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CN105429206A - 一种组合式电源装置 - Google Patents

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CN105429206A
CN105429206A CN201510831815.9A CN201510831815A CN105429206A CN 105429206 A CN105429206 A CN 105429206A CN 201510831815 A CN201510831815 A CN 201510831815A CN 105429206 A CN105429206 A CN 105429206A
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CN
China
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unit
bus
power supply
battery
source apparatus
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Pending
Application number
CN201510831815.9A
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English (en)
Inventor
熊泽成
尹强
任晓丹
于越
罗治军
赵启良
王永锋
庞浩
赵恒宇
韩海伦
候泽芳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xuji Group Co Ltd
XJ Electric Co Ltd
Xuji Power Co Ltd
State Grid Corp of China SGCC
Original Assignee
Xuji Group Co Ltd
XJ Electric Co Ltd
Xuji Power Co Ltd
State Grid Corp of China SGCC
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Publication date
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Publication of CN105429206A publication Critical patent/CN105429206A/zh
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/10—Arrangements incorporating converting means for enabling loads to be operated at will from different kinds of power supplies, e.g. from AC or DC
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

本发明涉及一种组合式电源装置，包括AC/DC单元、DC/DC单元、单体电池和CPU控制单元，所述AC/DC单元连接交流输入与第一直流母线，DC/DC单元连接第一直流母线与第二直流母线，所述单体电池并联在所述第一直流母线上。本发明将成串使用的电池组改为单个使用，并且与开关电源单元相配合，使得单体电池的问题不会影响所有电池，各个组合电源能在线维护和在线全容量核容；每个电池单独调节控制，能够最大化发挥单体电池性能。

Description

一种组合式电源装置
技术领域
本发明涉及直流电源系统中的开关电源，特别涉及变电站单体电池的充放电领域，改变了变电站现有的电池连接方式，尤其为一种组合式电源装置。
背景技术
变电站的直流系统作为站内二次设备的主要工作电源，为设备的持续稳定运行提供了有力保障，也是保证站内交流站用电事故全停情况下，保护、控制以及通信装置能够正常运行的重要电源，其重要性十分显著。
目前电力系统大量使用铅酸蓄电池。变配电站直流系统通过较多数量铅酸蓄电池串联组成。一般DC220V直流系统采用104只2V铅酸蓄电池或19只12V铅酸蓄电池，DC110V直流系统采用54只2V铅酸蓄电池或9只12V铅酸蓄电池。
当蓄电池组中少数电池发生质量问题时，因不同批次电池内阻及容量的差异，新旧电池串联使用将造成过充、过放等安全问题，不能采用新电池替换旧电池方法解决问题。这样必将造成直流蓄电池组在绝大多数电池性能正常情况下整组报废。串联蓄电池组不能在线维护，只能靠定期离线全容量核容实验才能真正确定实际容量，发现蓄电池内部质量问题需将备用蓄电池组并联带载，再退出问题蓄电池组维护。
近年，环境保护部、国家发改委等部门在全国范围内掀起铅酸蓄电池行业环保整治运动。铅酸电池主要由铅、硫酸以及部分其他金属及塑料组成，生产铅酸蓄电池存在着倾注硫酸、成品检验和测试环节挥发硫酸雾气等污染环境的大问题。
电力系统面临减少铅酸蓄电池使用量，以及提高现有铅酸蓄电池利用率的双重压力。
发明内容
本发明的目的是提供一种组合电源，用以解决现有技术由于串联使用电池，导致直流系统中单体电池问题影响整串电池，以及使得串联电池组不能在线维护和在线全容量核容，只能整组冗余及防爆防燃处理难的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括：
一种组合式电源装置，包括AC/DC单元、DC/DC单元、单体电池和CPU控制单元，所述AC/DC单元连接交流输入与第一直流母线，DC/DC单元连接第一直流母线与第二直流母线，所述单体电池并联在所述第一直流母线上。
进一步的，所述CPU控制单元控制调节AC/DC单元和DC/DC单元；用于实现AC/DC单元对单体蓄电池的均浮充及隔离，以及DC/DC单元实现单体电池的放电及与第二直流母线隔离。
进一步的，所述AC/DC单元为APFC及同步整流LLC拓扑结构。
进一步的，所述的DC/DC单元为交错并联PFC和DC/DC移相全桥ZVS拓扑结构。
进一步的，所述单体电池为单体蓄电池。
进一步的，所述单体蓄电池电压为12V、24V或者48V；
进一步的，所述第二直流母线电压为220V或者110V。
本发明将成串使用的电池组改为单个使用，并且与开关电源单元相配合，使得单体电池的问题不会影响所有电池，各个组合电源能在线维护和在线全容量核容；每个电池单独调节控制，能够最大化发挥单体电池性能。
附图说明
图1为本发明的装置原理结构示意图；
图2为交流正常时的能量流动示意图；
图3为交流异常时的能量流动示意图；
图4为AC/DC单元主电路拓扑；
图5为DC/DC单元主电路拓扑；
图6为小型智能直流电源系统的原理图；
图7为传统智能直流电源系统的原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
如图1本发明的一种组合式电源装置，包括AC/DC单元、DC/DC单元、单体蓄电池和CPU控制单元。AC/DC单元连接交流输入与第一直流母线，DC/DC单元连接第一直流母线与第二直流母线，单体蓄电池并联在第一直流母线上。
CPU控制单元控制调节AC/DC单元和DC/DC单元。AC/DC单元实现交流输入对单体蓄电池的均浮充及隔离，DC/DC单元实现单体蓄电池的放电及与输出母线(即第二直流母线)隔离。
此组合式电源装置与光伏发电应用领域的装置不同，光伏发电的输入为太阳能电池板PV，为直流电DC，根据太阳能电池板的串并联量来决定直流电的容量及电压，同时太阳能电池板与蓄电池之间一般情况下没有隔离功能，蓄电池的电压等级也比较高，根据并网的单相还是三相，即并网为220VAC还是380VAC，蓄电池的电压应该大于并网的的反相不可控整流电压；根据独立结构，蓄电池的电压也比较高，应该要提供交流负载。因此光伏发电一般为DC/DC单元和DC/AC单元组成。此组合式电源装置与分布式电源应用领域也是不同的，分布式电源的最终目的为各路输入最终接入到电网中或者独立的电网，它们的输出都是交流量AC；若分布式电源给直流负载供电，直流负载需要的电压一般也为110VDC或者220V。
图4为AC/DC单元主电路拓扑。AC/DC单元由APFC和同步整流LLC两部分组成，首先APFC将交流输入电源转换成390VDC直流母线电压，为后级提供稳定的电源输入，同时交流输入电流跟踪交流输入电压，减少了输入侧电流谐波，从而提高了输入端功率因数，功率因数可以达到0.99。同步整流LLC转换为单体蓄电池的电压12V，LLC电路能够实现原边开关管的ZVS，电流波形为正弦波，其高次谐波小；副边的同步整流降低了大电流条件下功率器件的损耗，同时具有ZCS效果。它实现了高功率密度、高功率因数、高效率的开关电源优点，同时将交流输入与单体蓄电池隔离，也实现了单体蓄电池的均浮充及直流母线输出的中间转换环节建立。
图5为DC/DC单元主电路拓扑。DC/DC单元由交错并联PFC和DC/DC移相全桥ZVS两部分组成，首先交错并联PFC将单体蓄电池12V电压转换为54V直流输出母线电压，为后级提供稳定的电源输入，同时交错并联技术能够降低输出电流、电压的纹波幅值，提高输出电压、电流纹波的频率，降低功率器件的电流应力。DC/DC移相全桥ZVS将54V直流母线电压升压为直流输出母线电压110V或者22OV，全桥功率管实现了ZVS，同时具有和多台组合式电源并机工作的能力，提高直流母线电压的输出容量。实现了单体蓄电池的放电及中间转换环节的直流母线电压输出。
CPU控制单元实现AC/DC单元和DC/DC单元的控制调节，同时能够实现组合式电源与直流电源系统中直流监控装置的通信。可以将组合式电源装置中的信息传送给直流监控装置，直流监控装置可以对组合式电源装置进行控制。CPU控制单元同时实现了对组合式电源装置的整体智能控制。
作为其他实施方式，AC/DC单元和DC/DC单元也可以采用其他类型开关电源拓扑结构；蓄电池除了铅酸蓄电池，还可以是其他类型的蓄电池，甚至是其他类型的电池。
组合式电源装置的工作流程和原理如下：
模式1：交流电源正常时，由交流电源给直流母线供电。装置通电，APFC的辅助电源工作，接着进行软起动，APFC的输出电压建立，同步整流LLC开始工作，给单体蓄电池充电，同时建立单体蓄电池的母线电压，然后交错并联PFC将中间环节的母线电压进行升压，再者通过DC/DC移相全桥ZVS输出得到直流母线电压。能量流动示意图如图2粗实线所示。
模式2：交流输入异常失电时，由单体蓄电池给直流母线电压供电。单体蓄电池通过交错并联PFC和DC/DC移相全桥ZVS输出得到直流母线电压。能量流动示意图如图3粗实线所示。
多个组合式电源装置AU1～AUn的输出端并联在一起组成小型智能直流电源系统，并且其输出接变电站的直流负载。交流输入通过断路器QF1～QFn连接到三相回路中，交流输入可以是单相，也可以是三相。其系统原理图如图6所示。
传统的智能直流电源系统的原理图如图7所示，它是将整流装置AU1～AUn的输出端并联在一起给蓄电池组充放电，它们通过断路器连接在一起，它们共同的负载为变电站的直流负载。
以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种组合式电源装置，其特征在于，包括AC/DC单元、DC/DC单元、单体电池和CPU控制单元，所述AC/DC单元连接交流输入与第一直流母线，DC/DC单元连接第一直流母线与第二直流母线，所述单体电池并联在所述第一直流母线上。
2.根据权利要求1所述的一种组合式电源装置，其特征在于，所述CPU控制单元控制调节AC/DC单元和DC/DC单元；用于实现AC/DC单元对单体蓄电池的均浮充及隔离，以及DC/DC单元实现单体电池的放电及与第二直流母线隔离。
3.根据权利要求1所述的一种组合式电源装置，其特征在于，所述AC/DC单元为APFC及同步整流LLC拓扑结构。
4.根据权利要求1所述的一种组合式电源装置，其特征在于，所述的DC/DC单元为交错并联PFC和DC/DC移相全桥ZVS拓扑结构。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种组合式电源装置，其特征在于，所述单体电池为单体蓄电池。
6.根据权利要求5所述的一种组合式电源装置，其特征在于，所述单体蓄电池电压为12V、24V或者48V。
7.根据权利要求5所述的一种组合式电源装置，其特征在于，所述第二直流母线电压为220V或者110V。
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