大功率可调直流电源装置

技术领域

本发明属于电源技术领域，特别涉及一种大功率工频整流电源技术领域，具体是指一种大功率可调直流电源。

背景技术

随着电力电子技术的快速发展，电力电子设备已融入到人们的工作、生活中，而所有电子设备都要有可靠的电源系统。在中压大功率领域，工频整流电源具有对供电环境适应能力强、抗冲击负载能力强、可靠性高等优点，在各领域应用较为广泛。

目前，实际运用的中压大功率工频整流电源基本采用以下三种方式：一、采用二极管整流，输出电压不可控，输入电流谐波大、功率因数低；二、采用IGBT脉宽调制，虽实现了输出电压的可控和功率因数的提高，但设备成本很高、可靠性低、控制回路复杂；三、采用可控硅移相控制，虽实现了输出电压可控，但随着移相脉冲的后移，其功率因数也会变得越来越差。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种可调直流电源装置，其特点是：电源装置的额定输出电压为DC0-1kV连续可调节；电源装置具有多种电压调节方式，实现输出电压的连续调节；电源装置能够在全功率范围内，降低输出电压的纹波系数，提高输入电源的功率因数；电源装置结构简单，运行可靠，抗干扰能力强，能够很好的满足各种直流负荷对直流电源的需求。

本发明的主要技术方案是：一种可调直流电源装置，包括输入开关柜、整流变压器、整流器及其控制系统、直流滤波器、纯水冷却器、输出直流柜等。其特征在于，所述可调直流电源装置的输入电压为AC10.5kV，输出电压范围为DC0-1kV；所述输入开关柜能够控制AC10.5kV电源的投入或切除，并提供对整流变压器、整流器及后端用电设备的保护功能；所述整流变压器从输入开关柜接入AC10.5kV交流电源，两个副边分别为三角形和星形连接，分两路输出至整流器，并将AC10.5kV设备与整流器进行隔离；所述的整流器以可控晶闸管为基本元件，组成两组三相六桥全控整流单元，可实现直流电压0-1kV的可调输出；所述直流滤波器由平波电抗器、滤波电容和放电电阻组成，保证装置负载从空载到满载，输出电压纹波系数均不大于2％；所述纯水冷却器采用去离子水封闭内循环和外冷却水热交换的冷却方式，保证整流器工作温度不超要求，并提供设备故障和高温报警功能；所述输出直流柜能够控制直流电压的投入或切除，并提供对后端用电设备的保护功能；所述控制系统由一套晶闸管12脉波触发控制器和一套PLC组成，控制直流电压的调整输出，并具有稳压截流、保护和报警功能。

所述输入开关柜由进线隔离柜和断路器柜拼接组成，柜内安装高压断路器、电流传感器、电压传感器、过电压保护器、零序电流互感器和综合保护装置等设备，该输入开关柜主要用于AC10.5kV电源的投入/切除，实时监测AC10.5kV电压线路上的电压电流信号及其他非电量信号，并能够在异常情况下，自动切除AC10.5kV线路，保护电源装置及前端输电线路。

所述整流变压器的原边绕组采用5级抽头，通过将原边绕组接为三角形接法或星形接法，使副边输出电压即整流器的输入电压达到10级无载调压，根据所需的直流输出电压，选用对应的整流器输入电压，可较大程度上减低整流器的调压范围，即移相脉冲的后移程度，从而极大的降低输出电压的纹波电压，并提高AC10.5kV侧输入电源的功率因数。

所述整流器由两组6脉波整流桥组成，整流回路采用非同相逆并联结构，其优点是整流效率高、元件均流系数高、结构简单维护方便。通过改变其输出端的连接方式，使其具有串联和并联两种工作模式。结合整流变压器的10级调压和整流器的串并联，可实现输出电压可调范围为DC0-1000V。控制方式采用十二脉波相控整流方式，实现输出电压的精确调节；同时，可控晶闸管的移相脉冲角度不超过10°，结合所述的直流滤波器能够进一步降低输出电压的纹波系数。

所述输出直流柜采用施耐德公司的NW-DC 40系列断路器作为后端用电设备投入切除的开关，并提供相对应的电流电压保护功能。

本发明的特点是，具有多种电压调节方式，能够输出DC0-1000V的宽范围的额定电压，为多种直流电机及直流电力电子设备提供稳定可靠的供电电源；输入输出电压的调节精度高，且能够极大提高电源装置电源输入侧的功率因数，降低输出电压的纹波系数。装置结构简单，运行可靠，抗干扰能力强，能够很好的满足各种直流负荷对电源的需求。

本发明涉及一种可调直流电源装置，该装置主要为直流系统联调试验中大功率的电力电子设备提供可调直流电源。本发明的功能特点是所述可调直流电源输入电压为AC10.5kV，输出电压范围为DC0-1000V；所述整流变压器原边绕组采用5级抽头，通过将原边绕组接为三角形接法或星形接法，使副边输出电压即整流器的输入电压达到10级无载调压。副边有两个绕组，分别为三角形和星形连接(相位差为30°)，分两路输出至整流器。所述的整流器由两组6脉波整流桥组成，通过改变其输出端的连接方式，使其具有串联和并联两种工作模式，结合整流变压器10级调压，可实现DC0-1000V的电源输出。本发明的有益效果是具有多种电压调节方式，能够输出DC0-1000V的宽范围的额定电压，为多种直流电机及直流电力电子设备提供稳定可靠的供电电源；输入输出电压的调节精度高，且能够极大提高电源装置电源输入侧的功率因数，降低输出电压的纹波系数。装置结构简单，运行可靠，抗干扰能力强，能够很好的满足各种直流负荷对电源的需求。

附图说明

图1是本发明大功率可调直流电源装置的电气系统示意图；

图2是电源装置的控制系统示意图；

图3是输入开关柜的一次系统示意图；

图4是整流变压器、整流器与滤波器的一次系统示意图；

图5是输出直流柜的一次系统示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明主要由输入开关柜、整流变压器、整流器、直流滤波器、输出直流柜以及控制系统等组成。输入开关柜的三相输入端连接外部的三相AC10.5kV输入电源，三相输出端用于连接整流变压器的三相输入端子；整流变压器有2组三相输出端子，分别接入2组整流器的三相输入端子；整流器的输出有+、-两个接线端子，分别接入直流滤波器的+、-两个输入端；直流滤波器的+、-两个输出端接入输出直流柜的输入端，输出直流柜的输出侧用于连接外部的直流负荷。

由图2所示，电源装置的控制系统主要由信号采集模块、核心控制器、驱动电路和触摸屏组成。信号采集模块主要用于检测AC10.5kV侧、直流输出侧和整流变压器低压侧的电压、电流信号，以及接收输入开关柜、整流变压器、整流器和输出直流隔离柜的开关信号；核心控制器用于接收外部控制指令，并根据信号采集模块传输的相关信号，发出控制指令，分别控制有载调压开关和可控晶闸管单元，对整流变压器的输出电压和可控晶闸管的导通顺序和导通角，进而实现输出电压的调节功能。驱动电路用于将核心控制器对可控晶闸管的控制脉冲进行放大和隔离，并根据其控制逻辑，实现可控晶闸管单元的正常导通和关断，进而实现输出电压的调节功能；触摸屏提供人机接口，用于显示电源装置的运行参数，同时用于控制指令的输入，方便操作人员的操作。

由图3所示，PT1为电压传感器，用于检测AC10.5kV进线侧的电压信号；CT1电流传感器，用于检测AC10.5kV进线侧的电流信号；QF1为高压断路器，依靠其分闸/合闸操作，实现电源装置后端电气设备的切除/投入；同时，在输入开关柜内，还配置了1套综合保护装置，该保护装置采集电压、电流信号，并且接收外部输入的紧急切除动作等指令，控制QF1的分闸/合闸。

由图4所示，整流变压器原边采用绕组采用5级抽头，通过将原边绕组接为三角形接法或星形接法，使副边输出电压即整流器的输入电压达到10级无载调压。副边有两个绕组，分别为三角形和星形连接(相位差为30°)，分两路输出至整流器。所述的整流器由两组6脉波整流桥组成，通过改变其输出端的连接方式，使其具有串联和并联两种工作模式，结合整流变压器10级调压，可实现DC0-1000V的电源输出。

由图5所示，QF1为直流断路器，依靠其分闸/合闸操作，实现电源装置后端直流负荷的切除/投入；同时，此直流断路器自带三段电流保护装置，在发生故障时，根据设定的保护电流值和动作时间，分断QF1。FL、PT为分流器和电压传感器，分别用于检测输出端的电流、电压信号。

现简述一下本发明的工作流程，如下：

首先，整流器内的控制系统对电源装置中输入开关柜、整流变压器、整流器和输出直流隔离柜的设备状态进行检查、确认。在确认所有设备状态良好的情况下，向输入开关柜发出“允许起动”信号。

其次，输入开关柜接收到“允许起动”信号后，对“合闸”指令进行解锁。此时，可通过输入开关柜上的合闸按钮或整流器内触摸屏上的合闸指令实现高压断路器的合闸，并向控制系统发出“合闸指示”信号。

再次，整流器内的控制系统接收到“合闸指示”信号后，可以根据设定的输出电压要求，计算出空载情况下，变压器有载开关的调节档位和晶闸管的导通角及导通顺序(保证晶闸管的导通角小于10°)。

再次，根据计算结果，完成整流器输出侧电压的输出。同时，控制系统实时监测直流输出侧的电压值，将其与电压设定值进行比较，进行闭环控制，对晶闸管导通角进行不断微调，实现输出电压的稳定。

最后，随着电源装置后端用电负荷的增加，控制系统实时监测直流输出侧的电流值，并根据整流变压器的短路阻抗，通过有载开关对整流变压器的输出电压进行有级初调；再通过晶闸管导通角的不断微调，实现输出电压和电流的稳定。

本发明一种可调直流电源装置，包括输入开关柜、整流变压器、整流器及其控制系统、直流滤波器、纯水冷却器、输出直流柜；所述可调直流电源装置的输入电压为AC10.5kV，输出电压范围为DC0-1000V；所述输入开关柜能够控制AC10.5kV电源的投入或切除，并提供对整流变压器、整流器及后端用电设备的保护功能；所述整流变压器从输入开关柜接入AC10.5kV交流电源，两个副边分别为三角形和星形连接，分两路输出至整流器，并将AC10.5kV设备与整流器进行隔离；所述的整流器以可控晶闸管为基本元件，组成两组三相六桥全控整流单元，可实现直流电压0-1000V的可调输出；所述直流滤波柜由平波电抗器、滤波电容和放电电阻组成，保证装置负载从空载到满载，输出电压纹波系数均不大于2％；所述纯水冷却器采用去离子水封闭内循环和外冷却水热交换的冷却方式，保证整流器工作温度不超要求，并提供设备故障和高温报警功能；所述输出直流柜能够控制直流电压的投入或切除，并提供对后端用电设备的保护功能；所述控制系统由一套晶闸管12脉波触发控制器和一套PLC组成，控制直流电压的调整输出，并具有稳压截流、保护和报警功能。

所述的整流变压器的原边绕组采用5级抽头，通过将原边绕组接为三角形接法或星形接法，使副边输出电压即整流器的输入电压达到10级无载调压；所述的整流器由两组6脉波整流桥组成，通过改变其输出端的连接方式，使其具有串联和并联两种工作模式；通过整流变压器的10级调压和整流器的串并联，可实现输出电压可调范围为DC0-1000V。

所述的整流器控制系统采用十二脉波相控整流方式，实现输出电压的精确调节；同时，可控晶闸管的移相脉冲角度不超过10°，结合所述的直流滤波器能够进一步降低输出电压的纹波系数。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。