一种高输出功率宽电压直流电源制造技术

本发明专利技术涉及一种高输出功率宽电压直流电源，包括PLC控制器、次边多绕组变压器、多个结构相同的四象限ACDC模块；各个四象限ACDC模块的输出以级联型式首尾相连；次边多绕组变压器的原边采用星形接法自外部电网取电，其次边具有多个移相绕组，其中各个移相绕组均采用延边三角接法，且相互之间容量均分，任意相邻两个移相绕组之间相位互差设定电角度，每个移相绕组的输出连接一四象限ACDC模块。本发明专利技术的直流电源，在高输出功率宽电压的情况下，既能将电网交流电转为直流输入到负载，又能将直流端负载能量逆变回电网，同时输出低谐波且稳定可靠。靠。靠。

【技术实现步骤摘要】
一种高输出功率宽电压直流电源


[0001]本专利技术涉及特种电源领域，尤其涉及一种高输出功率宽电压直流电源。

技术介绍

[0002]目前，达到3MW、几千伏特输出的高输出功率宽电压直流电源，基本采用变压器+多可控模块累加的方式实现。采用变压器+多可控模块累加的方式实现时，能够实现宽范围内电压连续可调，输出电压范围基本可以达到几百至几千伏特，但正是由于输出电压幅度较大，此时可控模块的叠加容易引起变压器交变磁场波形的畸变，一方面是造成低次谐波较为严重，导致对电网的谐波污染，另一方面则是畸变加重波动导致影响直流电源自身的可靠性，使得装置的MTBF大为缩短。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种直流电源，其在确保高输出功率宽电压的情况下，比如在4.5MW/4500V情况下，既能将电网交流电转为直流输入到负载，又能将直流端负载能量逆变回电网，同时输出低谐波且稳定可靠。
[0004]本专利技术提供一种高输出功率宽电压直流电源，包括PLC控制器、次边多绕组变压器、多个结构相同的四象限ACDC模块；
[0005]各个所述四象限ACDC模块的输出以级联型式首尾相连；
[0006]所述次边多绕组变压器的原边采用星形接法自外部电网取电，其次边具有多个移相绕组，其中各个所述移相绕组均采用延边三角接法，且相互之间容量均分，任意相邻两个移相绕组之间相位互差设定电角度，每个所述移相绕组的输出连接一所述四象限ACDC模块；
[0007]所述PLC控制器，分别连接各个所述四象限ACDC模块。
[0008]进一步的，所述四象限ACDC模块被配置为5个，PLC控制器以30脉波整流方式控制各个所述四象限ACDC模块，且配置任意相邻两个移相绕组之间相位互差12
°
电角度。
[0009]进一步的，所述四象限ACDC模块设有AC/DC模块和DC/DC模块；
[0010]所述AC/DC模块，包含依序连接的三相滤波电感、三相PWM整流模块，以及跨接于三相PWM整流模块输出直流侧母线的支撑电容C1；
[0011]所述DC/DC模块，采用为可控桥式变换结构。
[0012]进一步的，所述AC/DC模块，采用基于电网电压矢量定向的矢量SVPWM控制方式，其中以所述直流侧母线的电压为控制目标，采取电压外闭环、电流内闭环的双闭环控制，并将电压外环的输出作为电流内环的有功电流指令i
d*
，且将无功电流指令i
q*
设定为0。
[0013]进一步的，所述DC/DC模块设有IGBT管IG7、IGBT管IG8、电感L4、滤波电容C2，其中IGBT管IG7、IGBT管IG8均带有反向二极管，IGBT管IG7、IGBT管IG8串联后跨接于所述直流侧母线，其上反向二极管的导通方向指向直流侧正母线，IGBT管IG7、IGBT管IG8之间的接点经电感L4连接至DC/DC模块的正输出端，滤波电容C2跨接于DC/DC模块的正负输出端之间。
[0014]进一步的，所述DC/DC模块，通过对给定直流侧母线电压与实际直流侧母线电压的差值进行PI调节，得到直流负载电流指令，该指令与实际直流负载的电流的误差经PI调节器得到调制波，调制波与三角载波进行比较，得到占空比实时变化的PWM脉冲控制桥臂的上管导通或关断。
[0015]进一步的，所述次边多绕组变压器的原边串联有一开关KYN1，开关KYN1与PLC控制器相连；
[0016]所述次边多绕组变压器的次边还设有一辅助电源绕组，所述辅助电源绕组以星形接法连接，且一方面为所述PLC控制器供电，另一方面经开关S1连接至市电，所述开关S1与PLC控制器相连。
[0017]进一步的，高输出功率宽电压直流电源的启动方法进一步包括依次执行的下述步骤：
[0018]在高输出功率宽电压直流电源启动之刻，断开开关KYN1、吸合开关S1，其中所述市电配置为与次边多绕组变压器原边所需输入电压的相序一致；
[0019]待所述支撑电容C1的电压充满后，吸合开关KYN1；
[0020]待所述次边多绕组变压器的原边接入电压稳定后，断开开关S1。
[0021]进一步的，所述辅助电源绕组是经电阻R1连接至所述开关S1。
[0022]进一步的，还包括有计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有程序，所述程序被所述控制器执行时实现所述的启动方法。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0024](1)电源输入为三相AC10kV，输出直流电压可达DC200V
‑
4500V，且连续可调，额定电压为DC1700V，额定电流为2650A，额定功率为4500kW；
[0025](2)电源可以四象限运行，既能将电网交流电转为直流输入到负载，又能将直流端负载能量逆变回电网，且输出直流电压纹波≤1％FS，输出电压精度≤0.5％FS，网测谐波≤5％。
[0026]所述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的所述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。
附图说明
[0027]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的台件。
[0028]在附图中：
[0029]图1示出了本专利技术的直流电源的主电路电气原理拓扑方案框图；
[0030]图2示出了本专利技术的次边多绕组变压器电气拓扑图；
[0031]图3示出了本专利技术的四象限ACDC模块电气拓扑图；
[0032]图4示出了本专利技术的AC/DC模块电气拓扑图；
[0033]图5示出了本专利技术的AC/DC模块控制框图；
[0034]图6示出了本专利技术的DC/DC模块电气拓扑图；
[0035]图7示出了本专利技术的DC/DC模块控制框图；
[0036]图8示出了本专利技术的启动方法实现的电气拓扑图；
[0037]图9示出了本专利技术的直流电源输出电流
‑
电压
‑
功率曲线图。
具体实施方式
[0038]下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0039]如图1所示，本实施例的高输出功率宽电压直流电源，鉴于电源输出电压范围较宽(DC200V
‑
4500V)，且需达到双向流通，方案采用次边多绕组变压器+多个结构相同的四象限ACDC模块串联完成。
[0040]其中，各个四象限ACDC模块的输出以级联型式首尾本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高输出功率宽电压直流电源，其特征在于，包括PLC控制器、次边多绕组变压器、多个结构相同的四象限ACDC模块；各个所述四象限ACDC模块的输出以级联型式首尾相连；所述次边多绕组变压器的原边采用星形接法自外部电网取电，其次边具有多个移相绕组，其中各个所述移相绕组均采用延边三角接法，且相互之间容量均分，任意相邻两个移相绕组之间相位互差设定电角度，每个所述移相绕组的输出连接一所述四象限ACDC模块；所述PLC控制器，分别连接各个所述四象限ACDC模块。2.如权利要求1所述的高输出功率宽电压直流电源，其特征在于：所述四象限ACDC模块被配置为5个，PLC控制器以30脉波整流方式控制各个所述四象限ACDC模块，且配置任意相邻两个移相绕组之间相位互差12
°
电角度。3.如权利要求1所述的高输出功率宽电压直流电源，其特征在于：所述四象限ACDC模块设有AC/DC模块和DC/DC模块；所述AC/DC模块，包含依序连接的三相滤波电感、三相PWM整流模块，以及跨接于三相PWM整流模块输出直流侧母线的支撑电容C1；所述DC/DC模块，采用为可控桥式变换结构。4.如权利要求3所述的高输出功率宽电压直流电源，其特征在于：所述AC/DC模块，采用基于电网电压矢量定向的矢量SVPWM控制方式，其中以所述直流侧母线的电压为控制目标，采取电压外闭环、电流内闭环的双闭环控制，并将电压外环的输出作为电流内环的有功电流指令i
d*
，且将无功电流指令i
q*
设定为0。5.如权利要求3所述的高输出功率宽电压直流电源，其特征在于：所述DC/DC模块设有IGBT管IG7、IGBT管IG8、电感L4、滤波电容C2，其中IGBT管IG7、IGBT管IG8均带有反向二极管，I...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖晓斌，盛建科，詹柏青，吴凯，
申请(专利权)人：株洲福德轨道交通研究院有限公司湖南福德电气有限公司，
类型：发明
国别省市：