CN112234662A - 电力电子短路试验装置反向快速充电电路及充电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力电子短路试验装置反向快速充电电路，包括控制测量***、电压测量装置、均压装置、储能单元和功率单元；若干组电压测量装置、均压装置和储能单元分别与功率单元并联连接；功率单元之间级联连接；控制测量***分别与电压测量装置和功率单元连接；功率单元为由电力电子功率器件构成的电能变换模块。基于此，本发明还公开了一种电力电子短路试验装置反向快速充电方法。本发明充电流程简单、容易操作，降低了试验装置充电的复杂性和经济成本。

Description

电力电子短路试验装置反向快速充电电路及充电方法

技术领域

本发明涉及大容量电力设备试验技术领域，特别涉及一种电力电子短路试验装置反向快速充电电路及充电方法。

背景技术

电力电子式短路试验装置具有成本低、体积小和控制灵活等优势，在大容量电力设备试验领域得到了广泛的关注，目前为了提高该类短路试验装置的输出容量，一般都会有大容量的储能单元为该装置功能，试验的整体思路为：先对储能单元充电，然后利用储能单元对试品放电。但是由于电力电子式短路试验装置模块较多，储能单元也相对较多，这种情况下对储能单元进行充电就需要相对复杂的操作。目前有两种解决方案：一种是给每个储能单元配备一个充电单元，由于储能单元隔离的需要，一般这类充电装置都是由隔离变压器和整流单元构成。这种装置普遍体积较大，结构较为复杂，成本较高。另外一种是改变装置内部拓扑结构，实现一台充电装置对所有储能单元并联充电，这种充电方式节省了大量的充电装置，在储能单元较多的情况下效果较为明显。但是要实现装置内部的拓扑变换，需要增添大量的内部开关，提高了整体***的复杂度。

从这两种充电方式可以看出，这两种方式都采用了大量的***电路来达到给储能单元充电的目的，这导致了***复杂度的提高，并且充电流程也变得相对复杂。

发明内容

为了克服现有的储能式电力电子短路试验装置的充电回路复杂和充电流程繁琐的问题，本发明提出了一种电力电子短路试验装置反向快速充电电路及充电方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种电力电子短路试验装置反向快速充电电路，包括控制测量***、电压测量装置、均压装置、储能单元和功率单元；若干组所述电压测量装置、均压装置和所述储能单元分别与所述功率单元并联连接；所述功率单元之间级联连接；所述控制测量***分别与所述电压测量装置和所述功率单元连接；所述功率单元为由电力电子功率器件构成的电能变换模块。

优选的，所述电力电子功率器件包含但不限于IGBT、MOSFET、GTO器件；所述电能变换模块的拓扑结构为全桥式或半桥式。

优选的，所述均压装置的回路上设有投切开关；所述控制测量***与所述投切开关的控制端连接。

优选的，所述功率单元包括第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT和第四IGBT；所述第一IGBT的集电极和所述第三IGBT的集电极连接的公共端分别与所述电压测量装置、均压装置和所述储能单元的一端连接，所述第二IGBT的发射极和所述第四IGBT的发射极连接的公共端分别与所述电压测量装置、均压装置和所述储能单元的另一端连接；所述第三IGBT的发射极和所述第四IGBT的集电极连接的公共端作为所述功率单元的充电输入端，所述第一IGBT的发射极和所述第二IGBT的集电极连接的公共端作为所述功率单元的充电输出端；所述第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT和所述第四IGBT的栅极分别与所述控制测量***连接。

优选的，充电电路包括单刀双掷开关、第一电容器和第一电感器；所述单刀双掷开关的一端与级联的第一所述功率单元的充电输入端连接，另一端与所述第一电感器的一端或者发电设备连接；所述第一电容器的一端与所述第一电感器的另一端连接，另一端与级联的最后一个所述功率单元的充电输出端连接。

优选的，所述储能单元主要由蓄电池和/或电容器组成。

本发明还提出了一种电力电子试验装置反向快速充电方法，采用了以上任一项所述的充电电路，包括下列步骤：

S1，提供充电电路和发电设备，并将发电设备接入充电电路；

S2，根据控制测量***判断充电电路是否满足串联充电，若满足，则进入步骤S3；若不满足，则进入步骤S5；

S3，控制测量***控制全部功率单元，使全部储能单元串联连接，发电设备对全部储能单元充电；当出现储能单元电压不均时，进入步骤S4，否则同时将全部储能单元充满电为止；

S4，当电压测量装置检测到某一储能单元电压已充满电时，控制测量***控制功率单元使该储能单元旁路，直至所有的储能单元充满电为止；

S5，控制测量***控制功率单元，第一级储能单元接入充电回路，其他级储能单元处于旁路状态，发电设备对第一级储能单元充电；当电压测量装置检测到第一级储能单元充满电后，将第一级储能单元旁路，以同样的方式开始给第二级储能单元充电，依次将所有的储能单元充满电为止。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明只需要在试验装置主回路加装一个均压装置，即可从装置输出侧对储能单元反向充电，并且通过控制逆变电路开关可实现单个储能单元或批量储能单元充电，因此，本发明不需要大量的***充电回路，且充电流程简单易操作，降低了试验装置充电的复杂性和经济成本。

附图说明

图1为本发明实施例的一种电力电子短路试验装置反向快速充电电路图；

图2为本发明实施例的一种电力电子短路试验装置反向快速充电方法在不同现场场景下的应用策略；

图3为本发明实施例的一种电力电子短路试验装置反向快速充电电路逐级充电示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明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发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参考图1，一种电力电子短路试验装置反向快速充电电路，包括控制测量***、电压测量装置、均压装置、储能单元和功率单元；N组电压测量装置、均压装置和储能单元分别与功率单元并联连接；功率单元之间级联连接；控制测量***分别与电压测量装置和功率单元连接；功率单元为由电力电子功率器件构成的电能变换模块。

本实施例中，电压测量装置检测储能单元两端的电压，从而确定储能单元是否充满电；均压装置在储能单元充电过程中实现动态均压和静态均压，使得可以从装置输出侧对储能单元反向充电；当充电电路接入发电设备进行充电时，根据电压测量装置检测的储能单元两端的电压，控制测量***控制功率单元，也就是控制电能变换模块，使相应的储能单元接入充电回路或者旁路，从而实现对储能单元单个逐级充电和批量充电。

在一个实施例中，电力电子功率器件包含但不限于IGBT、MOSFET、GTO器件；电能变换模块的拓扑结构为全桥式或半桥式。

本实施例中，电力电子功率器件采用四个IGBT器件，电能变换模块的拓扑结构采用全桥式。储能单元采用H桥反向充电的方式，可以省去充电回路，精简装置结构。

在一个实施例中，均压装置的回路上设有投切开关；控制测量***与投切开关的控制端连接。

本实施例中，投切开关可用半导体器件或继电器代替，而控制测量***可以控制投切开关的导通和关断。在充电电路接入电网或者其他发电设备前，先闭合投切开关。设置投切开关的目的是减少均压装置回路对于试验装置放电过程中的干扰和减少不必要的功率损耗。

参考图3，功率单元包括第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT和第四IGBT；第一IGBT 的集电极和第三IGBT的集电极连接的公共端分别与电压测量装置、均压装置和储能单元的一端连接，第二IGBT的发射极和第四IGBT的发射极连接的公共端分别与电压测量装置、均压装置和储能单元的另一端连接；第三IGBT的发射极和第四IGBT的集电极连接的公共端作为功率单元的充电输入端，第一IGBT的发射极和第二IGBT的集电极连接的公共端作为功率单元的充电输出端；第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT和第四IGBT的栅极分别与控制测量***连接。

本实施例中，若现场条件不满足时，可以选择逐级充电策略，该充电方式的基本要求是充电电源电压电压幅值必须高于每一级的储能电压。选择逐级充电方式时，无需均压装置接入回路，在充电电路的输入侧接入高压，首先给第一级储能单元充电，将其他级储能单元旁路，将低压充电电源接入输出侧，开始充电。假设充电电压为正，其充电回路如图3中箭头所示，由于旁路单元的D3两端电压为正，其正向自然导通，另外控制测量***通过控制信号使得T1导通，则T1与D3构成回路，该回路不经过储能***，相当于该级短路。通过此控制策略，将各非期望充电级旁路，而充电级不加任何控制策略，其两端承受电压为整体充电电压，通过反向二极管整流为该级充电。待检测回路检测到第一级电压充满之后，将第一级旁路，开始为第二级储能单元充电。重复以上方式，直到所有级储能单元充满电为止。其中，供电电源可以为交流和直流两种形式。

在一个实施例中，充电电路包括单刀双掷开关、第一电容器和第一电感器；单刀双掷开关的一端与级联的第一功率单元的充电输入端连接，另一端与第一电感器的一端或者发电设备连接；第一电容器的一端与第一电感器的另一端连接，另一端与级联的最后一个功率单元的充电输出端连接。

本实施例中，单刀双掷开关负责切换负载或者发电设备，第一电容器和第一电感器构成一个LC滤波器。单刀双掷开关接负载时，也就是储能单元处于放电状态，回路输出接入负载(试品)，储能单元输出直流电，经功率单元逆变成交流电输出，LC滤波器对此交流电滤波后对试品进行试验。单刀双掷开关接电网或发电设备时，也就是储能单元处于充电状态，电网输入的交流电经功率单元整流，形成直流电对储能单元充电。

在一个实施例中，储能单元主要由蓄电池和/或电容器组成。

本实施例中，储能单元主要通过蓄电池和/或电容器来进行储存电能，其中电容器包含但不限于超级电容、电解电容，对蓄电池和/或电容器的串并联连接方式也不进行任何限制。

参考图2，一种电力电子试验装置反向快速充电方法，采用以上任一项所述的充电电路，包括下列步骤：

S1，提供充电电路和发电设备，并将发电设备接入充电电路；

S2，根据控制测量***判断充电电路是否满足串联充电，若满足，则进入步骤S3；若不满足，则进入步骤S5；

S3，控制测量***控制全部功率单元，使全部储能单元串联连接，发电设备对全部储能单元充电；当出现储能单元电压不均时，进入步骤S4，否则同时将全部储能单元充满电为止；

S4，当电压测量装置检测到某一储能单元电压已充满电时，控制测量***控制功率单元使该储能单元旁路，直至所有的储能单元充满电为止；

S5，控制测量***控制功率单元，第一级储能单元接入充电回路，其他级储能单元处于旁路状态，发电设备对第一级储能单元充电；当电压测量装置检测到第一级储能单元充满电后，将第一级储能单元旁路，以同样的方式开始给第二级储能单元充电，依次将所有的储能单元充满电为止。

本实施例中，考虑到试验条件不足的情况，将充电分为高电压高功率充电和低压低功率充电，分别对应串联充电策略和逐级充电策略。当现场条件满足时，即能够提供大功率高电压输出时，选择串联充电可以大幅度提高充电效率。只需要将均压装置接入充电回路，在试验装置输入侧将高压接入，同时为所有储能单元充电。充电过程中，通过反向二极管与储能单元构成充电回路，在储能单元出现充电电压不均时，可以依次将先充满电的储能单元旁路，直至所有储能单元充满电为止。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种电力电子短路试验装置反向快速充电电路，其特征在于：包括控制测量***、电压测量装置、均压装置、储能单元和功率单元；若干组所述电压测量装置、均压装置和所述储能单元分别与所述功率单元并联连接；所述功率单元之间级联连接；所述控制测量***分别与所述电压测量装置和所述功率单元连接；所述功率单元为由电力电子功率器件构成的电能变换模块。

2.根据权利要求1所述的电力电子短路试验装置反向快速充电电路，其特征在于：所述电力电子功率器件包含但不限于IGBT、MOSFET、GTO器件；所述电能变换模块的拓扑结构为全桥式或半桥式。

3.根据权利要求2所述的电力电子短路试验装置反向快速充电电路，其特征在于：所述均压装置的回路上设有投切开关；所述控制测量***与所述投切开关的控制端连接。

4.根据权利要求2所述的电力电子短路试验装置反向快速充电电路，其特征在于：所述功率单元包括第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT和第四IGBT；所述第一IGBT的集电极和所述第三IGBT的集电极连接的公共端分别与所述电压测量装置、均压装置和所述储能单元的一端连接，所述第二IGBT的发射极和所述第四IGBT的发射极连接的公共端分别与所述电压测量装置、均压装置和所述储能单元的另一端连接；所述第三IGBT的发射极和所述第四IGBT的集电极连接的公共端作为所述功率单元的充电输入端，所述第一IGBT的发射极和所述第二IGBT的集电极连接的公共端作为所述功率单元的充电输出端；所述第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT和所述第四IGBT的栅极分别与所述控制测量***连接。

5.根据权利要求4所述的电力电子短路试验装置反向快速充电电路，其特征在于：包括单刀双掷开关、第一电容器和第一电感器；所述单刀双掷开关的一端与级联的第一所述功率单元的充电输入端连接，另一端与所述第一电感器的一端或者发电设备连接；所述第一电容器的一端与所述第一电感器的另一端连接，另一端与级联的最后一个所述功率单元的充电输出端连接。

6.根据权利要求1所述的电力电子短路试验装置反向快速充电电路，其特征在于：所述储能单元主要由蓄电池和/或电容器组成。

7.一种电力电子试验装置反向快速充电方法，采用了如权利要求1至6中任一项所述的充电电路，其特征在于，包括下列步骤：

S1，提供充电电路和发电设备，并将发电设备接入充电电路；

S2，根据控制测量***判断充电电路是否满足串联充电，若满足，则进入步骤S3；若不满足，则进入步骤S5；

S3，控制测量***控制全部功率单元，使全部储能单元串联连接，发电设备对全部储能单元充电；当出现储能单元电压不均时，进入步骤S4，否则同时将全部储能单元充满电为止；

S4，当电压测量装置检测到某一储能单元电压已充满电时，控制测量***控制功率单元使该储能单元旁路，直至所有的储能单元充满电为止；

S5，控制测量***控制功率单元，第一级储能单元接入充电回路，其他级储能单元处于旁路状态，发电设备对第一级储能单元充电；当电压测量装置检测到第一级储能单元充满电后，将第一级储能单元旁路，以同样的方式开始给第二级储能单元充电，依次将所有的储能单元充满电为止。

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