一种储能式高压电源结构

本发明涉及高压电气，具体是一种储能式高压电源结构。

背景技术：

1、脉冲模式运行的大功率高压电源通常应用在科研领域，特别是大科学装置中。近年来随着国际聚变领域的发展，对中性束注入高压电源的需求也日益增多。我国craft的400kv高压电源，cfetr的1mv高压电源，日本的jt-60sa装置的490kvdc高压电源，位于法国的国际热核聚变实验堆(iter)-1mv高压电源，这些高压电源拓扑类似，且全部采用低压侧整流，通过油变升压后整流产生高压。对于中性束注入系统的高压平台上的辅助电源系统，也都采用庞大的高压隔离变压器进行供电，其要求配电容量与高压电源功率相匹配，同时油变体积庞大，原副边绝缘电压高，造价和占地巨大，同时隔离变压器原副边分布电容储能大，在负载短路阶段，储能向加速电极泄放，如果没有充分吸收，则会损坏昂贵电极。因此目前亟需一种高压电源结构，以解决当前占地大、成本高的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种储能式高压电源结构，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、本发明的技术方案是：一种储能式高压电源结构，包括有多个储能模块，相邻两个所述储能模块之间相互串联，每个所述储能模块均电性连接开关单元，同时多个所述储能模块电性连接外部充电机或高压电源；

3、所述开关单元包括有开关s，所述开关s电性连接储能模块和二极管d1的阴极，所述二极管d1的阳极电性连接储能模块。

4、更进一步地讲，所述开关单元还包括有电容c，所述电容c电性连接储能模块和二极管d1的阳极，同时所述电容c和储能模块之间相互并联。

5、更进一步地讲，还包括有电流限制单元，所述电流限制单元的一端通过开关s电性连接储能模块和电容c，所述电流限制单元的另一端电性连接二极管d1的阴极。

6、更进一步地讲，所述电流限制单元包括有电感l和二极管d2，所述电感l和二极管d2之间相互并联，同时所述二极管d2的阴极和电感l的一端均电性连接开关s，所述二极管d2的阳极电性连接电阻r1，所述电阻r1和电感l的另一端均电性连接二极管d1的阴极。

7、更进一步地讲，所述储能模块的模块数目为：

8、n≥e0/e1

9、其中：n为储能模块的模块数目，e0为高压电源的输出电压幅值，e1为储能模块的输出电压幅值。

10、更进一步地讲，所述储能模块的输出电压幅值满足如下公式：

11、e1/2≤e0*x％

12、其中：e0为高压电源的输出电压幅值，e1为储能模块的输出电压幅值，x％为高压电源的电压精度。

13、更进一步地讲，还包括有低压单元，所述低压单元电性连接储能模块，同时所述低压单元的输出电压幅值满足如下公式：

14、e(y)max＜2*e0*x％

15、其中：e(y)max为低压单元的最大输出电压幅值，e0为高压电源的输出电压幅值，x％为高压电源的电压精度。

16、更进一步地讲，所述高压电源的输出电压的求取公式为：

17、

18、其中：e(i)为储能模块的输出电压之和，e(j)为低压单元的输出电压之和，e1为储能模块的输出电压幅值，e为低压单元的输出电压幅值，e(y)为低压单元的输出电压大小，i为储能模块的个数，j为低压单元的个数，n为储能模块的总数目，m为低压单元的总数目。

19、本发明通过改进在此提供一种储能式高压电源结构，与现有技术相比，具有如下改进及优点：

20、本发明的储能式高压电源结构通过设置多个储能模块提供电能，并利用开关和二极管实现多模块的投入和切除，从而不仅实现了各储能模块之间的电气隔离，同时去除了庞大的高压隔离变压器，节省了成本，且叠加布置的模块化设计，不仅可以有效节约电源占地空间，还可以降低维护成本。

技术特征：

1.一种储能式高压电源结构，其特征在于，包括有多个储能模块，相邻两个所述储能模块之间相互串联，每个所述储能模块均电性连接开关单元，同时多个所述储能模块电性连接外部充电机或高压电源；

2.根据权利要求1所述的一种储能式高压电源结构，其特征在于，所述开关单元还包括有电容c，所述电容c电性连接储能模块和二极管d1的阳极，同时所述电容c和储能模块之间相互并联。

3.根据权利要求1所述的一种储能式高压电源结构，其特征在于，还包括有电流限制单元，所述电流限制单元的一端通过开关s电性连接储能模块和电容c，所述电流限制单元的另一端电性连接二极管d1的阴极。

4.根据权利要求3所述的一种储能式高压电源结构，其特征在于，所述电流限制单元包括有电感l和二极管d2，所述电感l和二极管d2之间相互并联，同时所述二极管d2的阴极和电感l的一端均电性连接开关s，所述二极管d2的阳极电性连接电阻r1，所述电阻r1和电感l的另一端均电性连接二极管d1的阴极。

5.根据权利要求1或3所述的一种储能式高压电源结构，其特征在于，所述储能模块的模块数目为：

6.根据权利要求5所述的一种储能式高压电源结构，其特征在于，所述储能模块的输出电压幅值满足如下公式：

7.根据权利要求1或3所述的一种储能式高压电源结构，其特征在于，还包括有低压单元，所述低压单元电性连接储能模块，同时所述低压单元的输出电压幅值满足如下公式：

8.根据权利要求7所述的一种储能式高压电源结构，其特征在于，所述高压电源的输出电压的求取公式为：

技术总结
本发明涉及高压电气技术领域，具体是一种储能式高压电源结构，其特征在于，包括有多个储能模块，相邻两个所述储能模块之间相互串联，每个所述储能模块均电性连接开关单元，同时多个所述储能模块电性连接外部充电机或高压电源；所述开关单元包括有开关S，所述开关S电性连接储能模块和二极管D1的阴极，所述二极管D1的阳极电性连接储能模块。本发明通过设置多个储能模块提供电能，并利用开关和二极管实现多模块的投入和切除，从而不仅实现了各储能模块之间的电气隔离，同时去除了庞大的高压隔离变压器，节省了成本，且叠加布置的模块化设计，不仅可以有效节约电源占地空间，还可以降低维护成本。

技术研发人员：杨雷,朱黎黎,李炜葆
受保护的技术使用者：中国科学院合肥物质科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10