專利名稱：多級直流變換電源裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種交直流一體化電源裝置，特別是一種多級直流變換電源裝置。
背景技術：
現(xiàn)有智能變電站的站用電源一般采用交直流一體化電源，交直流一體化電源的儲 能裝置都是采用免維護鉛酸蓄電池，其不足之處在于一、為保證使用的可靠性需要經常對 蓄電池進行電壓、內阻監(jiān)測；二、蓄電池只有1000次左右的循環(huán)充、放電壽命，難以滿足當 今智能變電站中智能開關、智能終端等電源的需求；三、蓄電池組放電時需要設置欠壓保 護，否則蓄電池會因為過放而損壞，因此蓄電池有部分電能不能釋放，不能有效利用，而且 長時間使用后，蓄電池會有記憶效應，容量會下降，壽命會縮短。四、蓄電池的鉛制極板在充 電放電過程中容易損耗變薄，電能和化學能的轉裝換效率降低。五、蓄電池需要經常維護， 進行深度放電，以保證蓄電池的壽命。六、酸性液體揮發(fā)影響環(huán)境，廢棄的蓄電池對環(huán)境也 能帶來很大危害。發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種輸入電壓范圍寬，輸出穩(wěn)定，工 作可靠，原理簡單，效率高，免維護的多級直流變換電源裝置。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種多級直流變換電源裝置。其特征在于它由超級 電容器、電路切換單元、多級電壓變換單元、電壓監(jiān)控單元組成，超級電容器的總輸出通過 電路切換單元與多級電壓變換單元連接，多級電壓變換單元與負載連接，電壓監(jiān)控單元與 超級電容器的輸出端及電路切換單元連接，用以檢測超級電容器的輸出電壓和控制電路切 換單元動作。
所述的電路切換單元由并聯(lián)的直流接觸器構成，其中一個直流接觸器直接與負載 連接，其他接觸器分別與多級電壓變換單元中的DC/DC模塊連接。
所述的多級電壓變換單元由并聯(lián)的DC/DC模塊構成，每個DC/DC模塊均串接在電 路切換單元的直流接觸器與負載之間，且DC/DC模塊的正輸出用隔離二極管與輸出母線正 相接。
所述的電壓監(jiān)控單元由輔助電源和CPU控制器構成，輔助電源給CPU控制器的主 電源和檢測芯片電源供電，CPU控制器根據(jù)檢測到得電壓分段控制電路切換單元中各直流 接觸器的動作。
本發(fā)明采用多級直流變換裝置，可以實現(xiàn)電壓的穩(wěn)定和無間隔輸出，提高了穩(wěn)定 性和可靠性。輸入電壓可以在50-270V范圍內任意輸入，避免輸入電壓范圍寬而提高電源 的設計難度，降低電源的穩(wěn)定性。由于超級電容器具有50萬次以上的循環(huán)充放電壽命，通 過多級直流變換電源裝置可以配置極低的容量的超級電容器就可以滿足智能變電站、特別 是移動智能變電站站用電源后備延時、智能開關動作、后臺監(jiān)控等電源需求。其結構簡單， 使用壽命長。


圖1為本發(fā)明的電路原理圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明
如圖所示，超級電容器I可以設若干組，本實施例給出的是一組，共計100個串聯(lián)。 其總輸出分別與電路切換單元2中的四個直流接觸器的輸入端子連接。電路切換單元中的 直流接觸器KMl的輸出端子直接與負載連接，直流接觸器KM2的輸出端子與多級電壓變換 單元3中的模塊DC/DC1的輸入端連接；直流接觸器KM3的輸出端子與多級電壓變換單元 中的模塊DC/DC2的輸入端連接；直流接觸器KM4的輸出端子與多級電壓變換單元中的模 塊DC/DC3的輸入端連接。多級電壓變換單元將50-270V的電壓變換到220V工作電壓給 直流負荷供電，其中的DC/DC模塊的正輸出用隔離二極管D1、D2、D3與輸出母線正相接，預 防模塊出故障時輸出電壓母線反灌到機器內部。電壓監(jiān)控單元4包含輔助電源和CPU控制 器兩部分電路。輔助電源是將超級電容組兩端電壓轉換為5V/±12V，提供給CPU的主電源 和檢測芯片電源，輸入電壓范圍45-300V，輸出5V/±12V。電壓監(jiān)控單元CPU控制器采用8 位CPU，采樣速度為2微秒/次，CPU的電壓基準參數(shù)為2. 500V, CPU內部程序采用循環(huán)比 較，將檢測的超級電容器上的直流電壓分為四段調壓方式，通過大電流的驅動電路，根據(jù)超 級電容器的電壓調節(jié)每個DC/DC的直流輸入接觸器。電壓監(jiān)控單元的繼電器輸出端與電路 切換單元中的直流接觸器線圈連接，用以控制直流接觸器的通斷，電壓監(jiān)控單元還與DC/DC 模塊的輸出端連接，以檢測輸出電壓的實際值是否正常并向上位機傳輸信息。
本發(fā)明的工作過程是，當超級電容器輸出電壓小于46V時，電壓監(jiān)控單元根據(jù)檢 測到的電壓值控制電路切換單元中的直流接觸器KMl、KM2、KM3、KM4全部斷開，超級電容 器不向負載輸出電壓電流；當超級電容器輸出電壓大于46V且小于75V時，電壓監(jiān)控單元 控制KM4接通，KM1、KM2、KM3斷開，超級電容器向負載輸出電壓電流，同時KM3準備啟動接 通。KM3的接通條件是超級電容器輸出電壓大于76V且小于125V。多級電壓變換單元中的 DC/DC3和DC/DC2輸出并聯(lián)，不會產生輸出倒灌，DC/DC3和DC/DC2在超級電容器輸出電壓 大于76V且小于85V時均有輸出，以彌補在臨界電壓轉換時的零輸出，確保負載的使用；當 超級電容器輸出電壓大于76V且小于125V時，電壓監(jiān)控單元控制KM3接通，KM4準備斷開。 超級電容器輸出電壓大于86V且小于115V時，KM3正常工作，DC/DC3無輸出，DC/DC2正常 輸出，KM1、KM2、KM4斷開；當超級電容器輸出電壓大于116V且小于185V時，電壓監(jiān)控單元 控制KM2接通，KM3在超級電容器輸出電壓大于126V時斷開；當超級電容器輸出電壓大于 186V時，電壓監(jiān)控單元控制KM2斷開，KMl接通，此時，由超級電容器直接輸出電壓電流給負 載使用。
在整個切換過程當中，電路切換單元的接觸器切換保證了超級電容器電壓在臨界 點的電源輸出穩(wěn)定，互為備份，保證DC/DC變換電源的持續(xù)供電。
權利要求
1.一種多級直流變換電源裝置，其特征在于它由超級電容器、電路切換單元、多級電壓變換單元、電壓監(jiān)控單元組成，超級電容器的總輸出通過電路切換單元與多級電壓變換單元連接，多級電壓變換單元與負載連接，電壓監(jiān)控單元與超級電容器的輸出端及電路切換單元連接，用以檢測超級電容器的輸出電壓和控制電路切換單元動作。
2.根據(jù)權利要求1所述的多級直流變換電源裝置，其特征在于所述的電路切換單元由并聯(lián)的直流接觸器構成，其中一個直流接觸器直接與負載連接，其他接觸器分別與多級電壓變換單元中的DC/DC模塊連接。
3.根據(jù)權利要求1所述的多級直流變換電源裝置，其特征在于所述的多級電壓變換單元由并聯(lián)的DC/DC模塊構成，每個DC/DC模塊均串接在電路切換單元的直流接觸器與負載之間，且DC/DC模塊的正輸出用隔離二極管與輸出母線正相接。
4.根據(jù)權利要求1所述的多級直流變換電源裝置，其特征在于所述的電壓監(jiān)控單元由輔助電源和CPU控制器構成，輔助電源給CPU控制器的主電源和檢測芯片電源供電，CPU控制器根據(jù)檢測到得電壓分段控制電路切換單元中各直流接觸器的動作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多級直流變換電源裝置，其特征在于它由超級電容器、電路切換單元、多級電壓變換單元、電壓監(jiān)控單元組成，超級電容器的總輸出通過電路切換單元與多級電壓變換單元連接，多級電壓變換單元與負載連接，電壓監(jiān)控單元與超級電容器的輸出端及電路切換單元連接，用以檢測超級電容器的輸出電壓和控制電路切換單元動作。本發(fā)明采用多級直流變換裝置，輸入電壓可以在50-270V范圍內任意輸入，可以實現(xiàn)電壓的穩(wěn)定和無間隔輸出，提高了穩(wěn)定性和可靠性?？梢詽M足智能變電站、特別是移動智能變電站站用電源后備延時、智能開關動作、后臺監(jiān)控等電源需求。其結構簡單，使用壽命長。
文檔編號H02J1/10GK103023135SQ201110289130
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月24日 優(yōu)先權日2011年9月24日
發(fā)明者馬西田, 王嚴軍, 林春清, 金永輝, 王田利, 許立功, 石洪晶 申請人:遼寧省電力有限公司大連供電公司, 國家電網(wǎng)公司