一种大容量多功能电源系统结构及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种大容量多功能电源系统结构及其控制方法。其中电源包括控制装置、输出组合开关柜、三个结构相同的四象限变流单元。三个所述四象限变流单元的负输出端共接形成接点N；所述输出组合开关柜包括六个开关K1

【技术实现步骤摘要】
一种大容量多功能电源系统结构及其控制方法


[0001]本专利技术涉及电气测试领域，尤其是一种大容量多功能电源系统结构及其控制方法。

技术介绍

[0002]在一些试验领域，需要用到各种大容量电源，如需要容量为MW级以上的中高低压直流电源或交流电源，针对阻抗负载、电动机或发电机进行测试，或针对新能源并网设备或能量回馈型系统进行测试，被测对象多种多样，被测对象额定功率从几十到几兆瓦，范围很广。在试验室建设中如果要满足这些广泛的被测设备的要求，传统的方式是专门针对性地单独配置直流电源或交流电源，存在需要资金投入大和占地空间广的缺点。为了克服这些不足，这里提出一个交直流两用、电压宽范围调节，且能四象限运行的综合性多功能电源的电气结构和主要控制方法，用来满足各种被测设备的电源需求。

技术实现思路

[0003]本专利技术提出一个交直流两用、输出电压宽范围调节，且能四象限运行的大容量综合性多功能电源的电气结构和主要控制方法，通过人机界面修改控制配置模式，就可使电源配置成可调直流电源或可调单相或三相交流电源，且直流电源或交流电源模式下均可实现四象限运行，满足能量回馈型被试对象的试验电源需求。
[0004]为实现所述目的，本专利技术公开了一种大容量多功能电源系统结构，包括控制装置、输出组合开关柜、三个结构相同的四象限变流单元；
[0005]所述四象限变流单元具有四象限功率单元，四象限功率单元包括可控三相桥臂与可控H桥臂及直流支撑电容，所述可控三相桥臂与可控H桥臂共直流母线，所述直流支撑电容跨接于所述直流母线中；
[0006]三个所述四象限变流单元的负输出端共接形成接点N；
[0007]所述输出组合开关柜包括六个开关K1
‑
K6，三个所述四象限变流单元的正输出端一方面分别经开关K1、开关K2、开关K3连接至接点A1、接点B1、接点C1，另一方面分别经开关K4、开关K5、开关K6共接形成接点P；
[0008]所述控制装置，分别连接上述各个可控三相桥臂及可控H桥臂的受控端，以及各个所述开关。
[0009]进一步的，所述四象限变流单元具有一副边多绕组变压器，所述四象限功率单元具有多个且相互间结构相同；
[0010]所述副边多绕组变压器的一次侧自外部电网取电，其副边的每个绕组连接一所述四象限功率单元；
[0011]各个所述四象限功率单元的输出采取首尾相连的级联型式。
[0012]进一步的，所述四象限功率单元还包括三相LC滤波器与单相LC滤波器；
[0013]所述三相LC滤波器连接于可控三相桥臂输入端；
[0014]所述单相LC滤波器连接于可控H桥臂输出端。
[0015]进一步的，每个所述四象限变流单元的正输出端均串联有一电感。
[0016]上述大容量多功能电源系统结构的控制方法是：
[0017]对每个所述可控三相桥臂，采用电压外环电流内环的双闭环控制；
[0018]设每个四象限变流单元中四象限功率单元级联的个数为K，以及每个所述可控H桥臂的左桥臂由上至下分别为开关管S1、开关管S2，右桥臂由上至下分别为开关管S3、开关管S4，对每个所述可控H桥臂，执行：
[0019]采取电压外环与电流内环的双闭环控制方法，实时检测总的输出相电压，作为反馈电压uA1_N与目标指令电压uA1_N*的瞬时值的误差经PI调节器得到内环指令电流，该指令电流与采样反馈的实时电流iA1_N的差值经PI调节器调节，其输出经限幅器后得到调制波；
[0020]采用单极性倍频控制方法，将所述调制波与三角载波TRI_n比较得到开关管S1的PWM驱动脉冲信号，其反向脉冲信号用于开关管S2的控制，并将所述调制波乘以
‑
1得到的反向调制波与同一三角载波TRI_n进行比较得到开关管S3的PWM驱动脉冲信号，其反向脉冲信号用于开关管S4的控制；
[0021]采取载波移相控制方法，控制同个四象限变流单元中各可控H桥臂的PWM控制用的三角载波依次彼此相差360
°
/k。
[0022]进一步的，所述大容量多功能电源系统结构可受控运行于直流电源输出模式；
[0023]运行于直流电源输出模式时，控制开关K1、K2与K3保持断开态，选取开关K4、K5、K6中的任意一者或多者闭合，并将目标指令电压uA1_N*配置为恒定值，其中所述恒定值为正值或负值。
[0024]进一步的，所述大容量多功能电源系统结构可受控运行于单相交流电源输出模式；
[0025]运行于单相交流电源输出模式时，控制开关K1、K2与K3保持断开态，选取开关K4、K5、K6中的任意一者或多者闭合，并将目标指令电压uA1_N*配置为正弦交流波形。
[0026]进一步的，运行于直流电源输出模式或单相交流电源输出模式时，采取总电压外闭环，该闭环输出为电流指令，作为并联的各四象限变流单元的H桥控制的电流闭环的输入。
[0027]进一步的，所述大容量多功能电源系统结构可受控运行于三相交流电源输出模式；
[0028]运行于三相交流电源输出模式时，控制开关K4、K5与K6保持断开态，开关K1、K2与K3保持闭合态，并控制三个所述四象限变流单元均工作于单相交流电源状态，输出的正弦波电压依次彼此相位相差120度。
[0029]进一步的，所述控制三个所述四象限变流单元均工作于单相交流电源状态，输出的正弦波电压依次彼此相位相差120度，进一步包括：
[0030]将三个所述四象限变流单元的目标指令电压uA1_N*依次配置为
[0031]u
A1_N*
＝U
A
sin(2πft)
[0032]u
B1_N*
＝U
B
sin(2πf
‑
120
°
)
[0033]u
C1_n*
＝U
C
sin(2πf
‑
240
°
)
[0034]其中f为输出电压频率。
[0035]本专利技术还公开了一种计算机可读存储介质，其中，计算机可读存储介质存储一个或多个程序，一个或多个程序当被处理器执行时，实现所述的控制方法。
[0036]相对于现有技术，本专利技术能够达到以下有益效果：
[0037]采用本方明专利方案，利用同一套电源可以实现非常广泛的用途，既可以作为高压大功率可调直流电源，又可以作为高压可调单相交流电源或三相交流电源，而且可以实现四象限运行，基本可满足变流技术产品的绝大部分试验需求，从而可以减少试验室为满足各种测试需求的投资成本，同时也减少了试验场地需求。系统采用模块化设计结构，增强了系统的可维护性。
[0038]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<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大容量多功能电源系统结构，其特征在于，包括控制装置、输出组合开关柜、三个结构相同的四象限变流单元；所述四象限变流单元具有四象限功率单元，四象限功率单元包括可控三相桥臂与可控H桥臂及直流支撑电容，所述可控三相桥臂与可控H桥臂共直流母线，所述直流支撑电容跨接于所述直流母线中；三个所述四象限变流单元的负输出端共接形成接点N；所述输出组合开关柜包括六个开关K1
‑
K6，三个所述四象限变流单元的正输出端一方面分别经开关K1、开关K2、开关K3连接至接点A1、接点B1、接点C1，另一方面分别经开关K4、开关K5、开关K6共接形成接点P；所述控制装置，分别连接上述各个可控三相桥臂及可控H桥臂的受控端，以及各个所述开关。2.如权利要求1所述的大容量多功能电源系统结构，其特征在于：所述四象限变流单元具有一副边多绕组变压器，所述四象限功率单元具有多个且相互间结构相同；所述副边多绕组变压器的一次侧自外部电网取电，其副边的每个绕组连接一所述四象限功率单元；各个所述四象限功率单元的输出采取首尾相连的级联型式。3.如权利要求2所述的大容量多功能电源系统结构，其特征在于：所述四象限功率单元还包括三相LC滤波器与单相LC滤波器；所述三相LC滤波器连接于可控三相桥臂输入端；所述单相LC滤波器连接于可控H桥臂输出端。4.如权利要求1所述的大容量多功能电源系统结构，其特征在于：每个所述四象限变流单元的正输出端均串联有一电感。5.如权利要求2
‑
4任一项所述大容量多功能电源系统结构的控制方法，其特征在于，包括：对每个所述可控三相桥臂，采用电压外环电流内环的双闭环控制；设每个四象限变流单元中四象限功率单元级联的个数为K，以及每个所述可控H桥臂的左桥臂由上至下分别为开关管S1、开关管S2，右桥臂由上至下分别为开关管S3、开关管S4，对每个所述可控H桥臂，执行：采取电压外环与电流内环的双闭环控制方法，实时检测总的输出相电压，作为反馈电压uA1_N与目标指令电压uA1_N*的瞬时值的误差经PI调节器得到内环指令电流，该指令电流与采样反馈的实时电流iA1_N的差值经PI调节器调节，其输出经限幅器后得到调制波；采用单极性倍频控制方法，将所述调制波与三角载波TRI_n比较得到开关管S1的PWM驱动脉冲信号，其反向脉冲信号用于开关管S2的控制，并将所述调制波乘...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛建科，盛亮科，刘湘，廖晓斌，甘义成，周思益，杨新刚，
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：