一种相控充电控制装置、动态电压恢复器及其控制方法与流程

本发明涉及供电电路装置，特别是涉及一种相控充电控制装置、动态电压恢复器及其控制方法。

背景技术：

1、电压暂降已经成为目前影响供电品质的主要原因，动态电压恢复器(dynamicvoltage regulator)是解决电压暂降的常用选择。动态电压恢复器主要由储能单元、逆变器、充电单元、切换开关、旁路开关组成。动态电压恢复器以超级电容作为储能单元，超级电容快速大功率放电特性给需要保护的装置提供快速可靠的保护，所以超级电容的充放电管理尤为重要。超级电容初始电压为零，则超级电容相当于短路状态，需要恒流充电或者限流的方式。

2、常见充电方式都是采用外置的充电单元给超级电容充电，无论采用开关电源技术的充电器进行恒流充电、还是采用整流方式的限流充电，都需要单独的充电回路进行充电，无论从可靠性、智能化都不能满足使用要求，同时需要增加装置的成本。

3、采用逆变器反向并联续流二极管的被动整流方式，需要靠限流电阻进行限流充电，串联在系统中增加系统的损耗，充电电流受限流电阻的限制不能自动或者受控调节。

4、综上所述，已有的充电方式不能满足动态电压恢复器对超级电容快速且可控的充电管理需求。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提出了一种相控充电控制装置、动态电压恢复器及其控制方法，通过控制切换开关单元中可控硅的导通角，将交流电源的输出电压转换为可控交流电压，再经过逆变器的被动整流，将可控交流电压转换为可控直流电压，实现对储能单元的恒流充电，不需要增加充电单元等硬件装置，实时控制且安全高效，实现对动态电压恢复器超级电容的充电实时管理。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种相控充电控制装置，包括：主控单元、切换开关单元和逆变器；

4、所述主控单元分别与所述切换开关单元和所述逆变器连接；所述切换开关单元包括三相可控硅组，所述三相可控硅组的输入侧与交流电源连接，所述三相可控硅组的输出侧与所述逆变器的输入侧连接；所述逆变器的输出侧与储能单元连接；

5、所述主控单元用于根据所述储能单元的充电需求设定充电需求电流和充电截止电压，并以此向所述切换开关单元发送驱动指令；所述驱动指令用于调节所述三相可控硅组的导通角，以将所述交流电源的输出电压转换为可控交流电压，再经所述逆变器反向并联续流二极管的被动整流，将所述可控交流电压转换为可控直流电压，从而调节充电电流，完成对所述储能单元的恒流充电；

6、所述主控单元还用于获取所述储能单元的实时充电电流和实时充电电压，根据当前输入电压和所述充电需求电流进行pi调节，调整pi输出参数以产生驱动指令，并计算驱动所需的幅值和时间，同时根据所述储能单元的实时充电电流和实时充电电压，对驱动所需的幅值和时间进行修正，以此对三相可控硅组的导通角进行调节，实现充电电流的可控充电；

7、通过相控充电控制装置进行初次充电时，储能单元的电压由0v升至逆变器的被动整流电压，然后转换至逆变器主动充电，直至达到充电截止电压；储能单元放电时，设定有下限截止电压，当电压下降至下限截止电压时，再次通过逆变器主动充电，直至达到充电截止电压，实现以恒流充电方式的充电管理。

8、作为可选择的实施方式，所述驱动指令对三相可控硅组在0～360°内调节导通角，每相可控硅组包括两只反向并联的单向可控硅，每只单向可控硅均独立控制。

9、作为可选择的实施方式，所述逆变器包括三组并联的绝缘栅双极型晶体管组，每组绝缘栅双极型晶体管组包括两只串联的绝缘栅双极型晶体管，一相可控硅组连接一组绝缘栅双极型晶体管组。

10、作为可选择的实施方式，所述充电需求包括储能单元的容量和充电时间。

11、作为可选择的实施方式，所述主控单元根据所述储能单元的实时充电电流与所述充电需求电流的比较结果，发送反馈指令至切换开关单元，以实时调节三相可控硅组的导通角，构成闭环反馈调节，实现恒流充电，直至实时充电电压达到充电截止电压。

12、作为可选择的实施方式，所述相控充电控制装置还包括保护模块，当实时充电电流和实时充电电压异常时，所述主控单元反馈异常信号至保护模块，所述保护模块接收异常信号，用于封锁驱动指令。

13、第二方面，本发明提供一种动态电压恢复器，包括第一方面所述的相控充电控制装置。

14、作为可选择的实施方式，所述切换开关单元的输入侧通过输入断路器与交流电源连接，输出侧通过输出断路器连接负载，以给负载供电；切换开关单元设有故障自动旁路交流接触器，当切换开关单元故障时，故障自动旁路交流接触器将切换开关单元旁路。

15、第三方面，本发明提供一种第二方面所述的动态电压恢复器的相控充电控制方法，包括：

16、根据储能单元的充电需求设定充电需求电流和充电截止电压，并以此得到驱动指令；

17、接收交流电源的输出电压，根据驱动指令调节三相可控硅组的导通角，以将交流电源的输出电压转换为可控交流电压；

18、将可控交流电压经逆变器反向并联续流二极管的被动整流后，转换为可控直流电压，从而调节充电电流，完成对储能单元的恒流充电；

19、获取所述储能单元的实时充电电流和实时充电电压；

20、根据输入电压和所述充电需求电流进行pi调节，以产生驱动指令，并计算驱动所需的幅值和时间，同时根据所述储能单元的实时充电电流和实时充电电压，对驱动所需的幅值和时间进行修正，以此对三相可控硅组的导通角进行调节，实现充电电流的可控充电。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

22、本发明提出一种相控充电控制装置、动态电压恢复器及其控制方法，通过控制切换开关单元中可控硅的导通角，将交流电源的输出电压转换为可控交流电压，再经过逆变器的反向续流二极管进行被动整流，将可控交流电压转换为可控直流电压，根据不同储能单元的需求进行充放电管理，实现对储能单元的恒流充电，不需要增加充电单元等硬件装置，无需单独的充电单元，利用现有切换单元、逆变器等进行充电，实时控制且安全高效，实现对动态电压恢复器超级电容的充电实时管理。

23、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种相控充电控制装置，其特征在于，所述相控充电控制装置包括：主控单元、切换开关单元和逆变器；

2.如权利要求1所述的一种相控充电控制装置，其特征在于，所述驱动指令对三相可控硅组在0～360°内调节导通角，每相可控硅组包括两只反向并联的单向可控硅，每只单向可控硅均独立控制。

3.如权利要求1所述的一种相控充电控制装置，其特征在于，所述逆变器包括三组并联的绝缘栅双极型晶体管组，每组绝缘栅双极型晶体管组包括两只串联的绝缘栅双极型晶体管，一相可控硅组连接一组绝缘栅双极型晶体管组。

4.如权利要求1所述的一种相控充电控制装置，其特征在于，所述充电需求包括所述储能单元的容量和充电时间。

5.如权利要求1所述的一种相控充电控制装置，其特征在于，所述主控单元根据所述储能单元的实时充电电流与所述充电需求电流的比较结果，发送反馈指令至切换开关单元，以实时调节三相可控硅组的导通角，构成闭环反馈调节，实现恒流充电，直至实时充电电压达到充电截止电压。

6.如权利要求5所述的一种相控充电控制装置，其特征在于，所述相控充电控制装置还包括保护模块；当实时充电电流和实时充电电压异常时，所述主控单元反馈异常信号至保护模块，所述保护模块接收异常信号，用于封锁驱动指令。

7.一种动态电压恢复器，其特征在于，所述动态电压恢复器包括权利要求1-6任一项所述的相控充电控制装置。

8.如权利要求7所述的一种动态电压恢复器，其特征在于，所述切换开关单元的输入侧通过输入断路器与交流电源连接，输出侧通过输出断路器连接负载，以给负载供电；切换开关单元设有故障自动旁路交流接触器，当切换开关单元故障时，故障自动旁路交流接触器将切换开关单元旁路。

9.一种相控充电控制方法，用于控制权利要求7-8任一项所述的动态电压恢复器，其特征在于，所述相控充电控制方法包括：

技术总结
本发明公开一种相控充电控制装置、动态电压恢复器及其控制方法，涉及供电电路装置技术领域，相控充电控制装置包括：主控单元、切换开关单元和逆变器；主控单元连接切换开关单元和逆变器，用于设定充电需求电流和充电截止电压，并以此发送驱动指令至切换开关单元；切换开关单元包括三相可控硅组，用于根据驱动指令调节三相可控硅组的导通角，以将交流电源的输出电压转换为可控交流电压，再经逆变器反向并联续流二极管的被动整流，将可控交流电压转换为可控直流电压，从而调节充电电流，实现对储能单元的恒流充电，无需增加充电单元等硬件装置，即可实时安全高效的充电控制，实现对动态电压恢复器超级电容的充电实时管理。

技术研发人员：王建,迟恩先,石晓荣,王德涛,孟庆东,姜东岳,焦锡元,李昕,王丙强,杨姗姗
受保护的技术使用者：山东华天电气有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17