件(2)包括IGBT-T1、IGBT-T2、IGBT-T3、IGBT-T4、IGBT-T5、IGBT-T6、IGBT-T7、IGBT-T8、钳位二极管Dc1、钳位二极管Dc2、钳位二极管Dc3、钳位二极管Dc4、内管保护电阻Rj3、内管保护电阻Rj4、吸收电容Cs1、吸收电容Cs2。


6.根据权利要求1所述中压直流输入双输出三电平移相全桥充电装置，其特征在于：所述三绕组中频变压器(3)包括1个原边绕组和2个副边绕组；所述整流组件(4)包括整流二极管Dr1、整流二极管Dr2、整流二极管Dr3、整流二极管Dr4、阻容吸收电路。


7.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨国润，范学鑫，肖飞，常永昊，王路，王瑞田，李广波，王玉杰，朱俊杰，聂子玲，许金，王海超，张新生，熊又星，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42