CN113949151A - 一种储能变流器黑启动供电电路 - Google Patents

一种储能变流器黑启动供电电路 Download PDF

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Abstract

一种储能变流器黑启动供电电路，属于储能变流器黑启动技术领域。本发明包括三相整流模块、交流侧限流模块、直流侧限流模块、母线预充控制模块、以及黑启动电源，三相整流模块的输入端接电网，三相整流模块的输出端通过交流侧限流模块分别与母线预充控制模块和黑启动电源相连，直流侧限流模块的输入端接直流电源，直流侧限流模块的输出端分别与母线预充控制模块和黑启动电源相连。本发明集直流预充功能、交流预充功能、供电给黑启动电源功能于一体，以保证控制***实时有效供电，且使用器件少，功耗低。本发明通过设置直流侧切换模块，可以实现零损耗供电黑启动电源。

Description

一种储能变流器黑启动供电电路
技术领域
本发明属于储能变流器黑启动技术领域，具体是涉及一种储能变流器黑启动供电电 路。
背景技术
PCS(储能变流器)作为一种能量双向交互的逆变器产品，主要运用于电网调峰调频、 备用电源、发电侧功率平滑、用户侧削峰填谷等场景。由于PCS处于能量交互的核心地位， 除满足国家规定的标准外，黑启动功能也成为业主强制要求功能，可靠的、实时的供电系 统是保证此项功能实现的前提条件。
黑启动功能为：在电网掉电的瞬间，PCS能从单纯的能力转换设备转换为具有独立波 形输出的电源，建立起电池、PCS为发电设备的微电网***，从而完成可对外部应急设计及重要设备的供电。
在以往常规的电源设计供电及预充电设计中，PCS只有直流预充，或只有交流预充， 或黑启动电源单独供电，功能单一，PCS内部二次回路过多，且供电不可靠等问题。
因此需要提出一种新的方案来解决这个问题。
发明内容
本发明主要是解决上述现有技术所存在的技术问题，提供一种储能变流器黑启动供电 电路。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种储能变流器黑启动 供电电路，包括三相整流模块、交流侧限流模块、直流侧限流模块、母线预充控制模块、 以及黑启动电源，所述三相整流模块的输入端接电网，所述三相整流模块的输出端通过交 流侧限流模块分别与母线预充控制模块和黑启动电源相连，所述直流侧限流模块的输入端 接直流电源，所述直流侧限流模块的输出端分别与母线预充控制模块和黑启动电源相连。
作为优选，所述三相整流模块的输入端通过断路器、熔断器与电网相连。
作为优选，所述三相整流模块为反向耐压1800V的三相整流桥。
作为优选，所述直流侧限流模块的输入端通过熔断器与直流电源相连。
作为优选，所述交流侧限流模块包括电阻R3和电阻R4，所述三相整流模块的一路输 出端通过电阻R3分别与母线预充控制模块、黑启动电源的一路输入端相连，所述三相整流模块的另一路输出端通过电阻R4分别与母线预充控制模块、黑启动电源的另一路输入端相连。
作为优选，所述直流侧限流模块包括二极管D1、二极管D2、电阻R1、以及电阻R2，所述二极管D1的正极接直流电源的正极，所述二极管D1的负极接电阻R1的一端，所述 电阻R1的另一端分别接母线预充控制模块和黑启动电源的一路输入端，所述二极管D2的 负极接直流电源的负极，所述二极管D2的正极接电阻R2的一端，所述电阻R2的另一端 分别接母线预充控制模块和黑启动电源的另一路输入端。
作为优选，所述母线预充控制模块包括开关KM2和开关KM3，所述开关KM2的一端分别与直流侧限流模块的一路输出端、交流侧限流模块的一路输出端、黑启动电源的一路输入端相连，所述开关KM3的一端分别与直流侧限流模块的另一路输出端、交流侧限流模块的另一路输出端、黑启动电源的另一路输入端相连，所述开关KM2的另一端和开关KM3的 另一端均接储能变流器的母线。
作为优选，还包括直流侧切换模块，所述直流侧切换模块的输入端接直流电源，所述 直流侧切换模块的输出端通过母线预充控制模块与黑启动电源相连。
作为优选，所述直流侧切换模块的输出端通过熔断器与母线预充控制模块相连。
作为优选，所述直流侧切换模块包括断路器Q2，所述断路器Q2的一路输入端接直流 电源的正极，所述断路器Q2的另一路输入端接直流电源的负极，所述断路器Q2的一路输出端通过母线预充控制模块与黑启动电源的一路输入端相连，所述断路器Q2的另一路输出端通过母线预充控制模块与黑启动电源的另一路输入端相连。
本发明具有的有益效果：本发明集直流预充功能、交流预充功能、供电给黑启动电源 功能于一体，以保证控制***实时有效供电，且使用器件少，功耗低。本发明通过设置直流侧切换模块，可以实现零损耗供电黑启动电源。
附图说明
图1是本发明的一种结构框图；
图2是本发明熔断器FU3、熔断器FU4、熔断器FU5和电网的一种连接电路示意图；
图3是本发明三相整流模块、交流侧限流模块、直流侧限流模块和母线预充控制模块 的一种连接电路示意图；
图4是本发明直流侧切换模块和直流电源的一种连接电路示意图；
图5是本发明黑启动电源的一种电路图。
图中：1、三相整流模块；2、交流侧限流模块；3、直流侧限流模块；4、母线预充控 制模块；5、黑启动电源；6、电网；7、直流电源；8、直流侧切换模块。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：一种储能变流器黑启动供电电路，如图1-图5所示，包括三相整流模块1、交流侧限流模块2、直流侧限流模块3、母线预充控制模块4、以及黑启动电源5，所述三 相整流模块1的输入端接电网6，所述三相整流模块1的输出端通过交流侧限流模块2分 别与母线预充控制模块4和黑启动电源5相连，所述直流侧限流模块3的输入端接直流电 源7，所述直流侧限流模块3的输出端分别与母线预充控制模块4和黑启动电源5相连。
所述电网6为三相交流电，所述直流电源7为蓄电池，所述三相整流模块1的输入端通过断路器、熔断器与电网6相连。
所述交流侧限流模块2包括电阻R3和电阻R4，所述三相整流模块1的一路输出端通过电阻R3分别与母线预充控制模块4、黑启动电源5的一路输入端相连，所述三相整流模 块1的另一路输出端通过电阻R4分别与母线预充控制、黑启动电源5的另一路输入端相 连。
所述直流侧限流模块3的输入端通过熔断器与直流电源7相连。所述直流侧限流模块 3包括二极管D1、二极管D2、电阻R1、以及电阻R2，所述二极管D1的正极接直流电源7 的正极，所述二极管D1的负极接电阻R1的一端，所述电阻R1的另一端分别接母线预充 控制模块4和黑启动电源5的一路输入端，所述二极管D2的负极接直流电源7的负极， 所述二极管D2的正极接电阻R2的一端，所述电阻R2的另一端分别接母线预充控制模块4 和黑启动电源5的另一路输入端。
所述母线预充控制模块4包括开关KM2和开关KM3，所述开关KM2的一端分别与直流侧限流模块3的一路输出端、交流侧限流模块2的一路输出端、黑启动电源5的一路输入 端相连，所述开关KM3的一端分别与直流侧限流模块3的另一路输出端、交流侧限流模块 2的另一路输出端、黑启动电源5的另一路输入端相连，所述开关KM2的另一端和开关KM3 的另一端均接储能变流器的母线。
上述供电电路还包括直流侧切换模块8，所述直流侧切换模块8的输入端接直流电源 7，所述直流侧切换模块8的输出端通过母线预充控制模块4与黑启动电源5相连。
所述直流侧切换模块8的输出端通过熔断器与母线预充控制模块4相连。所述直流侧 切换模块8包括断路器Q2，所述断路器Q2的一路输入端接直流电源7的正极，所述断路器Q2的另一路输入端接直流电源7的负极，所述断路器Q2的一路输出端通过母线预充控 制模块4与黑启动电源5的一路输入端相连，所述断路器Q2的另一路输出端通过母线预 充控制模块4与黑启动电源5的另一路输入端相连。
在本实施例中，如图2-5所示，三相整流模块1为反向耐压1800V的三相整流桥，三相整流桥VD4的第一路输入端接断路器QF5第一个接头的一端，断路器QF5第一个接头的 另一端通过熔断器FU3与电网6的U相相连，三相整流桥VD4的第二路输入端接断路器QF5 第二个接头的一端，断路器QF5第二个接头的另一端通过熔断器FU4与电网6的V相相连， 三相整流桥VD4的第三路输入端接断路器QF5第三个接头的一端，断路器QF5第三个接头 的另一端通过熔断器FU5与电网6的W相相连。
三相整流桥VD4的一路输出端接电阻R3的一端，电阻R3的另一端分别接开关KM2的一端、黑启动电源P1的一路输入端，三相整流桥VD4的另一路输出端接电阻R4的一端， 电阻R4的另一端分别接开关KM3的一端、黑启动电源P1的另一路输入端，开关KM2的另 一端和开关KM3的另一端接储能变流器的母线。
二极管D1的正极通过熔断器FU9接直流电源7的正极，二极管D1的负极接电阻R1的一端，电阻R1的另一端分别接开关KM2的一端、黑启动电源P1的一路输入端，二极管 D2的负极通过熔断器FU10接直流电源7的负极，二极管D2的正极接电阻R2的一端，电 阻R2的另一端分别接开关KM3的一端、黑启动电源P1的另一路输入端。
断路器Q2的一路输入端接直流电源7的正极，断路器Q2的另一路输入端接直流电源 7的负极，断路器Q2的一路输出端通过熔断器FU6接开关KM2，并通过开关KM2与黑启动电源P1的一路输入端相连，断路器Q2的另一路输出端通过熔断器FU8接开关KM3，并通 过开关KM3与黑启动电源P1的另一路输入端相连。
正常使用时：(1)，熔断器FU3、熔断器FU4、熔断器FU5通过断路器Q1接入电网6， 电网6电压为400V，电网6将400V交流电输送至三相整流桥VD4，三相整流桥VD4的反 向耐压为1800V，以保证母线电压无返流至交流侧，经计算，400V无控整流电压约为 400*1.414＝565.5V；三相整流桥VD4的输出端经电阻R3、电阻R4、开关KM2、开关KM3对 母线实现交流预充，同时给黑启动电源5供电。保障只有交流电压情况下，PCS黑启动及 控制***能正常供电，且完成母线预充电功能。
(2)，直流电源7的输出端经熔断器FU9、熔断器FU10、二极管D1、二极管D2、电 阻R1、电阻R2、开关KM2、开关KM3对母线实现直流预充，同时给黑启动电源5供电。保 障只有直流电压情况下，PCS黑启动及控制***能正常供电，且完成母线预充电功能。
(3)，当断路器Q2闭合后，直流电源7的输出端通过开关KM2、开关KM3持续给黑启动电源5供电，保障控制***运行。由于断路器Q2的阻抗几乎为零，电流不再经过电阻、 二极管等发热器件，实现了零损耗供电。
出现异常情况时：(1)，在电网6掉电的情况下：PCS此刻无交流电压，但有直流电压， 直流电源7供电给黑启动电源5，黑启动电源5输出直流电给控制***，使控制***正常供电运行，控制***切换PCS运行模式为VF，自主输出三相400V交流电压，从而建立微 电网6电源，供电给应急设备及重要设备。
(2)，在无直流电压的情况下：在调试期间，有很多无法满足现场电池电压的环境，而常用的交流电随处可见，可用交流电测试PCS整流功能及逻辑性能；采用上述方式，既 保证了黑启动电源5正常供电，又能实现母线预充功能。
综上所述，本发明集直流预充功能、交流预充功能、供电给黑启动电源功能于一体， 以保证控制***实时有效供电，且使用器件少，功耗低。本发明通过设置直流侧切换模块， 可以实现零损耗供电黑启动电源。
最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上 述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单 修改、等同变化与修饰，均应认为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种储能变流器黑启动供电电路，包括三相整流模块、交流侧限流模块、直流侧限流模块、母线预充控制模块、以及黑启动电源，其特征在于，所述三相整流模块的输入端接电网，所述三相整流模块的输出端通过交流侧限流模块分别与母线预充控制模块和黑启动电源相连，所述直流侧限流模块的输入端接直流电源，所述直流侧限流模块的输出端分别与母线预充控制模块和黑启动电源相连。
2.根据权利要求1所述的一种储能变流器黑启动供电电路，其特征在于，所述三相整流模块的输入端通过断路器、熔断器与电网相连。
3.根据权利要求1所述的一种储能变流器黑启动供电电路，其特征在于，所述三相整流模块为反向耐压1800V的三相整流桥。
4.根据权利要求1所述的一种储能变流器黑启动供电电路，其特征在于，所述直流侧限流模块的输入端通过熔断器与直流电源相连。
5.根据权利要求1所述的一种储能变流器黑启动供电电路，其特征在于，所述交流侧限流模块包括电阻R3和电阻R4，所述三相整流模块的一路输出端通过电阻R3分别与母线预充控制模块、黑启动电源的一路输入端相连，所述三相整流模块的另一路输出端通过电阻R4分别与母线预充控制模块、黑启动电源的另一路输入端相连。
6.根据权利要求1所述的一种储能变流器黑启动供电电路，其特征在于，所述直流侧限流模块包括二极管D1、二极管D2、电阻R1、以及电阻R2，所述二极管D1的正极接直流电源的正极，所述二极管D1的负极接电阻R1的一端，所述电阻R1的另一端分别接母线预充控制模块和黑启动电源的一路输入端，所述二极管D2的负极接直流电源的负极，所述二极管D2的正极接电阻R2的一端，所述电阻R2的另一端分别接母线预充控制模块和黑启动电源的另一路输入端。
7.根据权利要求1所述的一种储能变流器黑启动供电电路，其特征在于，所述母线预充控制模块包括开关KM2和开关KM3，所述开关KM2的一端分别与直流侧限流模块的一路输出端、交流侧限流模块的一路输出端、黑启动电源的一路输入端相连，所述开关KM3的一端分别与直流侧限流模块的另一路输出端、交流侧限流模块的另一路输出端、黑启动电源的另一路输入端相连，所述开关KM2的另一端和开关KM3的另一端均接储能变流器的母线。
8.根据权利要求1所述的一种储能变流器黑启动供电电路，其特征在于，还包括直流侧切换模块，所述直流侧切换模块的输入端接直流电源，所述直流侧切换模块的输出端通过母线预充控制模块与黑启动电源相连。
9.根据权利要求8所述的一种储能变流器黑启动供电电路，其特征在于，所述直流侧切换模块的输出端通过熔断器与母线预充控制模块相连。
10.根据权利要求8所述的一种储能变流器黑启动供电电路，其特征在于，所述直流侧切换模块包括断路器Q2，所述断路器Q2的一路输入端接直流电源的正极，所述断路器Q2的另一路输入端接直流电源的负极，所述断路器Q2的一路输出端通过母线预充控制模块与黑启动电源的一路输入端相连，所述断路器Q2的另一路输出端通过母线预充控制模块与黑启动电源的另一路输入端相连。
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