[发明专利]集中式高压整流电流分配充电堆

摘要

集中式高压整流电流分配充电堆属于中压直流恒压调流充电技术领域，尤其涉及一种集中式高压整流电流分配充电堆。本发明提供一种安全、可靠的集中式高压整流电流分配充电堆。本发明包括高压保护单元、高压整流变压器单元、高压整流单元和充电桩群电流分配单元，其结构要点高压保护单元的输出端口与高压整流变压器单元的输入端口相连，高压整流变压器单元的输出端口与高压整流单元的输入端口相连，高压整流单元的输出端口与充电桩群电流分配单元的输入端口相连。

主权项

1.集中式高压整流电流分配充电堆，包括高压保护单元、高压整流变压器单元、高压整流单元和充电桩群电流分配单元，其特征在于高压保护单元的输出端口与高压整流变压器单元的输入端口相连，高压整流变压器单元的输出端口与高压整流单元的输入端口相连，高压整流单元的输出端口与充电桩群电流分配单元的输入端口相连；所述充电桩群电流分配单元包括多个充电桩，各充电桩并联，各充电桩电能输入端与高压整流单元的输出端口相连；所述高压保护单元包括进线柜、计量柜、PT柜、所用变压器和出线柜，进线柜的输出端和计量柜的输入端接一次母线，计量柜的输出端接PT柜的输入端，PT柜的输出端接二次母线，二次母线分别与所用变压器的输入端、出线柜的输入端相连，出线柜的输出端接高压整流变压器单元的输入端；所述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；还包括微电网供电系统，微电网供电系统的电能输出端与二次母线相连；微电网供电系统包括总开关、升压变压器、第一开关、光伏逆变器、光伏组件、第二开关、风机逆变器、风力发电机、第三开关、储能逆变器、储能电池、第四开关和有源电力滤波器，总开关一端接二次母线，总开关另一端与升压变压器输出端相连，升压变压器输入端分别与第一开关一端、第二开关一端、第三开关一端、第四开关一端相连，第一开关另一端与光伏逆变器的输出端相连，光伏逆变器的输入端接光伏组件的输出端；第二开关另一端与风机逆变器的输出端相连，风机逆变器的输入端接风力发电机的输出端；第三开关另一端与储能逆变器的输出端相连，储能逆变器的输入端接储能电池；第四开关另一端接有源电力滤波器；所述高压整流单元采用T1高压整流桥和T2高压整流桥，T1高压整流桥和T2高压整流桥的输入端与高压整流变压器单元的输出端相连；或高压整流单元采用脉波整流电路，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；所述充电桩包括充电桩控制系统，充电桩控制系统包括控制器、半桥式斩波电路、传感模块、光耦隔离电路、光电耦合器和充电枪电子锁，控制器的信号传输端口通过光耦隔离电路分别与电能输出接触器的控制信号输入端口、指示灯的控制信号输入端口、充电枪电子锁的控制信号输入端口、充电枪的用户通信口、触摸屏的信号传输端口相连；控制器的检测信号输入端口通过光电耦合器分别与检测半桥式斩波电路中开关管温度的温度传感器的信号输出端口、检测充电枪温度的温度传感器的信号输出端口、CC1控制电压检测电路的检测信号输出端口相连；控制器的控制信号输出端口与半桥式斩波电路的控制信号输入端口相连；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；调变磁密＜1 .58T，可确保电网电压波动+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；所述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的信号传输端口分别与机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TA1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可以带载操作；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，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，提高二次绕组输出电压；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，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，改变了自饱和电抗器的磁密度，间接调节交流电能；A控制TA1，B控制TA2；TA1、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，改变自饱和电抗器的磁密度，间接调节交流电能，稳态调节；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饱和电抗器结合使用；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，实现充电电源的稳定控制；其中，g1/g2和g3/g4分别互补工作；微电网能量功率单元由数据采集、系统管理及用电调度组成；数据采集主要是对各发电单元发电功率及负载实时功率的变化实现实时动态采集，采集数据送至系统管理层做数据分析和优化，再通过系统调度层来进行各单元的分配，在最大程度上保证微电网系统处于最佳的经济运行；采样模块对光伏发电、风力发电及负载情况进行采样，送至DSP ,由预先设定的优先级进行光伏和风电投切，由于发电功率和负载功率较大，DSP通过控制继电器来驱动接触器；MCU通过和DSP嵌入式单片机互控通过IPM模块对光伏发电直流输出进行控制；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，被监控电池单元可以是一个大容量电池单体，也可以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、边界管理等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，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；充电桩的充电步骤依次为：预充电、连接确认、自检阶段、配置阶段、充电阶段和结束阶段；连接确认步骤依次为：控制器给预充枪电子锁供电，控制器检测预充枪电子锁反馈信号，控制器检测CC1信号；自检阶段步骤依次为：闭合接触器KM3、检测绝缘监测信号、泄放电路；配置阶段步骤依次为：充电桩控制器与车辆控制器进行握手报文、闭合接触器KM4；充电阶段步骤依次为：充电桩控制器与车辆控制器进行通讯报文；充电桩控制器调节半桥式斩波电路电能输出的电压电流；判断是否充电中止，若否重复充电阶段步骤，若是进入结束阶段；结束阶段步骤依次为：充电桩控制器与车辆控制器进行充电中止报文、断开接触器KM4、泄放电路、断开接触器KM3、解锁充电枪电子锁、检测充电枪是否回位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，充电桩控制器读取该车的电池信息，充电桩控制器根据该车的电池信息，调出和该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；高压整流变压器单元的输出端口输出12脉波840V/1500A脉冲电压。