[發明專利]大功率雙向多路直流模擬電源

有效

• 申請號: 201510323745.6
• 申請日: 2015-06-12
• 公開（公告）號: CN104868755A
• 公開（公告）日: 2015-08-26
• 發明（設計）人: 周細文;章輝;劉韜;談浩楠;馬華峰
• 申請（專利權）人: 江蘇同芯電氣科技有限公司;周細文
• 主分類號: H02M7/12
• 分類號: H02M7/12;H02M3/155
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 任立;艾中蘭

技術領域

本發明屬于變流設備測試技術領域，具體涉及用于測試各種DC/DC，DC/AC等大功率變流設備各項性能指標的模擬直流電源。

背景技術

21世紀是環保與節能的世紀，在這段時間內各種新能源技術(如光伏發電，電動汽車、雙源無軌電車)和大功率儲能設備(如超級電容組，NaS電池組)均得到大量的應用。而在這些應用領域內，DC/DC單元和DC/AC單元均為核心部件之一，它的性能關系到各系統的功能、利用率、可靠性等技術指標。因此需要一個綜合性的測試平臺，能夠檢測各種DC/AC、DC/DC變流設備的各項性能指標，保證這些變流設備的性能符合相關標準和用戶要求。

但是目前市場上的測試平臺大部分均為專用測試平臺，即只對某一類產品進行測試(如光伏電池陣列電池模擬電源)，若需對多種不同類型產品測試，則需多臺專用測試平臺。這無疑會增加設備測試成本。

現有技術的缺點：

目前，國內外通用的模擬直流電源，通常為專用設備，即只能模擬單一化學能電池或者太陽能電池板陣列，且這些電源設備容量較小，市場價格較高。隨著儲能技術的發展，越來越多的高能量密度的電池在工業中得到了應用，使得直流變流設備的功率需求越要越大，這就要求測試這些變流設備的測試平臺的功率也越來越大，電壓越來越高，并且有的大功率光伏逆變器需要兩路(或者多路)獨立的直流模擬電源，來模擬兩條(或多條)獨立的光伏陣列電壓－電流曲線。此外常見直流供電設備的電壓等級多樣化，使得測試平臺很難同時滿足這些要求。比如光伏逆變器有1kV和1.5kV兩種直流電壓等級，地鐵牽引逆變器有750V和1500V兩種直流電壓等級，雙源無軌電車的電壓等級各地區均不相同(北京市采用600V)。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于變流設備測試領域的直流模擬電源，用來解決目前直流設備測試成本高，容量小不易擴充，電壓等級和功能單一等問題，以滿足更多的測試需求。

本發明具體采用如下技術方案：

一種大功率雙向多路直流模擬電源，其特征在于由至少兩個相互隔離的模擬直流電源單元組成，各模擬直流電源單元包括相互串聯的一個AC/DC變換器和一個DC/DC變換器，各AC/DC變換器的輸入端分別連接輸入變壓器的一個次邊繞組，各DC/DC變換器的輸入端分別并聯一個電容，輸出端正極分別串聯一個二極管，各二極管兩端分別并聯一個開關。

優選地，所述DC/DC變換器由兩相或多相交錯并聯Buck型雙向DC/DC變換器組成。

進一步優選地，所述DC/DC變換器包含LCL型濾波電路，其前級電感采用磁耦合電感并聯輸出。

本發明具有如下有益效果：

1.本發明功能多樣化，只需根據實際應用采用不同的控制策略，不需要更改硬件，就可以擴充功能。第一可以作為模擬化學能或者光伏電池電源系統使用(如模擬光伏電池陣列伏安特性曲線和NaS電池、動力電池和超級電容充放電曲線)；第二可作為可充電式化學能電池(鋰電池、鎳鎘電池、鎳氫電池)的充放電設備使用；第三可用作直流電網(比如地鐵直流電網、雙源電動車直流電網)的模擬設備，第四可作為直流電子模擬負載使用。

2.本發明通過采用隔離DC電源單元之間的串并聯使用，來擴充容量和電壓等級，用簡單的辦法解決了電壓等級需求多樣化、容量大型化的問題，其中多路隔離輸出，每路輸出采用相同結構標準化的電源單元組成，通過輸入變壓器次邊繞組實現隔離，多路輸出之間可串、可并，也可獨立使用，易于實現模擬電源容量和電壓的擴充。

3.兩路直流輸出配合使用時，一路模擬正常電壓，另一路模擬干擾電壓，可以在最貼近實際情況下測試直流輸入設備，或者每路模擬不同的電流電壓(或光伏陣列)曲線。

4.每個電源單元的前端采用PWM可控整流器，便于實現功率的雙向流動，穩定后端DC/DC的直流輸入電壓，大大減少交流輸入的電流諧波，提高功率因素。

5.每個電源單元的后端DC/DC變換器采用兩路或多路雙向小功率DC/DC模塊通過磁耦合的LCL濾波電感并聯輸出，實現了直流電感的解耦磁集成和交流電感的耦合磁集成，在每個IGBT開關頻率不變的條件下，提高了等效開關頻率，大大降低了輸出的電流紋波和噪聲。

6.多相交錯并聯技術運用可以減小輸出紋波，從而減小輸出濾波器的尺寸，降低功率器件的電流應力，容易引入一些優秀的控制方法，以提高變換器效率。