[发明专利]一种应用于直流配电系统的双极性直流供电装置

说明书

本发明一种应用于直流配电系统的双极性直流供电装置，当双极性直流母线的功率基本平衡时，电能变换单元可以利用20%~30%功率的双极性直流母线功率满足用电电器全功率的需要，双极性直流供电装置中电能变换单元在设计时需要与双极性母线上用电电器的分布和功率特性等密切结合。双极性直流供电装置内部控制系统根据CS1、CS2、CS3电流传感器采样的电流信号进行FFT分析，并根据具体结果进行过流和电弧等判断，并控制开关K1、K2、K3同时动作，实现控制保护和电弧保护等。

技术领域

本发明专利涉及直流配电领域，尤其涉及到采用双极性直流供电的配电领域。

背景技术

相比目前交流配电领域，直流配电由于没有频率、相位等复杂问题，在配电的可靠性和稳定性方面具有更大优势，另外随着新能源和储能等系统的逐渐成熟和应用，这些发电和储电单元本身也为直流形式，另外目前的用电负荷很大一部分在负荷内部是由交流整流到直流再去给负荷供电的，此类直接接入直流配电系统采用直流配电的方法能够实现更低的能耗和更高的效益，因此直流配电势必是未来供电的一种发展趋势。采用低电压的直流配电传输供电半径有限，采用高电压的直流配电目前直流电器的兼容性又会有很大问题，因此未来直流配电势必是一种采用高压直流配电传输和低压直流配电供电的方式，需要一个高压和低压转换的供电装置。采用全功率的高低压转换供电装置可以解决目前的问题，但是初始投资和损耗很大，采用直流配电的优势就会大大减小，如何采用一种供电装置实现高低压的转换，并且具有很小的初始投资和很高的能效比是必须首先考虑解决的问题。同时低压直流配电直接对接用电电器，完善的直流计量、直流保护等必须在此部分完成，这也是本一种应用于直流配电系统的双极性直流供电装置提出的背景。

发明内容

为了解决直流配电系统中高压直流传输和低压直流供电的问题，考虑初始投资和提高能效等，同时结合低压直流供电的安全性等，本发明提供了一种应用于直流配电系统的双极性直流供电装置。采用一种双极性直流供电装置连接高电压传输单极型直流母线和低电压供电双极性直流母线，并集成直流计量、直流保护等功能。双极性直流供电装置中电能变换单元采用两个半桥模块组成的类三电平拓扑结构维持双极性供电直流母线的稳定，通过合理设计分布于双极性直流母线的用电电器可以减小电能变换单元的功率等级，利用部分功率的电能变换单元满足双极性直流母线负载功率的需求。

技术方案

本发明一种应用于直流配电系统的双极性直流供电装置，适用于采用单极性高电压直流母线进行远距离电能传输和采用双极性低电压直流母线进行本地电器供电的直流配电系统，如图1所示。直流配电系统以750V单极性直流母线进行电能远距离传输，同时大功率负载可以直接连接到750V传输母线上。通过双极性直流供电装置将单极性750V直流母线转换为±375V双极性直流母线为本地区域内直流电器等供电。每个区域采用一个双极性直流供电装置产生±375V双极性直流母线为本地负荷供电。

本发明一种应用于直流配电系统的双极性直流供电装置，是一种为小型区域内直流电器进行供电的装置，连接区域外部750V直流母线，内部产生±375V双极性直流母线为本地负荷供电。如图2所示，作为本区域供电的终端，双极性直流供电装置内部集成电能变换、电能计量、控制保护、电弧漏电检测和监控显示等部分单元。

本发明一种应用于直流配电系统的双极性直流供电装置，电能变换单元采用两个半桥模块组成的类三电平拓扑结构，如图3所示。采用类三电平拓扑DC/DC结构能够减小电感体积，减小电流纹波，利用类三电平拓扑DC/DC变换器实现对正负母线电压的稳压和均衡控制。类三电平拓扑DC/DC变换器只承担双极性直流母线上下母线差额功率，通过合适的设计双极性直流母线用电电器可以极大地减小电能变换单元功率等级，提高系统效率。

本方法发明一种应用于直流配电系统的双极性直流供电装置，在双极性输出侧增加电压和电流检测单元，同时配置主动式开关，满足电能变换、电能计量、电弧保护等功能要求。

有益效果