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CN103023135A - 多级直流变换电源装置 - Google Patents

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CN103023135A
CN103023135A CN2011102891308A CN201110289130A CN103023135A CN 103023135 A CN103023135 A CN 103023135A CN 2011102891308 A CN2011102891308 A CN 2011102891308A CN 201110289130 A CN201110289130 A CN 201110289130A CN 103023135 A CN103023135 A CN 103023135A
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CN
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voltage
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power supply
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CN2011102891308A
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Inventor
马西田
王严军
林春清
金永辉
王田利
许立功
石洪晶
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DALIAN POWER SUPPLY Co OF LIAONING ELECTRIC POWER Co Ltd
State Grid Corp of China SGCC
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DALIAN POWER SUPPLY Co OF LIAONING ELECTRIC POWER Co Ltd
State Grid Corp of China SGCC
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Publication date
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02J1/10—Parallel operation of DC sources
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Abstract

本发明涉及一种多级直流变换电源装置，其特征在于它由超级电容器、电路切换单元、多级电压变换单元、电压监控单元组成，超级电容器的总输出通过电路切换单元与多级电压变换单元连接，多级电压变换单元与负载连接，电压监控单元与超级电容器的输出端及电路切换单元连接，用以检测超级电容器的输出电压和控制电路切换单元动作。本发明采用多级直流变换装置，输入电压可以在50-270V范围内任意输入，可以实现电压的稳定和无间隔输出，提高了稳定性和可靠性。可以满足智能变电站、特别是移动智能变电站站用电源后备延时、智能开关动作、后台监控等电源需求。其结构简单，使用寿命长。

Description

多级直流变换电源装置
技术领域
本发明涉及一种交直流一体化电源装置，特别是一种多级直流变换电源装置。
背景技术
现有智能变电站的站用电源一般采用交直流一体化电源，交直流一体化电源的储能装置都是采用免维护铅酸蓄电池，其不足之处在于：一、为保证使用的可靠性需要经常对蓄电池进行电压、内阻监测；二、蓄电池只有1000次左右的循环充、放电寿命，难以满足当今智能变电站中智能开关、智能终端等电源的需求；三、蓄电池组放电时需要设置欠压保护，否则蓄电池会因为过放而损坏，因此蓄电池有部分电能不能释放，不能有效利用，而且长时间使用后，蓄电池会有记忆效应，容量会下降，寿命会缩短。四、蓄电池的铅制极板在充电放电过程中容易损耗变薄，电能和化学能的转装换效率降低。五、蓄电池需要经常维护，进行深度放电，以保证蓄电池的寿命。六、酸性液体挥发影响环境，废弃的蓄电池对环境也能带来很大危害。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种输入电压范围宽，输出稳定，工作可靠，原理简单，效率高，免维护的多级直流变换电源装置。
本发明的目的是这样实现的：一种多级直流变换电源装置。其特征在于它由超级电容器、电路切换单元、多级电压变换单元、电压监控单元组成，超级电容器的总输出通过电路切换单元与多级电压变换单元连接，多级电压变换单元与负载连接，电压监控单元与超级电容器的输出端及电路切换单元连接，用以检测超级电容器的输出电压和控制电路切换单元动作。
所述的电路切换单元由并联的直流接触器构成，其中一个直流接触器直接与负载连接，其他接触器分别与多级电压变换单元中的DC/DC模块连接。
所述的多级电压变换单元由并联的DC/DC模块构成，每个DC/DC模块均串接在电路切换单元的直流接触器与负载之间，且DC/DC模块的正输出用隔离二极管与输出母线正相接。
所述的电压监控单元由辅助电源和CPU控制器构成，辅助电源给CPU控制器的主电源和检测芯片电源供电，CPU控制器根据检测到得电压分段控制电路切换单元中各直流接触器的动作。
本发明采用多级直流变换装置，可以实现电压的稳定和无间隔输出，提高了稳定性和可靠性。输入电压可以在50-270V范围内任意输入，避免输入电压范围宽而提高电源的设计难度，降低电源的稳定性。由于超级电容器具有50万次以上的循环充放电寿命，通过多级直流变换电源装置可以配置极低的容量的超级电容器就可以满足智能变电站、特别是移动智能变电站站用电源后备延时、智能开关动作、后台监控等电源需求。其结构简单，使用寿命长。
附图说明
图1为本发明的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图所示，超级电容器1可以设若干组，本实施例给出的是一组，共计100个串联。其总输出分别与电路切换单元2中的四个直流接触器的输入端子连接。电路切换单元中的直流接触器KM1的输出端子直接与负载连接，直流接触器KM2的输出端子与多级电压变换单元3中的模块DC/DC1的输入端连接；直流接触器KM3的输出端子与多级电压变换单元中的模块DC/DC2的输入端连接；直流接触器KM4的输出端子与多级电压变换单元中的模块DC/DC3的输入端连接。多级电压变换单元将50-270V的电压变换到220V工作电压给直流负荷供电，其中的DC/DC模块的正输出用隔离二极管D1、D2、D3与输出母线正相接，预防模块出故障时输出电压母线反灌到机器内部。电压监控单元4包含辅助电源和CPU控制器两部分电路。辅助电源是将超级电容组两端电压转换为5V/±12V，提供给CPU的主电源和检测芯片电源，输入电压范围45-300V，输出5V/±12V。电压监控单元CPU控制器采用8位CPU，采样速度为2微秒/次，CPU的电压基准参数为2.500V，CPU内部程序采用循环比较，将检测的超级电容器上的直流电压分为四段调压方式，通过大电流的驱动电路，根据超级电容器的电压调节每个DC/DC的直流输入接触器。电压监控单元的继电器输出端与电路切换单元中的直流接触器线圈连接，用以控制直流接触器的通断，电压监控单元还与DC/DC模块的输出端连接，以检测输出电压的实际值是否正常并向上位机传输信息。
本发明的工作过程是，当超级电容器输出电压小于46V时，电压监控单元根据检测到的电压值控制电路切换单元中的直流接触器KM1、KM2、KM3、KM4全部断开，超级电容器不向负载输出电压电流；当超级电容器输出电压大于46V且小于75V时，电压监控单元控制KM4接通，KM1、KM2、KM3断开，超级电容器向负载输出电压电流，同时KM3准备启动接通。KM3的接通条件是超级电容器输出电压大于76V且小于125V。多级电压变换单元中的DC/DC3和DC/DC2输出并联，不会产生输出倒灌，DC/DC3和DC/DC2在超级电容器输出电压大于76V且小于85V时均有输出，以弥补在临界电压转换时的零输出，确保负载的使用；当超级电容器输出电压大于76V且小于125V时，电压监控单元控制KM3接通，KM4准备断开。超级电容器输出电压大于86V且小于115V时，KM3正常工作，DC/DC3无输出，DC/DC2正常输出，KM1、KM2、KM4断开；当超级电容器输出电压大于116V且小于185V时，电压监控单元控制KM2接通，KM3在超级电容器输出电压大于126V时断开；当超级电容器输出电压大于186V时，电压监控单元控制KM2断开，KM1接通，此时，由超级电容器直接输出电压电流给负载使用。
在整个切换过程当中，电路切换单元的接触器切换保证了超级电容器电压在临界点的电源输出稳定，互为备份，保证DC/DC变换电源的持续供电。

Claims (4)

1.一种多级直流变换电源装置，其特征在于它由超级电容器、电路切换单元、多级电压变换单元、电压监控单元组成，超级电容器的总输出通过电路切换单元与多级电压变换单元连接，多级电压变换单元与负载连接，电压监控单元与超级电容器的输出端及电路切换单元连接，用以检测超级电容器的输出电压和控制电路切换单元动作。
2.根据权利要求1所述的多级直流变换电源装置，其特征在于所述的电路切换单元由并联的直流接触器构成，其中一个直流接触器直接与负载连接，其他接触器分别与多级电压变换单元中的DC/DC模块连接。
3.根据权利要求1所述的多级直流变换电源装置，其特征在于所述的多级电压变换单元由并联的DC/DC模块构成，每个DC/DC模块均串接在电路切换单元的直流接触器与负载之间，且DC/DC模块的正输出用隔离二极管与输出母线正相接。
4.根据权利要求1所述的多级直流变换电源装置，其特征在于所述的电压监控单元由辅助电源和CPU控制器构成，辅助电源给CPU控制器的主电源和检测芯片电源供电，CPU控制器根据检测到得电压分段控制电路切换单元中各直流接触器的动作。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C53 Correction of patent of invention or patent application
CB02 Change of applicant information

Address after: 116001 No. 102, Zhongshan, Dalian District, Liaoning, Zhongshan Road

Applicant after: Dalian Power Supply Company, State Grid Liaoning Electric Power Co., Ltd.

Applicant after: State Grid Corporation of China

Address before: 116001 No. 102, Zhongshan, Dalian District, Liaoning, Zhongshan Road

Applicant before: Dalian Power Supply Company of Liaoning Electric Power Co., Ltd.

Applicant before: State Grid Corporation of China

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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130403