CN104868755A - 大功率双向多路直流模拟电源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种大功率双向多路直流模拟电源，其特征在于由至少两个相互隔离的模拟直流电源单元组成，各模拟直流电源单元包括相互串联的一个AC/DC变换器和一个DC/DC变换器，各AC/DC变换器的输入端分别连接输入变压器的一个次边绕组，各DC/DC变换器的输入端分别并联一个电容，输出端正极分别串联一个二极管，各二极管两端分别并联一个开关。本发明功能多样化，只需采用不同的控制策略，不需要更改硬件，就可以扩充功能。解决了目前直流设备测试成本高，容量小不易扩充，电压等级和功能单一等问题。
Description
技术领域
本发明属于变流设备测试技术领域，具体涉及用于测试各种DC/DC，DC/AC等大功率变流设备各项性能指标的模拟直流电源。
背景技术
21世纪是环保与节能的世纪，在这段时间内各种新能源技术(如光伏发电，电动汽车、双源无轨电车)和大功率储能设备(如超级电容组，NaS电池组)均得到大量的应用。而在这些应用领域内，DC/DC单元和DC/AC单元均为核心部件之一，它的性能关系到各***的功能、利用率、可靠性等技术指标。因此需要一个综合性的测试平台，能够检测各种DC/AC、DC/DC变流设备的各项性能指标，保证这些变流设备的性能符合相关标准和用户要求。
但是目前市场上的测试平台大部分均为专用测试平台，即只对某一类产品进行测试(如光伏电池阵列电池模拟电源)，若需对多种不同类型产品测试，则需多台专用测试平台。这无疑会增加设备测试成本。
现有技术的缺点：
目前，国内外通用的模拟直流电源，通常为专用设备，即只能模拟单一化学能电池或者太阳能电池板阵列，且这些电源设备容量较小，市场价格较高。随着储能技术的发展，越来越多的高能量密度的电池在工业中得到了应用，使得直流变流设备的功率需求越要越大，这就要求测试这些变流设备的测试平台的功率也越来越大，电压越来越高，并且有的大功率光伏逆变器需要两路(或者多路)独立的直流模拟电源，来模拟两条(或多条)独立的光伏阵列电压－电流曲线。此外常见直流供电设备的电压等级多样化，使得测试平台很难同时满足这些要求。比如光伏逆变器有1kV和1.5kV两种直流电压等级，地铁牵引逆变器有750V和1500V两种直流电压等级，双源无轨电车的电压等级各地区均不相同(北京市采用600V)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于变流设备测试领域的直流模拟电源，用来解决目前直流设备测试成本高，容量小不易扩充，电压等级和功能单一等问题，以满足更多的测试需求。
本发明具体采用如下技术方案：
一种大功率双向多路直流模拟电源，其特征在于由至少两个相互隔离的模拟直流电源单元组成，各模拟直流电源单元包括相互串联的一个AC/DC变换器和一个DC/DC变换器，各AC/DC变换器的输入端分别连接输入变压器的一个次边绕组，各DC/DC变换器的输入端分别并联一个电容，输出端正极分别串联一个二极管，各二极管两端分别并联一个开关。
优选地，所述DC/DC变换器由两相或多相交错并联Buck型双向DC/DC变换器组成。
进一步优选地，所述DC/DC变换器包含LCL型滤波电路，其前级电感采用磁耦合电感并联输出。
本发明具有如下有益效果：
1.本发明功能多样化，只需根据实际应用采用不同的控制策略，不需要更改硬件，就可以扩充功能。第一可以作为模拟化学能或者光伏电池电源***使用(如模拟光伏电池阵列伏安特性曲线和NaS电池、动力电池和超级电容充放电曲线)；第二可作为可充电式化学能电池(锂电池、镍镉电池、镍氢电池)的充放电设备使用；第三可用作直流电网(比如地铁直流电网、双源电动车直流电网)的模拟设备，第四可作为直流电子模拟负载使用。
2.本发明通过采用隔离DC电源单元之间的串并联使用，来扩充容量和电压等级，用简单的办法解决了电压等级需求多样化、容量大型化的问题，其中多路隔离输出，每路输出采用相同结构标准化的电源单元组成，通过输入变压器次边绕组实现隔离，多路输出之间可串、可并，也可独立使用，易于实现模拟电源容量和电压的扩充。
3.两路直流输出配合使用时，一路模拟正常电压，另一路模拟干扰电压，可以在最贴近实际情况下测试直流输入设备，或者每路模拟不同的电流电压(或光伏阵列)曲线。
4.每个电源单元的前端采用PWM可控整流器，便于实现功率的双向流动，稳定后端DC/DC的直流输入电压，大大减少交流输入的电流谐波，提高功率因素。
5.每个电源单元的后端DC/DC变换器采用两路或多路双向小功率DC/DC模块通过磁耦合的LCL滤波电感并联输出，实现了直流电感的解耦磁集成和交流电感的耦合磁集成，在每个IGBT开关频率不变的条件下，提高了等效开关频率，大大降低了输出的电流纹波和噪声。
6.多相交错并联技术运用可以减小输出纹波，从而减小输出滤波器的尺寸，降低功率器件的电流应力，容易引入一些优秀的控制方法，以提高变换器效率。
7.每个电源单元的输出端正极上串接二极管和与二极管并接的旁路开关，串接二极管一方面可以防止线路正负端接反，损坏被测设备；另一方面是被测试设备需要防反时，可以防止功率反向流动；不需要防反或需要功率双向流动时，将旁路开关闭合即可。
附图说明
图1是两路大功率直流模拟电源结构图。
图2是多路大功率直流模拟电源结构图。
图3是三相PWM整流模块拓扑结构图。
图4是两相交错并联Buck型双向DC/DC变换器。
图5是两相耦合电感结构示意图。
图6是多相交错并联Buck型双向DC/DC变换器。
图7是两路输出时直流电源端连接方案图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步的说明。
实施例一
如图1所示，一种大功率双向两路模拟电源，由两路结构相同的模拟直流电源单元3组成，通过输入变压器次边的双绕组实现隔离。各模拟直流电源单元3包括相互串联的一个AC/DC变换器1和一个DC/DC变换器2。各AC/DC变换器1的输入端分别连接输入变压器的一个次边绕组，AC/DC变换器1由三相PWM可控整流模块组成，其拓扑结构如图3所示。各DC/DC变换器2的输入端分别并联一个电容，输出端正极分别串联一个二极管，各二极管两端分别并联一个旁路开关。DC/DC变换器2由交错并联Buck型双向DC/DC变换器组成。各DC/DC变换器的输出端连接到一个接线方式选择单元，接线方式选择单元利用不同的开关连接实现各DC/DC变换器输出端的独立、并联或串联输出(如图7是两路输出时直流电源输出端连接方案图)，接线方式选择单元输出的直流电用于提供被测设备的直流电源。
两相交错并联Buck型双向DC/DC变换器的拓扑结构如图4所示。从图4中可以看出，两相交错并联Buck型双向DC/DC变换器由两路小功率Buck变换器并联组成，该变换器采用LCL滤波结构，且前级电感选用的是耦合电感，将拓扑结构中主要电感集中在一起，用一个磁器件来实现，两相耦合电感结构图如图5所示，从而提高该电源模块的功率密度。利用磁路等效原理，则容易得出在同等条件下两相耦合电感的磁通和单相电感的磁通值是相同的。故可知整体磁通密度小于分立磁元件的磁通密度和，以减小磁性元件的体积和质量。同时可提高并联支路的均流电感，让并联支路均流性更好。DC/DC模块的主要作用就是匹配输入输出侧的电压等级，使输出电压平滑连续可调。若负载需求功率进一步加大，则可采用多相并联结构，其拓扑结构如图6所示。
以两路输出为例，本发明直流电源的输出连接方式，可根据实际测试需求进行调整，既可以隔离单独输出，也可串、并联使用，如图7所示。串联使用时一方面可以提高电压等级；另一方面可以使两路输出的工作状态不同，即一路做正常输出，另一路做干扰输出，从而可以模拟在不同的异常条件下(如浪涌，瞬态等)，被测试设备的工作状态，以降低设备返厂维修的可能性。输出端正极上串接二极管和与二极管并接的旁路开关，串接二极管一方面可以防止线路正负端接反，损坏被测设备；另一方面是被测试设备需要防反时，可以防止功率反向流动；不需要防反或者需要功率双向流动时，将旁路开关闭合即可。
实施例二
一种大功率双向多路(三路及三路以上)模拟电源，由多路结构相同的模拟直流电源单元组成，通过输入变压器次边的多绕组实现隔离。各模拟直流电源单元结构及其输出方式同实施例一。
本发明直流模拟电源大致可工作在两种工作状态：逆变器测试状态，直流电源设备测试状态。当该电源作为逆变设备测试时，需与交流模拟电源配合起来使用。两输出端的连接方式可由被测逆变器设备的电压和电流等级决定；当工作于直流电源设备性能测试时，可根据被测电源设备的功率和性能要求来选择直流输出端的连接方式和控制策略，以提高设备总体利用率。
Claims (6)
1.一种大功率双向多路直流模拟电源，其特征在于由至少两个相互隔离的模拟直流电源单元组成，各模拟直流电源单元包括相互串联的一个AC/DC变换器和一个DC/DC变换器，各AC/DC变换器的输入端分别连接输入变压器的一个次边绕组，各DC/DC变换器的输入端分别并联一个电容，输出端正极分别串联一个二极管，各二极管两端分别并联一个开关。
2.如权利要求1所述的大功率双向多路直流模拟电源，其特征在于所述AC/DC变换器由三相PWM可控整流模块组成。
3.如权利要求1所述的大功率双向多路直流模拟电源，其特征在于所述DC/DC变换器由两相或多相交错并联Buck型双向DC/DC变换器组成。
4.如权利要求3所述的大功率双向多路直流模拟电源，其特征在于所述DC/DC变换器包含LCL型滤波电路，其前级电感采用磁耦合电感并联输出。
5.如权利要求1所述的大功率双向多路直流模拟电源，其特征在于各DC/DC变换器的输出端独立、并联或串联输出。
6.如权利要求1所述的大功率双向多路直流模拟电源，其特征在于由两个所述模拟直流电源单元组成，一个模拟正常电压，另一个模拟干扰电压。
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| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Wu Yibing Inventor after: Zhou Xiwen Inventor after: Zhang Hui Inventor after: Liu Tao Inventor after: Tan Haonan Inventor after: Ma Huafeng Inventor before: Zhou Xiwen Inventor before: Zhang Hui Inventor before: Liu Tao Inventor before: Tan Haonan Inventor before: Ma Huafeng |
|
| COR | Change of bibliographic data | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150826 |