大功率雙向多路直流模擬電源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于變流設(shè)備測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及用于測(cè)試各種DC/DC，DC/AC等大功率變流設(shè)備各項(xiàng)性能指標(biāo)的模擬直流電源。
【背景技術(shù)】
[0002]21世紀(jì)是環(huán)保與節(jié)能的世紀(jì)，在這段時(shí)間內(nèi)各種新能源技術(shù)(如光伏發(fā)電，電動(dòng)汽車、雙源無(wú)軌電車)和大功率儲(chǔ)能設(shè)備(如超級(jí)電容組，NaS電池組)均得到大量的應(yīng)用。而在這些應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)，DC/DC單元和DC/AC單元均為核心部件之一，它的性能關(guān)系到各系統(tǒng)的功能、利用率、可靠性等技術(shù)指標(biāo)。因此需要一個(gè)綜合性的測(cè)試平臺(tái)，能夠檢測(cè)各種DC/AC、DC/DC變流設(shè)備的各項(xiàng)性能指標(biāo)，保證這些變流設(shè)備的性能符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和用戶要求。
[0003]但是目前市場(chǎng)上的測(cè)試平臺(tái)大部分均為專用測(cè)試平臺(tái)，即只對(duì)某一類產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試(如光伏電池陣列電池模擬電源)，若需對(duì)多種不同類型產(chǎn)品測(cè)試，則需多臺(tái)專用測(cè)試平臺(tái)。這無(wú)疑會(huì)增加設(shè)備測(cè)試成本。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn):
[0005]目前，國(guó)內(nèi)外通用的模擬直流電源，通常為專用設(shè)備，即只能模擬單一化學(xué)能電池或者太陽(yáng)能電池板陣列，且這些電源設(shè)備容量較小，市場(chǎng)價(jià)格較高。隨著儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的高能量密度的電池在工業(yè)中得到了應(yīng)用，使得直流變流設(shè)備的功率需求越要越大，這就要求測(cè)試這些變流設(shè)備的測(cè)試平臺(tái)的功率也越來(lái)越大，電壓越來(lái)越高，并且有的大功率光伏逆變器需要兩路(或者多路)獨(dú)立的直流模擬電源，來(lái)模擬兩條(或多條)獨(dú)立的光伏陣列電壓一電流曲線。此外常見直流供電設(shè)備的電壓等級(jí)多樣化，使得測(cè)試平臺(tái)很難同時(shí)滿足這些要求。比如光伏逆變器有IkV和1.5kV兩種直流電壓等級(jí)，地鐵牽引逆變器有750V和1500V兩種直流電壓等級(jí)，雙源無(wú)軌電車的電壓等級(jí)各地區(qū)均不相同(北京市采用600V) ο

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種用于變流設(shè)備測(cè)試領(lǐng)域的直流模擬電源，用來(lái)解決目前直流設(shè)備測(cè)試成本高，容量小不易擴(kuò)充，電壓等級(jí)和功能單一等問題，以滿足更多的測(cè)試需求。
[0007]本發(fā)明具體采用如下技術(shù)方案:
[0008]一種大功率雙向多路直流模擬電源，其特征在于由至少兩個(gè)相互隔離的模擬直流電源單元組成，各模擬直流電源單元包括相互串聯(lián)的一個(gè)AC/DC變換器和一個(gè)DC/DC變換器，各AC/DC變換器的輸入端分別連接輸入變壓器的一個(gè)次邊繞組，各DC/DC變換器的輸入端分別并聯(lián)一個(gè)電容，輸出端正極分別串聯(lián)一個(gè)二極管，各二極管兩端分別并聯(lián)一個(gè)開關(guān)。
[0009]優(yōu)選地，所述DC/DC變換器由兩相或多相交錯(cuò)并聯(lián)Buck型雙向DC/DC變換器組成。
[0010]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述DC/DC變換器包含LCL型濾波電路，其前級(jí)電感采用磁耦合電感并聯(lián)輸出。
[0011]本發(fā)明具有如下有益效果:
[0012]1.本發(fā)明功能多樣化，只需根據(jù)實(shí)際應(yīng)用采用不同的控制策略，不需要更改硬件，就可以擴(kuò)充功能。第一可以作為模擬化學(xué)能或者光伏電池電源系統(tǒng)使用(如模擬光伏電池陣列伏安特性曲線和NaS電池、動(dòng)力電池和超級(jí)電容充放電曲線)；第二可作為可充電式化學(xué)能電池(鋰電池、鎳鎘電池、鎳氫電池)的充放電設(shè)備使用；第三可用作直流電網(wǎng)(比如地鐵直流電網(wǎng)、雙源電動(dòng)車直流電網(wǎng))的模擬設(shè)備，第四可作為直流電子模擬負(fù)載使用。
[0013]2.本發(fā)明通過采用隔離DC電源單元之間的串并聯(lián)使用，來(lái)擴(kuò)充容量和電壓等級(jí)，用簡(jiǎn)單的辦法解決了電壓等級(jí)需求多樣化、容量大型化的問題，其中多路隔離輸出，每路輸出采用相同結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化的電源單元組成，通過輸入變壓器次邊繞組實(shí)現(xiàn)隔離，多路輸出之間可串、可并，也可獨(dú)立使用，易于實(shí)現(xiàn)模擬電源容量和電壓的擴(kuò)充。
[0014]3.兩路直流輸出配合使用時(shí)，一路模擬正常電壓，另一路模擬干擾電壓，可以在最貼近實(shí)際情況下測(cè)試直流輸入設(shè)備，或者每路模擬不同的電流電壓(或光伏陣列)曲線。
[0015]4.每個(gè)電源單元的前端采用PWM可控整流器，便于實(shí)現(xiàn)功率的雙向流動(dòng)，穩(wěn)定后端DC/DC的直流輸入電壓，大大減少交流輸入的電流諧波，提高功率因素。
[0016]5.每個(gè)電源單元的后端DC/DC變換器采用兩路或多路雙向小功率DC/DC模塊通過磁耦合的LCL濾波電感并聯(lián)輸出，實(shí)現(xiàn)了直流電感的解耦磁集成和交流電感的耦合磁集成，在每個(gè)IGBT開關(guān)頻率不變的條件下，提高了等效開關(guān)頻率，大大降低了輸出的電流紋波和噪聲。
[0017]6.多相交錯(cuò)并聯(lián)技術(shù)運(yùn)用可以減小輸出紋波，從而減小輸出濾波器的尺寸，降低功率器件的電流應(yīng)力，容易引入一些優(yōu)秀的控制方法，以提高變換器效率。
[0018]7.每個(gè)電源單元的輸出端正極上串接二極管和與二極管并接的旁路開關(guān)，串接二極管一方面可以防止線路正負(fù)端接反，損壞被測(cè)設(shè)備；另一方面是被測(cè)試設(shè)備需要防反時(shí)，可以防止功率反向流動(dòng)；不需要防反或需要功率雙向流動(dòng)時(shí)，將旁路開關(guān)閉合即可。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是兩路大功率直流模擬電源結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖2是多路大功率直流模擬電源結(jié)構(gòu)圖。
[0021 ]圖3是三相PWM整流模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
[0022]圖4是兩相交錯(cuò)并聯(lián)Buck型雙向DC/DC變換器。
[0023]圖5是兩相耦合電感結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖6是多相交錯(cuò)并聯(lián)Buck型雙向DC/DC變換器。
[0025]圖7是兩路輸出時(shí)直流電源端連接方案圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0027]實(shí)施例一
[0028]如圖1所示，一種大功率雙向兩路模擬電源，由兩路結(jié)構(gòu)相同的模擬直流電源單元3組成，通過輸入變壓器次邊的雙繞組實(shí)現(xiàn)隔離。各模擬直流電源單元3包括相互串聯(lián)的一個(gè)AC/DC變換器I和一個(gè)DC/DC變換器2。各AC/DC變換器I的輸入端分別連接輸入變壓器的一個(gè)次邊繞組，AC/DC變換器I由三相PWM可控整流模塊組成，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所不。各DC/DC變換器2的輸入端分別并聯(lián)一個(gè)電容，輸出端正極分別串聯(lián)一個(gè)二極管，各二極管兩端分別并聯(lián)一個(gè)旁路開關(guān)。DC/DC變換器2由交錯(cuò)并聯(lián)Buck型雙向DC/DC變換器組成。各DC/DC變換器的輸出端連接到一個(gè)接線方式選擇單元，接線方式選擇單元利用不同的開關(guān)連接實(shí)現(xiàn)各DC/DC變換器輸出端的獨(dú)立、并聯(lián)或串聯(lián)輸出(如圖7是兩路輸出時(shí)直流電源輸出端連接方案圖)，接線方式選擇單元輸出的直流電用于提供被測(cè)設(shè)備的直流電源。
[0029]兩相交錯(cuò)并聯(lián)Buck型雙向DC/DC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4所示。從圖4中可以看出，兩相交錯(cuò)并聯(lián)Buck型雙向DC/DC變換器由兩路小功率Buck變換器并聯(lián)組成，該變換器采用LCL濾波結(jié)構(gòu)，且前級(jí)電感選用的是耦合電感，將拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中主要電感集中在一起，用一個(gè)磁器件來(lái)實(shí)現(xiàn)，兩相耦合電感結(jié)構(gòu)圖如圖5所示，從而提高該電源模塊的功率密度。利用磁路等效原理，則容易得出在同等條件下兩相耦合電感的磁通和單相電感的磁通值是相同的。故可知整體磁通密度小于分立磁元件的磁通密度和，以減小磁性元件的體積和質(zhì)量。同時(shí)可提高并聯(lián)支路的均流電感，讓并聯(lián)支路均流性更好。DC/DC模塊的主要作用就是匹配輸入輸出側(cè)的電壓等級(jí)，使輸出電壓平滑連續(xù)可調(diào)。若負(fù)載需求功率進(jìn)一步加大，則可采用多相并聯(lián)結(jié)構(gòu)，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖6所示。
[0030]以兩路輸出為例，本發(fā)明直流電源的輸出連接方式，可根據(jù)實(shí)際測(cè)試需求進(jìn)行調(diào)整，既可以隔離單獨(dú)輸出，也可串、并聯(lián)使用，如圖7所示。串聯(lián)使用時(shí)一方面可以提高電壓等級(jí)；另一方面可以使兩路輸出的工作狀態(tài)不同，即一路做正常輸出，另一路做干擾輸出，從而可以模擬在不同的異常條件下(如浪涌，瞬態(tài)等)，被測(cè)試設(shè)備的工作狀態(tài)，以降低設(shè)備返廠維修的可能性。輸出端正極上串接二極管和與二極管并接的旁路開關(guān)，串接二極管一方面可以防止線路正負(fù)端接反，損壞被測(cè)設(shè)備；另一方面是被測(cè)試設(shè)備需要防反時(shí)，可以防止功率反向流動(dòng)；不需要防反或者需要功率雙向流動(dòng)時(shí)，將旁路開關(guān)閉合即可。
[0031]實(shí)施例二
[0032]—種大功率雙向多路(三路及三路以上)模擬電源，由多路結(jié)構(gòu)相同的模擬直流電源單元組成，通過輸入變壓器次邊的多繞組實(shí)現(xiàn)隔離。各模擬直流電源單元結(jié)構(gòu)及其輸出方式同實(shí)施例一。
[0033]本發(fā)明直流模擬電源大致可工作在兩種工作狀態(tài):逆變器測(cè)試狀態(tài)，直流電源設(shè)備測(cè)試狀態(tài)。當(dāng)該電源作為逆變?cè)O(shè)備測(cè)試時(shí)，需與交流模擬電源配合起來(lái)使用。兩輸出端的連接方式可由被測(cè)逆變器設(shè)備的電壓和電流等級(jí)決定；當(dāng)工作于直流電源設(shè)備性能測(cè)試時(shí)，可根據(jù)被測(cè)電源設(shè)備的功率和性能要求來(lái)選擇直流輸出端的連接方式和控制策略，以提高設(shè)備總體利用率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種大功率雙向多路直流模擬電源，其特征在于由至少兩個(gè)相互隔離的模擬直流電源單元組成，各模擬直流電源單元包括相互串聯(lián)的一個(gè)AC/DC變換器和一個(gè)DC/DC變換器，各AC/DC變換器的輸入端分別連接輸入變壓器的一個(gè)次邊繞組，各DC/DC變換器的輸入端分別并聯(lián)一個(gè)電容，輸出端正極分別串聯(lián)一個(gè)二極管，各二極管兩端分別并聯(lián)一個(gè)開關(guān)。
2.如權(quán)利要求1所述的大功率雙向多路直流模擬電源，其特征在于所述AC/DC變換器由三相PWM可控整流模塊組成。
3.如權(quán)利要求1所述的大功率雙向多路直流模擬電源，其特征在于所述DC/DC變換器由兩相或多相交錯(cuò)并聯(lián)Buck型雙向DC/DC變換器組成。
4.如權(quán)利要求3所述的大功率雙向多路直流模擬電源，其特征在于所述DC/DC變換器包含LCL型濾波電路，其前級(jí)電感采用磁耦合電感并聯(lián)輸出。
5.如權(quán)利要求1所述的大功率雙向多路直流模擬電源，其特征在于各DC/DC變換器的輸出端獨(dú)立、并聯(lián)或串聯(lián)輸出。
6.如權(quán)利要求1所述的大功率雙向多路直流模擬電源，其特征在于由兩個(gè)所述模擬直流電源單元組成，一個(gè)模擬正常電壓，另一個(gè)模擬干擾電壓。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種大功率雙向多路直流模擬電源，其特征在于由至少兩個(gè)相互隔離的模擬直流電源單元組成，各模擬直流電源單元包括相互串聯(lián)的一個(gè)AC/DC變換器和一個(gè)DC/DC變換器，各AC/DC變換器的輸入端分別連接輸入變壓器的一個(gè)次邊繞組，各DC/DC變換器的輸入端分別并聯(lián)一個(gè)電容，輸出端正極分別串聯(lián)一個(gè)二極管，各二極管兩端分別并聯(lián)一個(gè)開關(guān)。本發(fā)明功能多樣化，只需采用不同的控制策略，不需要更改硬件，就可以擴(kuò)充功能。解決了目前直流設(shè)備測(cè)試成本高，容量小不易擴(kuò)充，電壓等級(jí)和功能單一等問題。
【IPC分類】H02M7-12, H02M3-155
【公開號(hào)】CN104868755
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510323745
【發(fā)明人】周細(xì)文, 章輝, 劉韜, 談浩楠, 馬華峰
【申請(qǐng)人】江蘇同芯電氣科技有限公司, 周細(xì)文
【公開日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2015年6月12日