[发明专利]高压整流堆控制系统

权利要求书

1. 高压整流堆控制系统，包括高压整流堆控制系统电源单元，其特征在于高压整流堆控制系统电源单元包括PLC触摸屏工作电源部分、PLC DI电源部分、隔离器仪表电源部分、传感器电源部分、报警仪电源部分、电压采样隔离器电源部分、控制电源故障部分，PLC触摸屏工作电源部分、PLC DI电源部分、隔离器仪表电源部分、传感器电源部分、报警仪电源部分、电压采样隔离器电源部分的输入端与L1+、L1-端相连；

采用T1高压整流桥（1）和T2高压整流桥（2），T1高压整流桥（1）和T2高压整流桥（2）的输入端与高压整流变压器单元的输出端相连；

或采用脉波整流电路，脉波整流电路的输入端与高压整流变压器单元的输出端相连；

所述脉波整流电路包括二极管V7～V12，二极管V1～V6，二极管V7阳极分别与2a绕组电能输出端、二极管V8阴极相连，二极管V7阴极分别与二极管V9阴极、二极管V12阴极、脉波整流电路输出正极、二极管V1阴极、二极管V3阴极、二极管V5阴极相连；

二极管V8阳极分别与二极管V10阳极、二极管V11阳极、二极管V2阳极、二极管V4阳极、二极管V6阳极、脉波整流电路输出负极相连；

二极管V10阴极分别与2b绕组电能输出端、二极管V9阳极相连，二极管V11阴极分别与2c绕组电能输出端、二极管V12阳极相连；

二极管V1阳极分别与3a绕组电能输出端、二极管V2阴极相连，二极管V3阳极分别与3b绕组电能输出端、二极管V4阴极相连，二极管V5阳极分别与3c绕组电能输出端、二极管V6阴极相连；

所述T1高压整流桥（1）和T2高压整流桥（2），T1高压整流桥（1）包括L、K、J、I、H、G臂，T2高压整流桥（2）包括F、E、D、C、B、A臂；L、K臂一端接2a绕组电能输出端，L臂另一端接输出端负极，K臂另一端接输出端正极；

J、I臂一端接2b绕组电能输出端，J臂另一端接输出端负极，I臂另一端接输出端正极；

H、G臂一端接2c绕组电能输出端，H臂另一端接输出端负极，G臂另一端接输出端正极；

F、E臂一端接3a绕组电能输出端，F臂另一端接输出端负极，E臂另一端接输出端正极；

D、C臂一端接3b绕组电能输出端，D臂另一端接输出端负极，C臂另一端接输出端正极；

B、A臂一端接3c绕组电能输出端，B臂另一端接输出端负极，A臂另一端接输出端正极；

所述L臂由二极管V12-1～2和熔断器FU12-1～2串联组成；

K臂由二极管V11-1～2和熔断器FU11-1～2串联组成；

J臂由二极管V10-1～2和熔断器FU10-1～2串联组成；

I臂由二极管V9-1～2和熔断器FU19-1～2串联组成；

H臂由二极管V8-1～2和熔断器FU8-1～2串联组成；

G臂由二极管V7-1～2和熔断器FU7-1～2串联组成；

F臂由二极管V6-1～2和熔断器FU6-1～2串联组成；

E臂由二极管V5-1～2和熔断器FU5-1～2串联组成；

D臂由二极管V4-1～2和熔断器FU4-1～2串联组成；

C臂由二极管V3-1～2和熔断器FU3-1～2串联组成；

B臂由二极管V2-1～2和熔断器FU2-1～2串联组成；

A臂由二极管V1-1～2和熔断器FU1-1～2串联组成；

还包括换向过电压吸收熔断电路，换向过电压吸收熔断电路与高压整流桥的臂相连；

与K臂连接的换向过电压吸收熔断电路包括电阻R11，电阻R11一端分别与K臂、二极管V11-3阳极、二极管V11-2阳极、二极管V11-1阳极相连，电阻R11另一端依次通过电容C11、熔断器FU21接L+端，熔断器FU21的信号输出端接PLC CPU控制单元的检测信号输入端口；

二极管V11-3阴极通过熔断器FU11-3接L+端，二极管V11-2阴极通过熔断器FU11-2接L+端、二极管V11-1阴极通过熔断器FU11-1接L+端；

熔断器FU11-3信号输出端分别与电阻R81-3一端、快熔熔断报警跳闸单元的检测信号输入端口相连，电阻R81-3一端接快熔熔断报警跳闸单元的检测信号输入端口；

熔断器FU11-2信号输出端分别与电阻R81-2一端、快熔熔断报警跳闸单元的检测信号输入端口相连，电阻R81-2一端接快熔熔断报警跳闸单元的检测信号输入端口；

熔断器FU11-1信号输出端分别与电阻R81-1一端、快熔熔断报警跳闸单元的检测信号输入端口相连，电阻R81-1一端接快熔熔断报警跳闸单元的检测信号输入端口；

与A臂连接的换向过电压吸收熔断电路包括电阻R1，电阻R1一端分别与A臂、二极管V1-3阳极、二极管V1-2阳极、二极管V1-1阳极相连，电阻R1另一端依次通过电容C1、熔断器FU21接L+端，熔断器FU21的信号输出端接PLC CPU控制单元的检测信号输入端口；

二极管V1-3阴极通过熔断器FU1-1接L+端，二极管V1-2阴极通过熔断器FU1-2接L+端、二极管V1-1阴极通过熔断器FU1-3接L+端；

熔断器FU1-3信号输出端分别与电阻R71-3一端、快熔熔断报警跳闸单元的检测信号输入端口相连，电阻R71-3一端接快熔熔断报警跳闸单元的检测信号输入端口；

熔断器FU1-2信号输出端分别与电阻R71-2一端、快熔熔断报警跳闸单元的检测信号输入端口相连，电阻R71-2一端接快熔熔断报警跳闸单元的检测信号输入端口；

熔断器FU1-1信号输出端分别与电阻R71-1一端、快熔熔断报警跳闸单元的检测信号输入端口相连，电阻R71-1一端接快熔熔断报警跳闸单元的检测信号输入端口；

所述PLC CPU控制单元包括CPU226芯片 A1，CPU226芯片A1的.0端和1.4端接熔断器FU21的信号输出端；

还包括操作过电压吸收单元，操作过电压吸收单元包括压敏电阻RV1～6，压敏电阻RV1通过熔断器FU41接2a绕组电能输出端，压敏电阻RV2通过熔断器FU42接2b绕组电能输出端，压敏电阻RV3通过熔断器FU43接2c绕组电能输出端，熔断器FU41～43的信号输出端分别与快熔熔断报警跳闸单元的检测信号输入端口、桥臂过热报警桥臂过热跳闸单元的检测信号输入端口、PLC CPU控制单元的检测信号输入端口相连；

压敏电阻RV4通过熔断器FU44接3a绕组电能输出端，压敏电阻RV5通过熔断器FU45接3b绕组电能输出端，压敏电阻RV6通过熔断器FU46接3c绕组电能输出端，熔断器FU44～46的信号输出端分别与快熔熔断报警跳闸单元的检测信号输入端口、桥臂过热报警桥臂过热跳闸单元的检测信号输入端口、PLC CPU控制单元的检测信号输入端口相连；

高压整流变压器单元的整流变压器副边采用星、三角输出并联结构；

整流变压器一次绕组和二次绕组的匝数比为1∶1∶3,其中二次绕组星形结构为1,三角形接法结构为3；

所述整流变压器的铁芯采用硅钢片30Q130，采用45°全斜接缝无纬玻璃丝带绑扎结构；该结构调变磁密＜1.58T，确保电网电压波动+5%时，铁芯不过激磁；调压范围考虑电网电压波动-5%时仍输出额定电压；整变磁密＜1.65T；

高压整流变压器单元还包括检测低压侧电压的电压传感器，电压传感器的信号输出端口与控制器的检测信号输入端口相连，控制器的控制信号输出端口与调节高压侧绕组匝数的调压开关的控制信号输入端口相连；

控制器检测到低压侧电压低于额定电压10%时，控制器控制调压开关减少高压侧绕组的匝数；

高压侧绕组包括U相绕组、V相绕组和W相绕组，调压开关组包括U相第一调压开关、U相第二调压开关、V相第一调压开关、V相第二调压开关、W相第一调压开关、W相第二调压开关，U相绕组中心抽头为U相输入端并分别与W相第一调压开关第一接线端、W相第二调压开关第一接线端相连；

V相绕组中心抽头为V相输入端并分别与U相第一调压开关第一接线端、U相第二调压开关第一接线端相连；

W相绕组中心抽头为W相输入端并分别与V相第一调压开关第一接线端、V相第二调压开关第一接线端相连；

U相第一调压开关第二接线端接U相绕组一端，U相绕组另一端接U相第二调压开关第二接线端；

V相第一调压开关第二接线端接V相绕组一端，V相绕组另一端接V相第二调压开关第二接线端；

W相第一调压开关第二接线端接W相绕组一端，W相绕组另一端接W相第二调压开关第二接线端；

还包括控制变换部分，控制变换部分通过直流传感器检测直流主回路的工作电压是否正常，如超出额定值±10%，控制系统就会发出指令给调压开关进行调节；

还包括机组微机保护监控部分、变压器冷却系统、整流冷却系统、检测整流变压器输出电流电压的直流传感器、直流道闸S1～S4、PLC CPU控制单元的信号传输端口分别与组微机保护监控部分的信号传输端口、变压器冷却系统的信号传输端口、整流冷却系统的信号传输端口、直流传感器的信号传输端口、直流道闸的信号传输端口相连；

机组微机保护监控部分采用单片机，单片机的检测信号输入端口分别与高压开关柜检测部分的检测信号输出端口、有载调压开关检测部分的检测信号输出端口、变压器温度检测部分的检测信号输出端口、整流系统温度检测部分的检测信号输出端口、直流回路的检测部分的检测信号输出端口；

还包括交流智能采集器，交流智能采集器的信号输入端口与变压器TA1相连，变压器TA2的检测信号输出端口与交流变换部分的信号输入端口相连，交流智能采集器的信号输出端口分别与第一同步检测部分的信号输入端口、第二同步检测部分的信号输入端口相连，第一同步检测部的信号输出端口与第一MCU的信号输入端口相连，第二同步检测部的信号输出端口与第二MCU的信号输入端口相连，第一MCU的控制信号输出端口与第一脉冲功放部分的控制信号输入端口相连，第一脉冲功放部分的控制信号输出端口与控制调压开关的第一晶闸管的门极相连；

第二MCU的控制信号输出端口与第二脉冲功放部分的控制信号输入端口相连，第二脉冲功放部分的控制信号输出端口与控制调压开关的第二晶闸管门极相连；第一晶闸管阴极通过开关QS2接L+端，第一晶闸管阳极与第二晶闸管阴极相连，第二晶闸管阳极通过开关QS3接L-端；

采用7段式调压开关，电网的交流电能通过高压开关后进入调压开关，调压开关通过分接开关带载操作；调压开关的档位显示信号传送到整流系统控制柜，并能接受控制柜的有载升压、有载降压及有载急停操作信号；对变压器的一次侧进行变换抽头来调节电压的操作，从而保证二次侧输出一个较稳定电压值；当系统检测到直流一次电压低于额定电压10%时，控制系统调节调压开关，通过减少一次绕组的匝数，达到提高二次绕组输出电压的目的；

整流变压器二次侧绕组分别采用星形和三角形接法，使两组三相交流电源间相位错开30°，其大小相等，从而使输出整流电压在每个交流电源周期中脉动12次，高压整流变压器单元的整流变压器二次绕组分别接入T1和T2高压整流桥后，两组直流输出并联后输出；

还包括PWM驱动部分，PWM驱动部分的控制信号输入端口与PLC CPU控制单元的控制信号输出端口相连，PWM驱动部分的控制信号输出端口分别与A控制部分的控制信号输入端口、B控制部分的控制信号输入端口相连；

所述A控制部分和B控制部分包括一个到电抗器控制绕组和一个到电抗器的位移绕组，直流电源输送至其中一个绕组，改变了电抗器的磁密度，间接调节交流电能；A控制部分控制变压器TA1，B控制部分控制变压器TA2；变压器TA1、变压器TA2分别对应二次绕组星形结构部分和三角形接法结构部分；

所述A控制部分与变压器TA1输出端电抗器连接，B控制部分与变压器TA2输出端电抗器连接；

还包括A移相二极管和B移相二极管，A移相二极管与变压器TA1电抗器位移绕组端口连接，B移相二极管与变压器TA2电抗器位移绕组端口连；

电抗器包括控制绕组、位移绕组、备用绕组；直流电源输送至其中一个绕组，改变电抗器的磁密度，间接调节交流电能，达到稳态调节的目的；

有载抽头变换器在整流变压器的原边控制输入的交流电压，在一定范围内控制输出的直流值；有载抽头变换器与串联在整流器输出电路中的电抗器结合使用；通过在电抗器中引入直流电流，使线路中产生一个可变的阻抗；通过控制电抗器两端的电压降，输出值在比较窄的范围内控制；

半桥式斩波电路各桥臂的开关管驱动信号由恒定输出电压限制输出电流的双闭环控制电路产生，该双闭环控制电路包括电压PI调节器、电流PI调节器、移相器以及m个载波交截比较器，m个载波交截比较器与多通道斩波模块中的m个桥臂一一对应，电压PI调节器的正输入端输入参考电压，电压PI调节器的负输入端输入多通道斩波模块的输出电压，电压PI调节器的输出端连接电流PI调节器的正输入端，电流PI调节器的负输入端输入多通道斩波模块的输出电流，电流PI调节器的输出端连接m个载波交截比较器的正输入端，移相器输出m个相位依次交错2π/m的载波信号至m个载波交截比较器的负输入端，每个载波交截比较器输出对应桥臂的开关管驱动信号；

Uin为变压器整流部分提供的直流电压，C1为输入滤波电容，S1、S2、L2组成一个半桥功率拓扑，S3、S4、L2组成另一个半桥功率拓扑，C2为输出滤波电容，IL为电感电流采样，Uo为充电输出电压；g1-g4对应S1-S4的驱动信号，通过g1-g4的脉宽调制，实现充电电源的恒流限压控制；

包括智能充电桩动态分配系统调节回路，充电电压给定Uref和充电电流给定Iref为设定的充电电压和电流的基准值，输出电压采样Uo和电感电流采样IL为充电电源的被控量；通过电压调节器和电流调节器得到的调制波，与两个交错180°的三角载波进行载波交截，生成驱动信号g1-g4，最终实现充电电源的稳定控制；其中，g1、g2和g3、g4分别互补工作；

还包括微电网电池管理系统，微电网电池管理系统包括主机模块、从机模

块、保护板模块、显示模块；

从机模块和主机模块测量电池电压及温度、均衡电池能量；保护板模块进行SOC计算、SOH计算、产生报警数据；主机模块控制保护板的充放电、对电池组信息进行统计、对系统状态进行检测、对系统状态进行控制；显示模块显示电池的数据、给出声光报警、记录数据；

电池管理系统提供电池电压监控及报警，电池组温度监控及报警，电池电量均衡；电池管理系统负责监控各组串联电池单元，根据电池组成方式不同，被监控电池单元是一个大容量电池单体，或是多个中小容量电池并联的组合体；主控模块通过485总线接口与采集模块进行通信，BMS通过对电池组数据的实时采集分析，动态制定电池管理策略，通过均衡管理、充电管理、放电管理、边界管理手段控制电池工作在合适的工况；系统具有丰富的外部接口，能够满足多种场合的应用需求，这些接口包括：电压采集输入接口、温度采集输入接口、主机通讯接口、从机通讯、从主机地址选择开关；保护板有电流传感器接口、温度传感器接口、电池组负极接口、通讯接口；

充电桩控制器存储车辆电池型号、特性及充电曲线数学模型，当车辆控制器与充电桩控制器通信时，充电桩控制器读取车的电池信息，充电桩控制器根据车的电池信息，调出和车电池特性匹配的数学模型，给出充电电流和电压；

微电网供电系统包括微电网控制器，微电网控制器信号传输端口分别与光伏逆变器的信号传输端口、有源电力滤波器的信号传输端口、储能逆变器的信号传输端口、风机逆变器的信号传输端口、微电网能量功率系统的信号传输端口相连；

所述微电网控制器包括MCU、DSP，MCU的信号传输端口与DSP的信号传输端口相连，MCU的控制信号输出端口与第一IPM模块的输入端口相连，第一IPM模块的输出端口与DC/DC模块的控制端口相连，DC/DC模块的输入端口与光伏组件相连，DC/DC模块的输出端口与第一AC/DC模块的输入端口相连；第一AC/DC模块的控制信号输入端并口与第二IPM模块的输出端口相连，第二IPM模块的输入端口接DSP控制信号输出端口，DSP控制信号输出端口接双向AC/DC模块的控制信号输入端口相连，双向AC/DC模块分别与蓄电池组、第一AC/DC模块的输出端口、第一接触器一端相连，DSP的信号输入端口与光伏发电、风力发电负载状态采样模块的信号输出端口相连；

第一接触器的控制信号输入端口通过继电器与DSP的控制信号输出端口相连，第一接触器另一端分别与交流负载、第二AC/DC模块的输入端相连，第二AC/DC模块的输出端接直流负载，交流负载通过第二接触器接风力发电机，第二接触器的控制信号输入端口通过继电器接DSP的控制信号输出端口。