专利名称：一种高压直流大电容充电装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种高压直流大电容充电装置及方法，属于充电装置技术领域。
背景技术：
为了确保直流输电用换流阀运行的可靠性，建立合成试验回路对换流阀进行冲击大电流模拟试验是非常必要的，冲击大电流是通过高压大电容的放电来实现的。同时，高压大电容在其他需要冲击大电流的试验设备中也有广泛应用。在合成试验回路中，为了快速给试品阀提供试验所需的电流，就需要对高压大电容进行快速充电，快速、稳定的给高压大电容充电是很重要的，一方面为了试验的紧凑性，要求在短时间内将电容充电到规定的电压水平内；另一方面，对电容充电要求恒流充电过大的充电电流将会导致充电设备的损坏，过小的充电电流又会导致充电过程过于缓慢，·满足不了换流阀运行试验的要求。如图1，电容在充电时其电压与电流的关系为
- - -Mf小
f =(I)
Jt
i=C^~(2)
dt
由上述公式可见，在电容电压Uc时刻都在变化的情况下，要使充电电流i恒定，就必须时刻调节电源电压Us,使电源电压Us实时跟随电容电压Uc的变化而变化，很显然常规的对电容充电的充电装置是不能满足要求的。为了达到限压恒流充电的目的，就需要一种高压直流大电容充电装置，它能根据电容电压Uc的变化，实时调节电源电压Us,这样就使充电电流维持了恒定。
发明内容
本发明的目的是提供一种高压直流大电容充电装置及方法，以解决电容充电过程中由于充电电流不稳定导致的充电设备易损坏的问题。本发明为解决上述技术问题而提供一种高压直流大电容充电装置，该大电容充电装置包括调压控制单元、调压器、升压变压器、整流电路和测量单元，交流电源通过调压器、升压变压器和整流电路变换成直流电源给电容充电，测量单元设置在充电回路中，用于检测充电回路的电流和电压，测量单元将测量到的充电回路的电流和电压反馈给调压控制单元，调压控制单元用于电流值与目标值的大小关系，控制调压器的调压速度以及充电电路中的充电电压控制调压器是否工作。所述的调压控制单元包括反馈量输入模块、PID控制器和目标值给定模块，反馈量输入模块的输入端与测量单元的输出端相连，反馈量输入模块和目标值给定模块的输出端都与PID控制器的输入端相连，PID控制器的输出端控制连接调压器，所述的PID控制器首先判断充电电流反馈值与目标值的大小，若反馈值大于目标值，则按PI调节规律减小PID控制器的输出频率，若反馈值小于目标值，则按PI调节规律增大PID控制器的输出频率，使调压器根据PID控制器的输出频率旋转率，控制调压器的调压速度。所述的充电回路中设置有限流电阻，用于对充电电流进行限流保护。所述的整流电路为三相高压整流桥，由六个二极管两两串联后并联构成，两两串联的二极管阴阳极相接，经过调压器和升压变压器的三相高压交流电源的三相接线端分别接入这三组两两串联的二极管之间。所述的调压器为感应式调压器，该感应式调压器的调压执行机构为伺服电机，伺服电机由PID控制器控制连接，伺服电机根据PID控制器的输出频率旋转，控制调压器的调压速度，达到控制电容充电电流的目的。 本发明为解决上述问题还提供一种高压直流大电容充电方法，该充电方法的步骤如下· 1).将交流电源通过调压器调压输出给升压变压器；
2).再将经过升压器升压后的交流电源通过整流电路变换成直流电源给电容充电；
3).实时采集充电电路中的充电电流和充电电压，并将该充电电容和充电电压反馈给调压控制单元；
4).调压控制单元根据充电电路中的电流值与目标值的大小关系，控制调压器的调压速度，使调压器输出的电压能够随电容电压的变化而变化；
5).调压控制单元判断充电电路中的充电电压是否超出给定值的范围，如果超出，如果超出，调压器将停止调压，让电容两端的电压稳定在目标值。所述的步骤4)中调压控制单元包括反馈量输入模块、PID控制器和目标值给定模块，反馈量输入模块的输入端与测量单元的输出端相连，反馈量输入模块和目标值给定模块的输出端都与PID控制器的输入端相连，PID控制器的输出端控制连接调压器，PID控制器具体的控制过程如下
a.PID控制器首先判断充电电流反馈值与目标值的大小，若反馈值大于目标值，则按PI调节规律减小PID控制器的输出频率，若反馈值小于目标值，则按PI调节规律增大PID控制器的输出频率；
b.使调压器根据PID控制器的输出频率控制调压器的调压速度，从而达到控制高压电容器的充电电流，使充电电流限定在规定范围之内。所述的充电回路中设置有限流电阻，用于对充电电流进行限流保护。所述的整流电路为三相高压整流桥，由六个二极管两两串联后并联构成，两两串联的二极管阴阳极相接，经过调压器和升压变压器的三相高压交流电源的三相接线端分别接入这三组两两串联的二极管之间。所述的调压器为感应式调压器，该感应式调压器的调压执行机构为伺服电机，伺服电机由调压控制单元控制连接，伺服电机根据PID控制器的输出频率旋转，控制调压器的调压速度，达到控制电容充电电流的目的。本发明的有益效果是本发明通过使用调压控制单元根据电容两端的电压及充电电流，实时控制调压器的调压速率，从而控制三相高压整流桥的输出电压，达到控制高压电容器的充电电流，使充电电流限定在规定范围之内的目的。本装置结构简单、价格便宜，能够实现快速、限压和恒流的方式对高压大电容进行充电。
图I是电容器充电电路结构 图2是本发明实施例中的高压直流大电容充电装置的结构 图3是高压直流大电容充电装置中调压控制单元的系统框 图4是调压控制单元中PID调节原理图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
进行详细描述。本发明的一种高压直流大电容充电装置的实施例· 如图2所示，一种高压直流大电容充电装置包括调压控制单元、调压器、升压变压器T，三相高压整流桥1，限流电阻R及电压、电流测量单元，测量装置的输出端与调压控制单元的输入端相连，调压控制单元的输出端控制连接调压器Tl，三相380V交流电经过调压器Tl调压，升压变压器T升压后，再经过三相高压整流桥1，三相高压整流桥I的输出端与充电电容相连，用于将三相高压交流电源整流形成直流电源后给电容充电，测量装置设置在三相高压整流桥I与充电电容C之间的充电回路中，用于检测充电回路的电流和电压，限流电阻R设置在三相高压整流桥I与充电电容C之间的充电回路中。三相高压整流桥I由DfD6六个二极管两两串联后并联构成，每组两两串联的二极管阴阳极相接，经过调压器和升压变压器的三相高压交流电源的三相接线端分别接入这三组两两串联的二极管之间。调压控制单元为一高速处理器，其具体结构如图3所示，包括反馈量输入模块、PID控制器和目标值给定模块，反馈量输入模块的输入端与测量单元的输出端相连，反馈量输入模块和目标值给定模块的输出端都与PID控制器的输入端相连，PID控制器的输出端控制连接调压器，用于根据充电电容两端的电压及充电电流，实时控制调压器的调压速率。该高压直流大电容充电装置的工作原理如下
调压控制单元中的反馈量输入模块实时接收来自测量装置采集到的电压、电流的反馈值，并将采集到的信息进行数字化处理后传输给PID控制器，PID控制器结合目标值给定模块中给出的目标值进行逻辑运算，其控制过程如图4所示，PID控制器首先判断充电电流反馈值与目标值的大小，若反馈值大于目标值，则按PI调节规律减小PID控制器的输出频率f ;若反馈值小于目标值，则按PI调节规律增大PID控制器的输出频率f，频率f控制伺服电机的旋转速率，控制电动调压器的调压速度，从而达到控制高压电容器的充电电流，使充电电流限定在规定范围之内的目的。一旦充电电压达到给定值范围内，电动调压器将停止调压，让高压大电容两端电压稳定在目标值，至此完成整个充电过程。如果充电电压高于给定值上限，那么控制装置将会立即启动停机命令，强迫充电装置停机。本发明的一种高压直流大电容充电方法的实施例
本发明的高压直流大电容充电方法是通过利用调压控制单元根据充电电容电压及充电电流，实时控制调压器的调压速率，从而控制三相高压整流桥的输出电压，达到控制高压电容器的充电电流，使充电电流限定在规定范围之内的目的，该方法的具体过程如下
I.将380V的交流电源通过调压器调压输出给升压变压器。2.将经过升压器升压后的380V交流电源通过整流电路变换成直流电源给电容充电，这里的整流电路为三相高压整流桥，由六个二极管两两串联后并联构成，两两串联的二极管阴阳极相接，经过调压器和升压变压器的三相高压交流电源的三相接线端分别接入这三组两两串联的二极管之间。3.电流测量单元和电压测量单元分别实时采集充电电路中的充电电流和充电电压，并将该充电电容和充电电压反馈给调压控制单元，调压控制单元为一高速处理器，其具体结构如图3所示，包括反馈量输入模块、PID控制器和目标值给定模块，反馈量输入模块的输入端与测量单元的输出端相连，反馈量输入模块和目标值给定模块的输出端都与PID控制器的输入端相连，PID控制器的输出端控制连接调压器，用于根据充电电容两端的电压及充电电流，实时控制调压器的调压速率。4.调压控制单元中的PID控制器首先判断充电电流反馈值与目标值的大小，若反馈值大于目标值，则按PI调节规律减小PID控制器的输出频率f ;若反馈值小于目标值，则按PI调节规律增大PID控制器的输出频率f，频率f控制伺服电机的旋转速率，控制电动调压器的调压速度，从而达到控制高压电容器的充电电流，使充电电流限定在规定范围之内·的目的。5.调压控制单元判断充电电路中的充电电压是否超出给定值的范围，如果超出，调压器将停止调压，让电容两端的电压稳定在目标值，至此完成整个充电过程。
权利要求
1.一种高压直流大电容充电装置，其特征在于该大电容充电装置包括调压控制单元、调压器、升压变压器、整流电路和测量单元，交流电源通过调压器、升压变压器和整流电路变换成直流电源给电容充电，测量单元设置在充电回路中，用于检测充电回路的电流和电压，测量单元将测量到的充电回路的电流和电压反馈给调压控制单元，调压控制单元用于电流值与目标值的大小关系，控制调压器的调压速度以及充电电路中的充电电压控制调压器是否工作。
2.根据权利要求I所述的高压直流大电容充电装置，其特征在于所述的调压控制单元包括反馈量输入模块、PID控制器和目标值给定模块，反馈量输入模块的输入端与测量单元的输出端相连，反馈量输入模块和目标值给定模块的输出端都与PID控制器的输入端相连，PID控制器的输出端控制连接调压器，所述的PID控制器首先判断充电电流反馈值与目标值的大小，若反馈值大于目标值，则按PI调节规律减小PID控制器的输出频率，若反馈值小于目标值，则按PI调节规律增大PID控制器的输出频率，使调压器根据PID控制器的输出频率旋转率，控制调压器的调压速度。
3.根据权利要求2所述的高压直流大电容充电装置，其特征在于所述的充电回路中设置有限流电阻，用于对充电电流进行限流保护。
4.根据权利要求2所述的高压直流大电容充电装置，其特征在于所述的整流电路为三相高压整流桥，由六个二极管两两串联后并联构成，两两串联的二极管阴阳极相接，经过调压器和升压变压器的三相高压交流电源的三相接线端分别接入这三组两两串联的二极管之间。
5.根据权利要求2所述的高压直流大电容充电装置，其特征在于所述的调压器为感应式调压器，该感应式调压器的调压执行机构为伺服电机，伺服电机由PID控制器控制连接，伺服电机根据PID控制器的输出频率旋转，控制调压器的调压速度，达到控制电容充电电流的目的。
6.一种高压直流大电容充电方法，其特征在于该充电方法的步骤如下 O.将交流电源通过调压器调压输出给升压变压器； 2).再将经过升压器升压后的交流电源通过整流电路变换成直流电源给电容充电； 3).实时采集充电电路中的充电电流和充电电压，并将该充电电容和充电电压反馈给调压控制单元； 4).调压控制单元根据充电电路中的电流值与目标值的大小关系，控制调压器的调压速度，使调压器输出的电压能够随电容电压的变化而变化； 5).调压控制单元判断充电电路中的充电电压是否超出给定值的范围，如果超出，如果超出，调压器将停止调压，让电容两端的电压稳定在目标值。
7.根据权利要求6所述的高压直流大电容充电方法，其特征在于所述的步骤4)中调压控制单元包括反馈量输入模块、PID控制器和目标值给定模块，反馈量输入模块的输入端与测量单元的输出端相连，反馈量输入模块和目标值给定模块的输出端都与PID控制器的输入端相连，PID控制器的输出端控制连接调压器，PID控制器具体的控制过程如下 a.PID控制器首先判断充电电流反馈值与目标值的大小，若反馈值大于目标值，则按PI调节规律减小PID控制器的输出频率，若反馈值小于目标值，则按PI调节规律增大PID控制器的输出频率；b.使调压器根据PID控制器的输出频率控制调压器的调压速度，从而达到控制高压电容器的充电电流，使充电电流限定在规定范围之内。
8.根据权利要求7所述的高压直流大电容充电方法，其特征在于所述的充电回路中设置有限流电阻，用于对充电电流进行限流保护。
9.根据权利要求7所述的高压直流大电容充电方法，其特征在于所述的整流电路为三相高压整流桥，由六个二极管两两串联后并联构成，两两串联的二极管阴阳极相接，经过调压器和升压变压器的三相高压交流电源的三相接线端分别接入这三组两两串联的二极管之间。
10.根据权利要求7所述的高压直流大电容充电装置，其特征在于所述的调压器为感应式调压器，该感应式调压器的调压执行机构为伺服电机，伺服电机由PID控制器控制连接，伺服电机根据PID控制器的输出频率旋转，控制调压器的调压速度，达到控制电容充电电流的目的。
全文摘要
本发明涉及一种高压直流大电容充电装置及方法，该大电容充电装置包括调压控制单元、调压器、升压变压器、整流电路和测量单元，测量单元的输出端与调压控制单元的输入端相连，调压控制单元控制连接调压器，交流电源的三相接线端通过调压器和升压变压器接入整流电路，整流电路的输出端与充电电容相连，用于将三相高压交流电源整流形成直流电源后给电容充电，测量装置设置在整流电路与充电电容之间的充电回路中，用于检测充电回路的电流和电压。本发明通过使用调压控制单元根据电容两端的电压及充电电流，实时控制调压器的调压速率，从而控制三相高压整流桥的输出电压，达到控制高压电容器的充电电流，使充电电流限定在规定范围之内的目的。
文档编号H02J15/00GK102790431SQ201210267289
公开日2012年11月21日 申请日期2012年7月31日 优先权日2012年7月31日
发明者何青连, 刘堃, 姚为正, 毛文喜, 洪波, 范彩云, 马俊民, 黄永瑞 申请人:国家电网公司, 许继集团有限公司