一种电磁斥力开关储能电容充电电源

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种电磁斥力开关储能电容充电电源。

背景技术

基于电磁斥力机构的快速机械开关能够在数毫秒内完成分合闸动作，近年来在高压直流开断领域和故障限流领域得到了广泛的应用。

根据感应涡流原理制造的电磁斥力机构是集中了电磁感应、电路以及机械运动等多个过程的集合。其中，电磁斥力机构的等效电路主要由励磁电路和感应电路两部分组成，而机构完成分合闸过程需要励磁电路中的储能电容短时放电来提供能量。所以，用于电磁斥力机构的储能电容驱动电源就显得至关重要。一方面，要使储能电容两端的电容电压要保持恒定，并在放电后能够快速充电。另一方面，由于快速机械开关需要完成合闸、分闸和重合闸操作，需要多组储能电容，不同电容的电压和容值各不相同。

通过多个不同输出电压等级的充电电源模块分别给多组储能电容充电的方案存在充电模块数量多、结构复杂等缺点，特别是在要求充电电源模块并联冗余的情况。

专利CN106449312B通过带抽头的变压器和不控半波整流技术，实现了一种电磁斥力开关机构不同电压等级多组储能电容的驱动电源。但是存在电容电压控制精度低和抽头变压器笨重的缺点。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提出一种电磁斥力开关储能电容充电电源，实现了多组储能电压的独立控制，具有结构简单、易于并联和可靠性高等优点。

为了达成上述目的，本发明采用的解决方案是：

一种电磁斥力开关储能电容充电电源，包括：一个充电电源模块，或者至少两个充电电源模块，所述至少两个充电电源模块(1)的输出端并联连接。

所述充电电源模块包括总控充电模块和n路分支充电模块，其中n为大于1的自然数；

所述分支充电模块，包括串联连接的二极管、电阻和可关断半导体器件；所述二极管的阴极指向分支充电模块的输出端，二极管的阳极指向分支充电模块的输入端；所述可关断半导体器件的发射极指向分支充电模块的输出端，可关断半导体器件的集电极指向分支充电模块的输入端；

所述总控充电模块，用于根据输入电压产生稳定的输出电压；

总控充电模块的输入端连接于外部电源，总控充电模块的输出正极连接n路分支充电模块的输入端；n路分支充电模块的输出端一一对应连接于n组储能电容的正极；总控充电模块的输出负极同时连接于所有储能电容的负极。

优选地，当所述充电电源模块为至少两个时，其输入端并联于同一外部电源，或完全一一独立连接于不同外部电源，或分组连接于不同外部电源。

优选地，所述总控充电模块根据输入电源不同为交流电源模块或直流电源模块。

优选地，所述交流电源模块为不控充电电源模块，或可控充电电源模块；

所述直流电源模块为隔离充电电源模块，或非隔离充电电源模块。

优选地，所述可关断半导体器件为MOSFET、IGBT、IGCT中的一种或多种。

优选地，所述n路分支充电模块的输出电压分别独立控制，控制方式为滞环控制；所述n路分支充电模块的输出电压小于或等于所述总控充电模块的输出电压。

优选地，所述滞环控制具体包括：

设定储能电容电压上限和储能电容电压下限；

当所述分支充电模块的输出电压采样值大于储能电容电压上限时，关断其可控半导体器件；

当所述分支充电模块的输出电压采样值小于储能电容电压下限时，开通其可控半导体器件。

优选地，当所述充电电源模块故障时，闭锁该故障充电电源模块的总控充电模块和所有分支充电模块。

本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

(1)通过采用总控电源模块和分支电源模块结合的方式，实现了电磁斥力开关机构多组储能电容的独立恒压控制，需要的电源模块数量少、控制灵活方便，适合多组分闸电容储能电容和多组合闸储能电容电压都不相同的应用场合；

(2)易于多组充电电源模块同时并联运行对多组储能电容的冗余充电，当其中任意一组充电电源模块故障时仍能保证设备正常运行，大大提高了设备的可靠性和冗余度。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种电磁斥力开关储能电容充电电源的拓扑图。

图2是本申请实施例提供的另一种电磁斥力开关储能电容充电电源的拓扑图。

图3是本申请实施例提供的滞环控制方法示意图。

图4是本申请实施例提供的分支充电模块输出电压和可控半导体器件的开关/关断对应关系图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1所示为本申请实施例提供的一种电磁斥力开关储能电容充电电源的拓扑图，包括一个充电电源模块1。充电电源模块1的输入端口为正极L端和负极N端，输出端口为P1、P2、…、Pn以及GND。其中，n为大于1的自然数。充电电源模块1包括总控充电模块10和n路分支充电模块。

本实施例中n路分支充电模块包括：分支充电模块11、分支充电模块12、…、分支充电模块1n。分支充电模块包括串联连接的二极管、电阻和可关断半导体器件。二极管、电阻和可关断半导体器件的连接顺序没有限定。二极管的阴极指向分支充电模块的输出端b端，二极管的阳极指向分支充电模块的输入端a端；可关断半导体器件的发射极指向分支充电模块的输出端b端，可关断半导体器件的集电极指向分支充电模块的输入端a端。

总控充电模块的输入端即为充电电源模块1的输入端L端和N端分别连接于外部电源的正负端。总控充电模块10的输出正极连接n路分支充电模块的输入端a端。n路分支充电模块的输出端b端分别作为充电电源模块1的输出端口P1、P2、…、Pn一一对应连接于n组储能电容的正极。总控充电模块10的输出负极作为充电电源模块1的输出端口GND同时连接于所有储能电容的负极。

上述结构中，总控充电模块根据输入电压产生稳定的输出电压，分支充电模块在总控充电模块输出电压的基础上调节不同的输出电压给不同储能电容充电。采用总控电源模块和分支电源模块结合的方式，实现了多组储能电压的独立控制。

图2所示为本申请实施例提供的另一种电磁斥力开关储能电容充电电源的拓扑图中，一种电磁斥力开关储能电容充电电源包括至少两个充电电源模块1，所述至少两个充电电源模块1的输出端并联连接，即：每个充电电源模块的输出端子P1、P2、…、Pn端子先并联再一一对应连接于n组储能电容的正极，每个充电电源模块的输出端子GND端子先并联再连接于所有储能电容的负极。通过采用多组充电电源模块同时并联运行对多组储能电容的冗余充电，当其中任意一组充电电源模块故障时仍能保证设备正常运行，大大提高了设备的可靠性和冗余度。

一些实施例中，当充电电源模块个数为两个及以上时，其输入端可并联于同一个外部电源，可以完全一一独立连接于不同外部电源，也可以分组相互独立连接于不同外部电源。当采用多个外部电源时，当有外部电源出现故障时，仍能保证设备正常运行，进一步提高了设备的可靠性和冗余度。

一些实施例中，总控充电模块根据输入电源不同可以为交流电源模块或直流电电源模块。交流电源模块为不控充电电源模块或可控充电电源模块。直流电源模块为隔离充电电源模块或非隔离充电电源模块。

一些实施例中，可关断半导体器件为MOSFET、IGBT、IGCT中的一种或多种。

分支充电模块的输出电压小于或等于总控充电模块的输出电压。一些实施例中，分支充电模块的输出电压分别独立控制，控制方式为滞环控制，如图3所示，具体控制方法如下：

S1：设定储能电容电压上限和储能电容电压下限；

S2：当输出电压采样值大于储能电容电压上限时，关断可控半导体器件；

S3：当输出电压采样值小于储能电容电压下限时，开通可控半导体器件。

按照图3的方法得到的分支充电模块输出电压和可控半导体器件的开关/关断对应关系如图4所示。

一些实施例中，当充电电源模块故障时，闭锁该故障充电电源模块的总控充电模块和所有分支充电模块。其他充电电源模块仍可以正常运行，能保证设备正常运行，提高了设备的可靠性和冗余度。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管本领域的技术人员阅读本申请后，参照上述实施例进行种种修改或变更，但这些修改或变更均在申请待批本发明的权利申请要求保护范围之内。