一种能量双向流动的直流逆变电源系统的制作方法

1.本实用新型涉及直流逆变电源领域，尤其涉及一种能量双向流动的直流逆变电源系统。


背景技术：

2.直流逆变电源是利用电源变换电路把直流电转变成交流电的装置，广泛运用于各类电力、通讯、工业设备、卫星通信设备、军用车载、医疗救护车、警车、船舶、太阳能及风能发电领域。
3.目前大多数直流逆变电源的能量流动都是单方向的，即只能进行放电。但是在有些应用场景中，直流电的来源是动力电池，而电池则需要不断充电才能循环使用的，这就使得充电要求也成为必备功能。如果直流逆变电源不具有充电功能的话，那就需要使用专门的充电装置，这将造成成本的极大提高和资源浪费。虽然目前也有能量双向流动的直流逆变电源，但是只能是三相或者单相固定输出，而不同的应用场合对于交流电压的制式要求也不一样。当前的直流逆变电源的交流电压制式是固定的，单相和三相是需要选择完全不同型号的产品，这就造成直流逆变电源应用场景受限，使用率偏低，现场设备投入成本高，充/放电设备需要随时切换，操作复杂等缺陷。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不能充/放电双向运行、交流电压制式固定等缺陷，提供一种能量双向流动的直流逆变电源系统。
5.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种能量双向流动的直流逆变电源系统，所述电源系统包括三路单相电源电路和能配置相位信息的输入装置，每一路所述单相电源电路包括控制器以及依次连接的：用于连接可充电的直流电源的正、负直流端，单相双向dc/ac变换器，变压器，用于连接负载或者交流电源的正、负交流端；
6.每一所述控制器连接对应的所述单相双向dc/ac变换器的控制端以及所述输入装置，所述控制器用于在所述正、负交流端接入负载时按照所述相位信息控制所述单相双向dc/ac变换器执行逆变功能以对所述负载放电，以及在所述正、负交流端接入交流电源时控制所述单相双向dc/ac变换器执行整流功能以对所述直流电源进行充电；
7.且在所述三路单相电源电路的负交流端连接在一起时，所述三路单相电源电路输出具有预设相位差的三相交流电压，或者三相交流电经所述三路单相电源电路联合执行整流功能后对所述直流电源充电；
8.且在所述三路单相电源电路的正交流端连接在一起、负交流端连接在一起时，所述三路单相电源电路并联输出单相交流电压，或者单相交流电通过所述三路单相电源电路同时执行整流功能后对所述直流电源充电。
9.优选地，其中一路单相电源电路的控制器与另外两路单相电源电路的控制器通过并机线缆连接以便交互相位信息。
10.优选地，所述正、负直流端和所述单相双向dc/ac变换器之间通过直流开关连接。
11.优选地，所述单相双向dc/ac变换器和所述正直流端所连接的所述直流开关之间通过直流软启电路连接。
12.优选地，所述直流软启电路包括相互并联的开关和电阻。
13.优选地，所述正、负交流端和所述变压器之间通过交流开关连接。
14.优选地，所述单相双向dc/ac变换器的直流端之间连接有滤波电容，所述变压器的交流端之间连接有滤波电容。
15.优选地，所述单相双向dc/ac变换器包括由四个igbt组成的桥式电路。
16.本实用新型的能量双向流动的直流逆变电源系统，具有以下有益效果：本实用新型的电源系统，既可以根据应用场合实现充/放电工作，还可以选择不同的交流电压制式，一方面可以通过输入装置选定三相或者单相的相位信息，另一方面，当选为三相电源使用时三个正交流端相互独立、三个负交流端连接在一起即可，当选为单相电源使用时三个正/负交流端通分别连接在一起即可，如此，本实用新型可以实现灵活的交流电压制式切换，提高了系统性能，扩大了系统工作范围，操作方便快捷，使用安全可靠。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：
18.图1是本实用新型直流逆变电源系统中的结构示意图；
19.图2是本实用新型直流逆变电源系统作为三相电源对外供电的示意图；
20.图3是本实用新型直流逆变电源系统利用外部三相电源对自身进行充电的示意图；
21.图4是本实用新型直流逆变电源系统作为单相电源对外供电使用的示意图；
22.图5是本实用新型直流逆变电源系统利用外部单相电源对自身进行充电的示意图。
具体实施方式
23.为了解决既有的直流逆变电源不能充电和交流电压制式问题，本实用新型构造了一种可以选择不同的交流电压制式的能量双向流动的直流逆变电源系统，其包括三路单相电源电路和能配置相位信息的输入装置，每一路所述单相电源电路包括控制器、正负直流端、单相双向dc/ac变换器、变压器、正负交流端；一方面，单相双向dc/ac变换器可以实现对负载放电或者对直流电源充电，另一方面，当所述电源系统被选为三相电源使用时所述三路单相电源电路的正交流端相互独立且输出存在相位差的三相交流电压，当所述电源系统被选为单相电源使用时所述三路单相电源电路的正/负交流端分别连接在一起且输出相位一致的交流电压。如此，本实用新型可以实现灵活的交流电压制式切换，提高了系统性能，扩大了系统工作范围，操作方便快捷，使用安全可靠。
24.为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描
述。附图中给出了本实用新型的典型实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。应当理解本实用新型实施例以及实施例中的具体特征是对本技术技术方案的详细的说明，而不是对本技术技术方案的限定，在不冲突的情况下，本实用新型实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
25.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。
26.参考图1
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5，本实用新型的能量双向流动的直流逆变电源系统，包括三路单相电源电路100、200、300和能配置相位信息的输入装置(图未示)。
27.输入装置可以是任何可以接收用户输入相位信息的装置，甚至可以是简单的信号触发装置，比如说，直接在电源系统的面板上设置具有两个档位的功能开关，两个档位分别对应单相输出和三相输出，用户只要选择将开关打到对应的档位，则三路单相电源电路100、200、300则会按照档位对应的单相/三相相位要求输出交流电源。
28.参考图1，三路单相电源电路100、200、300的结构是相同的，所以下面以三路单相电源电路100为例进行说明。单相电源电路100包括控制器以及依次连接的：用于连接可充电的直流电源(比如动力电池)的正直流端dc+、负直流端dc
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，单相双向dc/ac变换器103，变压器104，用于连接负载或者交流电源(比如电网)的正交流端l1、负交流端n。正直流端dc+、负直流端dc
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和所述单相双向dc/ac变换器103之间通过直流开关101连接，单相双向dc/ac变换器103和所述正直流端dc+所连接的所述直流开关101之间通过直流软启电路102连接，直流软启电路102包括相互并联的开关和电阻(该电阻可以是单个或者是多个电阻串联形成的电阻)，正交流端l1、负交流端n和所述变压器104之间通过交流开关105连接。所述单相双向dc/ac变换器103的直流端之间连接有滤波电容，所述变压器104的交流端之间连接有滤波电容。
29.单相双向dc/ac变换器103具体是由四个igbt组成的桥式电路，每一个桥臂设置一个igbt，igbt的控制端连接控制器。控制器按照设定的相位信息控制igbt桥式电路可以直接借鉴既有的逆变方法，同理，控制器控制igbt桥式电路进行整流也是可以直接借鉴既有的整流方法。
30.本实用新型中，三路单相电源电路100、200、300都有各自的控制器，每一所述控制器连接对应的所述单相双向dc/ac变换器103的igbt的控制端以外，每一所述控制器还连接所述输入装置以获知用户选定的相位信息是单相还是三相。所述控制器用于在所述正、负交流端接入负载时按照所述相位信息控制所述单相双向dc/ac变换器执行逆变功能以对所述负载放电，以及在所述正、负交流端接入交流电源时控制所述单相双向dc/ac变换器执行整流功能以对所述直流电源进行充电。
31.优选地，其中一路单相电源电路的控制器与另外两路单相电源电路的控制器通过并机线缆连接，如此可以交互各自的相位信息。
32.本实用新型的电源系统有两种接线方式。
33.第一种接线方式是，三路单相电源电路100、200、300的正交流端l相互独立、负交流端n连接在一起，此时既可以如图2所示作为三相电源对外部输出带载，也可以如图3所示利用外部三相电源对自身进行充电。
34.参考图2，当所述电源系统被选为三相电源对外供电时，三路单相电源电路100、200、300的正交流端l1\l2\l3相互独立、负交流端n1\n2\n3连接在一起，且输出的交流电压存在相位差，可以理解的是，三相输出时每一路交流电压的相位信息可以预先在其对应的控制器内设定好(一般三路交流电压的相位是相角互差120度，当然也可以是其它非标准的任意角度)，控制器只需参考既有的逆变算法控制双向dc/ac变换器执行逆变功能即可，用户只需通过输入装置告知控制器到底是单相输出还是三相输出，控制器一旦根据输入装置获知用户选定的是三相输出，则根据三相的相位信息控制逆变。
35.参考图3，当所述电源系统利用外部三相电源对自身进行充电时，三路单相电源电路100、200、300的正交流端l1\l2\l3相互独立、负交流端n1\n2\n3连接在一起,且输入的交流电压存在相位差，控制器只需控制单相双向dc/ac变换器执行整流功能即可。
36.第二种接线方式是，三路单相电源电路100、200、300的正交流端l1\l2\l3分别连接在一起，负交流端n1\n2\n3分别连接在一起，此时既可以如图4所示作为单相电源对外部输出带载，也可以如图5所示利用单相电源对自身进行充电。
37.参考图4，当所述电源系统被选为单相电源对外供电时，三路单相电源电路100、200、300的正交流端l1、l2、l3和负交流端n1\n2\n3分别连接在一起且并联输出相位一致(即相角相同)的交流电压。同理，可以理解的是，单相输出时每一路交流的相位信息可以预先在其对应的控制器内设定好，控制器只需参考既有的逆变算法控制双向dc/ac变换器执行逆变即可，用户只需通过输入装置告知控制器到底是单相输出还是三相输出，控制器一旦根据输入装置获知用户选定的是单相输出，则根据单相的相位信息(只要三路交流电压的相位一致即可，具体是多少没有限制)控制逆变。
38.参考图5，当所述电源系统利用外部单相电源对自身进行充电时，三路单相电源电路100、200、300的正交流端l1\l2\l3和负交流端n1\n2\n3分别连接在一起且输入的交流电压相位一致(即相角相同)。控制器只需控制单相双向dc/ac变换器执行整流功能即可。
39.本实用新型的电源系统有两种默认的选配方式。一种为默认是图2、3的三相输出/输入方式，此时要改为单相输出/输入方式，只需再将l1\l2\l3连接在一起，同时将输入装置打到单相输出的功能位。一种为默认是图4、5的单相输出/输入方式，此时要改为三相输出/输入方式，只需将l1\l2\l3的连接解除，同时将输入装置打到三相输出的功能位。
40.本实施例的电源系统，虽然只有一级dc/ac变换，但具有完全独立的三路桥式逆变电路，设备采用工频隔离方式，直流输入具有直流软启电路102。直流开关闭101合后，首先经过直流软启电路102，把直流电压连接到母线电压上。当交流端没有外部能量源的时候，控制器控制单相双向dc/ac变换器103工作在逆变模式，直流电经过单相双向dc/ac变换器103逆变，再经过变压器104变压后给外部负载供电。当交流端接入了外部电网的时候，控制器控制单相双向dc/ac变换器103工作在整流充电模式，交流电经过变压、整流后给动力电池充电。该电源系统可用于纯交流母线型互补发电系统中动力电池的充、放电控制，实现系统中能量的双向流动，该系统对于解决边远地区和应急场所的能源供应问题提供了一个良
好途径。双向直流逆变电源不仅依据系统运行状态简单对直流侧电压进行充/放电控制，还保持较好的充/放电效果。
41.本实用新型的优点在于最大限度地利用了直流逆变电源的拓扑电路，提高了系统工作效率，扩大了系统工作范围，既实现了动力电池的能量馈网，又实现了动力电池的充电，系统安全可靠。可以实现充电和放电工作模式的切换，支持并联，兼容单相和三相交流电源，应用场景比一般的直流逆变电源广，尤其是在配合动力电池使用时，能够节约设备投入，提高设备的使用率。
42.这里，要说明的是，本实用新型涉的根据相位信息进行逆变、整流等仅仅是现有技术的常规适应性应用。本实用新型对于现有技术的改进，实质在于硬件之间的连接关系，而非针对功能、算法、方法本身，也即上文虽然提到一点逆变、整流方法，但并不包含对逆变、整流方法本身提出的改进。本实用新型对于这部分描述，是为了更好的说明本实用新型，以便更好的理解本实用新型。
43.上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。