[發(fā)明專利]一種變頻單元超級(jí)電容器組件充放電控制回路

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110401424.5
• 申請(qǐng)日: 2011-12-06
• 公開（公告）號(hào): CN103151937A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳國(guó)成;劉海珊;曾國(guó)輝;陳國(guó)祥;劉國(guó)鷹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海雷諾爾科技股份有限公司
• 主分類號(hào): H02M5/458
• 分類號(hào): H02M5/458;H02M1/42;H02M1/44
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種帶功率因數(shù)校正的變頻單元超級(jí)電容器組件充放電控制回路。

背景技術(shù)

在工業(yè)界大力提倡節(jié)能減排構(gòu)建低碳社會(huì)的氛圍中，高壓變頻器得到越來越廣泛的應(yīng)用。許多行業(yè)要求高壓變頻器組成的電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)能在四象限內(nèi)運(yùn)行，并希望能達(dá)到快速制動(dòng)或者迅速加速的能力以提高生產(chǎn)力。然而在現(xiàn)有技術(shù)條件下卻往往受制于直流母線的充放電能力，這其中涉及到2個(gè)方面主要問題，一是在電機(jī)變頻拖動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)時(shí)機(jī)械能轉(zhuǎn)變的電能如何快速消耗或者轉(zhuǎn)化掉，另一個(gè)是在電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)加速時(shí)如何突破現(xiàn)有變頻器技術(shù)的限制迅速補(bǔ)充能量進(jìn)行加速而不對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生過大的沖擊。

現(xiàn)有變頻技術(shù)在制動(dòng)時(shí)常采用能耗制動(dòng)或者回饋制動(dòng)方案。能耗制動(dòng)時(shí)主要采用能耗電阻來消耗掉制動(dòng)時(shí)機(jī)械能轉(zhuǎn)換的電能，這種方案雖然實(shí)現(xiàn)起來簡(jiǎn)單，但浪費(fèi)了大量的能量，降低系統(tǒng)的效率，常常使得電阻發(fā)熱嚴(yán)重，電阻容易燒壞且要求很大的散熱空間，影響系統(tǒng)的其他部分正常工作，更有甚者，簡(jiǎn)單的能耗制動(dòng)有時(shí)不能及時(shí)抑制快速制動(dòng)產(chǎn)生的泵升電壓，限制了制動(dòng)性能的提高，不能提供足夠大的制動(dòng)力矩，導(dǎo)致調(diào)速范圍不寬，動(dòng)態(tài)性能差。回饋制動(dòng)則是將制動(dòng)過程中產(chǎn)生的再生能通過逆變器回送到電網(wǎng)中，理論上雖然比較完美，但由于PWM逆變器回饋的能量中其電流諧波畸變率約在5％～7％之間。這些高次諧波對(duì)電網(wǎng)及其它用電設(shè)備都有不可忽視的影響，會(huì)產(chǎn)生對(duì)電源、環(huán)境的電磁干擾。因此在實(shí)用中受到種種限制，比如常常得不到配電網(wǎng)的允許接入電網(wǎng)。而在起動(dòng)加速時(shí)為了滿足系統(tǒng)更高加速能力，則往往通過提高變頻器及拖動(dòng)電機(jī)的功率配置來實(shí)現(xiàn)，這樣既增加設(shè)備成本又降低系統(tǒng)運(yùn)行效率。

也有技術(shù)采用蓄電池吸收回饋能量，通過雙向DC-DC與變頻器的直流母線連接，當(dāng)電機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，蓄電池進(jìn)行恒流放電；當(dāng)電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)并且直流母線電壓超過一定預(yù)設(shè)值時(shí)，蓄電池開始充電并且充電電流可以根據(jù)回饋功率進(jìn)行控制。但該方案可回收能量有限，并且蓄電池需要經(jīng)常頻繁深度充放電，將嚴(yán)重影響化學(xué)電池的壽命，蓄電池需要按期更換，因此應(yīng)用并不廣泛。另外，電機(jī)加速時(shí)需求的峰值功率需要由電池提供一部分，而蓄電池的比功率有限往往無法滿足。

超級(jí)電容器作為一種理想的新型能源器件，具有內(nèi)阻小，功率密度大，充放電電流大，充放電效率可高達(dá)90％～95％、循環(huán)壽命長(zhǎng)可達(dá)幾萬(wàn)甚至十萬(wàn)次、以及能實(shí)現(xiàn)徹底免維護(hù)、無污染等諸多獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。因此超級(jí)電容在需要短時(shí)提供大功率緩沖、混合動(dòng)力等系統(tǒng)中有著越來越多的應(yīng)用，在低壓小功率變頻器中也開始得到應(yīng)用。但現(xiàn)有應(yīng)用案例中大都是采用普通雙向DC-DC變換器作為超級(jí)電容與變頻器直流母線之間的接口，依然無法避免會(huì)有電能質(zhì)量低、電磁兼容性不達(dá)標(biāo)等缺點(diǎn)，且超級(jí)電容單體本身耐壓較低、需要串聯(lián)起來才能用到小功率低壓變頻器中，所以現(xiàn)在超級(jí)電容作為儲(chǔ)能元件還無法應(yīng)用到高壓變頻器中滿足其快速制動(dòng)或加速的要求。

鑒于上述問題，本發(fā)明開發(fā)了一種采用超級(jí)電容器組件構(gòu)成的具有功率因數(shù)校正功能的適用于高壓變頻單元模塊在系統(tǒng)加減速過程中回收制動(dòng)能量或者增加瞬時(shí)驅(qū)動(dòng)能量的充放電控制回路。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)問題，在于提供一種采用交叉并聯(lián)雙Boost功率因數(shù)校正電路，進(jìn)而可以減少開關(guān)損耗同時(shí)提高電能質(zhì)量，并利用多級(jí)雙向DC-DC變換器作為儲(chǔ)能元件與直流母線之間的接口，可以減少開關(guān)損耗和濾波電感，能大大提高變換器效率的變頻單元超級(jí)電容器組件充放電控制回路。

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種變頻單元超級(jí)電容器組件充放電控制回路，包括功率因數(shù)校正電路、多級(jí)雙向DC-DC變換器及其接口電路、超級(jí)電容器組件及與之相對(duì)應(yīng)的控制電路，其特征在于：所述功率因數(shù)校正電路采用交叉并聯(lián)雙功率因數(shù)校正電路結(jié)構(gòu)接于直流母線上；

所述多級(jí)雙向DC-DC變換器由兩個(gè)輸入濾波電容器C1和C2、一個(gè)濾波電感L3、以及四個(gè)雙向電流開關(guān)SW1A、SW1B、SW2A、SW2B所組成；

所述超級(jí)電容器組件由眾多超級(jí)電容串并聯(lián)而構(gòu)成，并接于所述多級(jí)雙向DC-DC變換器接口電路上。