[发明专利]一种海岛高瞬时能量变换电源及其供电方法

说明书

本发明公开了一种海岛高瞬时能量变换电源及其供电方法，所述电源包括两条并联的供电回路：柴油发电机组经冗余多电平模块化双向能量快速变换结构、变压器给负荷提供高质电能；柴油发电机组经全控型固态开关、变压器直接供电。短时过载模式下，本发明采用超级电容与铅炭电池组合供能，有效提升了电源瞬时能量输出能力；提出了冗余中点箝位型三电平双向变换拓扑及冗余模块的热备用控制技术，通过触发并联的冗余模块，增加了额外的瞬时能量回路；同时，采用虚拟柴油机同步控制技术，使得两条并联的供电回路输出电压同频同相，实现了柴油发电机组与含储能的模块化能量快速变换结构同步供电，解决了常规电源难以提供高瞬时能量及短时过载能力的问题。

技术领域

本发明涉及海岛、港口、码头及船舶供电领域，特别是一种海岛高瞬时能量变换电源及其供电方法。

背景技术

我国海岸线长约18000公里，海岛数量高达6500个，海岸带资源丰富。海岛作为“海上丝绸之路”战略的前哨战，在国土安全、国防安全具有特殊重要地位；海岛开发是我国实施“海洋工程”的重大部署，是我国走向“海洋强国”的必经之路。但目前海岛的军用武器装备、国防与民用设施首要亟需稳定、可靠的电力供应，高可靠供电电源系统是海岛建设的基石与重要保障。

对于偏远但战略意义重大的岛屿而言，由于铺设海下电缆需要在技术和经济上付出巨大代价，难以实现内地配电网跨海远距离输电。目前，海岛上的国防与民用设施往往是由本地风/光/柴/储等分布式发电单元所构成的电源系统来保障持续供电。该电源系统往往采用不间断供电电源的电路拓扑，一方面经过多级变换给特种负荷提供高质的电能，另一方面当多级变换结构故障时，分布式发电单元可直接给负荷供能，实现高可靠性的供电保障。但该电源系统无论工作于哪种模式，其瞬时的供电功率难以超出分布式发电单元输入的额定容量。

然而，海岛武器装备、港口起重机等重要负荷冷启动过程要求瞬时能量高、超负荷供能持续时间长，单独柴油机组等发电单元难以满足瞬时高能量、短时持续过载的要求。这将严重制约重要的冲击性武器装备对瞬时能量快速变换的国防战备需求，国外技术(业界领先的西门子、ABB)也未系统解决，亟待突破该重大技术难题。

发明内容

本发明旨在提供一种海岛高瞬时能量变换电源及其供电方法，有效提升电源瞬时能量输出能力，提高负荷短时过载能力，解决柴油机组和常规电源均难以提供高瞬时能量及短时过载能力的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种种海岛高瞬时能量变换电源，其特征在于，包括两条并联的供电回路：柴油发电机组依次经冗余多电平模块化双向能量快速变换结构、变压器给特种负荷提供高质电能；柴油发电机组依次经全控型固态开关、变压器直接供电。所述全控型固态开关、冗余多电平模块化双向能量变换结构输出端分别与变压器原边连接，所述变压器副边接特种脉冲负荷；所述全控型固态开关结构为两个反向并联的IGBT模块；所述冗余多电平模块化双向能量变换结构包括串联的前级AC/DC变换器和后级DC/AC变换器；储能双向DC/DC变换器并联接入所述前级AC/DC变换器和后级DC/AC变换器之间。

所述前级AC/DC与后级DC/AC变换器均为冗余中点箝位型三电平双向变换拓扑；所述冗余中点箝位型三电平双向变换拓扑为在中点箝位型三电平双向变换拓扑的基础上并联上冗余备用模块；所述冗余备用模块经反向并联的IGBT模块输出；所述反向并联的IGBT模块由冗余信号控制开断。

相应地，本发明还提供了一种上述海岛高瞬时能量变换电源的供电方法，包括以下步骤：

(1)采样冗余多电平模块化双向能量变换结构的输出电压uo、输出电流io、及柴油发电机组的输出电压us；