一种整流模块及高压直流供电系统

技术领域

本发明涉及高压直流输电技术领域，尤其涉及一种整流模块及高压直流供电系统。

背景技术

众所周知，当代社会的输配电方式仍以交流输配电为主，但由于交流电的品质要求很高，要考虑频率、功率因素、谐波、对地电容电流、线路阻抗、同期处理等诸多问题，因而交流输配电在很多方面显示出了局限性。与此同时，直流输配电技术以其独有的特点，避免了交流电所需要考虑的以上诸多问题，所以直流输配电，尤其高压直流输配电得到了广泛的关注与应用，具有广阔的市场需求，将在目前乃至将来电网中发挥巨大作用。

目前，传统的高压直流供电系统的拓扑通常采用传统变压器+PFC(Power FactorCorrection，功率因数校正)电路+LLC谐振电路，这种拓扑虽然可以实现PFC、整流、升降压等功能，但存在的问题也很突出，那便是效率较低，无法满足电网发展的需求。

因此，很有必要对现有技术进行改进。

以上信息作为背景信息给出只是为了辅助理解本公开，并没有确定或者承认任意上述内容是否可用作相对于本公开的现有技术。

发明内容

本发明提供一种整流模块及高压直流供电系统，以解决现有技术的不足。

为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：

第一方面，本发明实施例提供一种整流模块，包括电感组件、开关组件、整流组件和电容组件；其中，

所述电感组件包括第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3和第四电感L4；

所述开关组件包括第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4；

所述整流组件包括第一整流元件D1、第二整流元件D2、第三整流元件D3和第四整流元件D4；

所述电容组件包括第一电容C1和第二电容C2；

所述第一整流元件D1、第二整流元件D2、第三整流元件D3的反向端并联后与所述第四开关S4的一端连接，所述第一整流元件D1的正向端与所述第一开关S1的一端连接，所述第二整流元件D2的正向端与所述第二开关S2的一端连接，所述第三整流元件D3的正向端与所述第三关S3的一端连接，所述第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3的另一端并联后与负载连接；

所述第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3的一端分别与移相变压器中三相绕组的一相连接，所述第一电感L1的另一端连接在所述第一开关S1与所述第一整流元件D1之间，所述第二电感L2的另一端连接在所述第二开关S2与所述第二整流元件D2之间，所述第三电感L3的另一端连接在所述第三开关S3与所述第三整流元件D3之间；

所述第四开关S4的另一端串联所述第四电感L4后与所述负载连接；

所述第四整流元件D4的正向端连接在所述第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3并联后的一端与所述负载之间，所述第四整流元件D4的反向端连接在所述第四开关S4与所述第四电感L4之间；

所述第一电容C1的一端连接在所述第一整流元件D1、第二整流元件D2、第三整流元件D3并联后的一端与所述第四开关S4之间，所述第一电容C1的另一端连接在所述第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3并联后的一端与所述负载之间；

所述第二电容C2的一端连接在所述第四电感L4与所述负载之间，所述第二电容C2的另一端连接在所述第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3并联后的一端与所述负载之间。

进一步地，所述整流模块中，所述整流组件还包括第五整流元件D5、第六整流元件D6和第七整流元件D7；

所述第五整流元件D5的反向端连接在所述第一电感L1与所述移相变压器之间，所述第五整流元件D5的正向端连接在所述第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3并联后的一端；

所述第六整流元件D6的反向端连接在所述第二电感L2与所述移相变压器之间，所述第五整流元件D5的正向端连接在所述第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3并联后的一端；

所述第七整流元件D7的反向端连接在所述第三电感L3与所述移相变压器之间，所述第五整流元件D5的正向端连接在所述第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3并联后的一端。

进一步地，所述整流模块中，所述第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4均为开关管。

进一步地，所述整流模块中，所述开关管为MOS管或三极管。

进一步地，所述整流模块中，所述第一整流元件D1、第二整流元件D2、第三整流元件D3、第五整流元件D5、第六整流元件D6和第七整流元件D7均为二极管或MOS管。

进一步地，所述整流模块中，所述第四整流元件D4为二极管。

第二方面，本发明实施例提供一种高压直流供电系统，包括依次连接的高压进线柜、隔离变压柜、整流柜和直流配电柜；

所述高压进线柜用于将高压市电接入到所述隔离变压柜；

所述隔离变压柜包括设置有若干三相绕组的移相变压器，用于对高压市电进行调压；

所述整流柜包括整流插框和设置在所述整流插框上的若干整流模块，用于对调压后的高压市电进行整流；

所述直流配电柜用于将整流后的高压市电输出至负载；

其中，所述整流模块为如上述第一方面所述的整流模块。

与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：

本发明实施例提供的一种整流模块及高压直流供电系统，通过三相无桥BOOST-BUCK和移相变压器，既可以实现PFC、整流、升降压等功能，又可以明显提升效率和功率密度，从而满足电网发展的需求，而且拓扑简洁，控制复杂度低，可靠性高，适于大范围推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例一提供的一种整流模块的电路原理示意图；

图2是本发明实施例一中第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3的发波方式示意图；

图3是本发明实施例一提供的一种整流模块的控制逻辑示意图；

图4是本发明实施例一提供的一种整流模块的另一电路原理示意图；

图5是本发明实施例一提供的普通型三相无桥BOOST-BUCK的波形示意图；

图6是本发明实施例一提供的改进型三相无桥BOOST-BUCK的波形示意图；

图7是本发明实施例提供的一种高压直流供电系统。

具体实施方式

为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。当一个组件被认为是“设置在”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中设置的组件。

此外，术语“长”“短”“内”“外”等指示方位或位置关系为基于附图所展示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有此特定的方位、以特定的方位构造进行操作，以此不能理解为本发明的限制。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

有鉴于上述现有的高压直流供电技术存在的缺陷，本申请人基于从事该行业设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以希望创设能够解决现有技术中缺陷的技术，使得高压直流供电技术更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

请参考图1，本发明实施例提供一种整流模块，包括电感组件、开关组件、整流组件和电容组件；其中，

所述电感组件包括第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3和第四电感L4；

所述开关组件包括第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4；

所述整流组件包括第一整流元件D1、第二整流元件D2、第三整流元件D3和第四整流元件D4；

所述电容组件包括第一电容C1和第二电容C2；

所述第一整流元件D1、第二整流元件D2、第三整流元件D3的反向端并联后与所述第四开关S4的一端连接，所述第一整流元件D1的正向端与所述第一开关S1的一端连接，所述第二整流元件D2的正向端与所述第二开关S2的一端连接，所述第三整流元件D3的正向端与所述第三关S3的一端连接，所述第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3的另一端并联后与负载连接；

所述第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3的一端分别与移相变压器中三相绕组的一相连接，所述第一电感L1的另一端连接在所述第一开关S1与所述第一整流元件D1之间，所述第二电感L2的另一端连接在所述第二开关S2与所述第二整流元件D2之间，所述第三电感L3的另一端连接在所述第三开关S3与所述第三整流元件D3之间；

所述第四开关S4的另一端串联所述第四电感L4后与所述负载连接；

所述第四整流元件D4的正向端连接在所述第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3并联后的一端与所述负载之间，所述第四整流元件D4的反向端连接在所述第四开关S4与所述第四电感L4之间；

所述第一电容C1的一端连接在所述第一整流元件D1、第二整流元件D2、第三整流元件D3并联后的一端与所述第四开关S4之间，所述第一电容C1的另一端连接在所述第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3并联后的一端与所述负载之间；

所述第二电容C2的一端连接在所述第四电感L4与所述负载之间，所述第二电容C2的另一端连接在所述第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3并联后的一端与所述负载之间。

需要说明的是，本实施例通过设计三相无桥BOOST-BUCK和移相变压器，使得既可以如现有技术一样实现PFC、整流、升降压等功能，但又可以明显提升效率和功率密度。

具体的，所述第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3的发波方式如图2所示，三相输入电压实时比较，输入电压最高的一相所对应的开关进行高频开关，其它两个开关关断，在输入电压换相点打驱动的开关也进行相应的交换。无桥BOOST电路和BUCK电路均采用双环控制，接下来着重描述三相无桥BOOST的环路，如图3所示，外环为电压环，对母线电压进行误差放大，电压环的输出作为电流环的给定，内环为电流环，三相输入电压进行实时比较，输入电压最高的一相所对应的开关进行高频开关，其电流为内环被控量，其它两个开关关断。

在本实施例中，如上所述的三相无桥BOOST-BUCK是普通型三相无桥BOOST-BUCK，通过对该普通型三相无桥BOOST-BUCK进行改进，可得到改进型三相无桥BOOST-BUCK，如图4所示，具体的，改进时需要增加一些元件进行配合，即所述整流元件还包括第五整流元件D5、第六整流元件D6和第七整流元件D7；

所述第五整流元件D5的反向端连接在所述第一电感L1与所述移相变压器之间，所述第五整流元件D5的正向端连接在所述第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3并联后的一端；

所述第六整流元件D6的反向端连接在所述第二电感L2与所述移相变压器之间，所述第五整流元件D5的正向端连接在所述第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3并联后的一端；

所述第七整流元件D7的反向端连接在所述第三电感L3与所述移相变压器之间，所述第五整流元件D5的正向端连接在所述第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3并联后的一端。

在本实施例中，所述第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4均为开关管。

优选的，所述开关管为MOS管或三极管。

在本实施例中，所述第一整流元件D1、第二整流元件D2、第三整流元件D3、第五整流元件D5、第六整流元件D6和第七整流元件D7均为二极管或MOS管。

所述第四整流元件D4为二极管。

接下来，将对普通型三相无桥BOOST-BUCK和改进型三相无桥BOOST-BUCK分别进行详细的工作原理说明。

普通型三相无桥BOOST-BUCK：

该拓扑的波形如图5所示，t0～t1：当第一开关S1导通时，电流流过第一电感L1、第一开关S1和第二开关S2的反并联体二极管、第二电感L2，此时第一电感L1、第二电感L2储能，电流上升，当第一开关S1关断时，电流流过第一电感L1、第一整流元件D1、第一电容C1、第二开关S2的反并联体二极管、第二电感L2，此时第一电感L1、第二电感L2释放能量，电流下降；t1～t2：当第一开关S1导通时，电流流过第一电感L1、第一开关和第三开关S3的反并联体二极管、第三电感L3，此时电感第一电感L1、第三电感L3储能，电流上升，当第一开关S1关断时，电流流过第一电感L1、第一整流元件D1、第一电容C1、第三开关S3的反并联体二极管、第三电感L3，此时第一电感L1、第三电感L3释放能量，电流下降；三相无桥BOOST的输入电流为非正弦波，但10KV侧因为移相变压器的谐波抵消，电流呈正弦，PF值可达0.99以上；第一整流元件D1、第二整流元件D2、第三整流元件D3如果使用MOS管可实现同步整流，基本工作原理与上述相同。

改进型三相无桥BOOST-BUCK：

该拓扑的波形如图6所示，t0～t1：当第一开关S1导通时，电流流过第一电感L1、第一开关S1和第六整流元件D6，此时第一电感L1储能，电流上升，当第一开关S1关断时，电流流过第一电感L1、第一整流元件D1、第一电容C1、第六整流元件D6，此时电感第一电感L1释放能量，电流下降；t1～t2：当第一开关S1导通时，电流流过第一电感L1、第一开关S1和第七整流元件D7，此时第一电感L1储能，电流上升，当第一开关S1关断时，电流流过第一电感L1、第一整流元件D1、第一电容C1、第七整流元件D7，此时电感第一电感L1释放能量，电流下降；三相无桥BOOST的输入电流为非正弦波，但10KV侧因为移相变压器的谐波抵消，电流呈正弦，PF值可达0.99以上；第一整流元件D1、第二整流元件D2、第三整流元件D3、第五整流元件D5、第六整流元件D6、第七整流元件D7如果使用MOS管可实现同步整流，基本工作原理与上述相同。

本发明实施例提供的一种整流模块，通过三相无桥BOOST-BUCK和移相变压器，既可以实现PFC、整流、升降压等功能，又可以明显提升效率和功率密度，从而满足电网发展的需求，而且拓扑简洁，控制复杂度低，可靠性高，适于大范围推广应用。

实施例二

请参考图7，本发明实施例提供一种高压直流供电系统，包括依次连接的高压进线柜、隔离变压柜、整流柜和直流配电柜；

所述高压进线柜用于将高压市电接入到所述隔离变压柜；

所述隔离变压柜包括设置有若干三相绕组的移相变压器，用于对高压市电进行调压；

所述整流柜包括整流插框和设置在所述整流插框上的若干整流模块，用于对调压后的高压市电进行整流；

所述直流配电柜用于将整流后的高压市电输出至负载；

其中，所述整流模块为如上述实施例一所述的整流模块。

需要说明的是，由于所述移相变压器具有抵消高次谐波的功能，因此该系统的PFC功能由所述移相变压器来实现，所述整流模块可以没有PFC功能，输入级硬件和软件上可以简化。

本发明实施例提供的一种高压直流供电系统，通过三相无桥BOOST-BUCK和移相变压器，既可以实现PFC、整流、升降压等功能，又可以明显提升效率和功率密度，从而满足电网发展的需求，而且拓扑简洁，控制复杂度低，可靠性高，适于大范围推广应用。

至此，以说明和描述的目的提供上述实施例的描述。不意指穷举或者限制本公开。特定的实施例的单独元件或者特征通常不受到特定的实施例的限制，但是在适用时，即使没有具体地示出或者描述，其可以互换和用于选定的实施例。在许多方面，相同的元件或者特征也可以改变。这种变化不被认为是偏离本公开，并且所有的这种修改意指为包括在本公开的范围内。

提供示例实施例，从而本公开将变得透彻，并且将会完全地将该范围传达至本领域内技术人员。为了透彻理解本公开的实施例，阐明了众多细节，诸如特定零件、装置和方法的示例。显然，对于本领域内技术人员，不需要使用特定的细节，示例实施例可以以许多不同的形式实施，而且两者都不应当解释为限制本公开的范围。在某些示例实施例中，不对公知的工序、公知的装置结构和公知的技术进行详细地描述。

在此，仅为了描述特定的示例实施例的目的使用专业词汇，并且不是意指为限制的目的。除非上下文清楚地作出相反的表示，在此使用的单数形式“一个”和“该”可以意指为也包括复数形式。术语“包括”和“具有”是包括在内的意思，并且因此指定存在所声明的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或额外地具有一个或以上的其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。除非明确地指示了执行的次序，在此描述的该方法步骤、处理和操作不解释为一定需要按照所论述和示出的特定的次序执行。还应当理解的是，可以采用附加的或者可选择的步骤。

当元件或者层称为是“在……上”、“与……接合”、“连接到”或者“联接到”另一个元件或层，其可以是直接在另一个元件或者层上、与另一个元件或层接合、连接到或者联接到另一个元件或层，也可以存在介于其间的元件或者层。与此相反，当元件或层称为是“直接在……上”、“与……直接接合”、“直接连接到”或者“直接联接到”另一个元件或层，则可能不存在介于其间的元件或者层。其他用于描述元件关系的词应当以类似的方式解释(例如，“在……之间”和“直接在……之间”、“相邻”和“直接相邻”等)。在此使用的术语“和/或”包括该相关联的所罗列的项目的一个或以上的任一和所有的组合。虽然此处可能使用了术语第一、第二、第三等以描述各种的元件、组件、区域、层和/或部分，这些元件、组件、区域、层和/或部分不受到这些术语的限制。这些术语可以只用于将一个元件、组件、区域或部分与另一个元件、组件、区域或部分区分。除非由上下文清楚地表示，在此使用诸如术语“第一”、“第二”及其他数值的术语不意味序列或者次序。因此，在下方论述的第一元件、组件、区域、层或者部分可以采用第二元件、组件、区域、层或者部分的术语而不脱离该示例实施例的教导。

空间的相对术语，诸如“内”、“外”、“在下面”、“在……的下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，在此可出于便于描述的目的使用，以描述如图中所示的一个元件或者特征和另外一个或多个元件或者特征之间的关系。空间的相对术语可以意指包含除该图描绘的取向之外该装置的不同的取向。例如如果翻转该图中的装置，则描述为“在其他元件或者特征的下方”或者“在元件或者特征的下面”的元件将取向为“在其他元件或者特征的上方”。因此，示例术语“在……的下方”可以包含朝上和朝下的两种取向。该装置可以以其他方式取向(旋转90度或者其他取向)并且以此处的空间的相对描述解释。