一種基于電容儲能的電源電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種基于電容儲能的電源電路，通過在普通的AC/DC220V直流開關電源基礎上接入RC充放電電路，大大降低了原來AC/DC直流開關電源的成本，可滿足在交流電網(wǎng)斷電的情況下，為逆變器提供短時直流供電，同時在電網(wǎng)正常工作時滿足逆變器經(jīng)常負荷需求，而且還能滿足斷路器或接觸器合閘沖擊負荷的需求，本電路結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，滿足大功率逆變器控制系統(tǒng)負荷需求，針對其它相似的直流負載系統(tǒng)易于移植使用，且成本大幅下降。
【專利說明】一種基于電容儲能的電源電路

【技術領域】
[0001 ] 本實用新型涉及一種電源電路，具體涉及一種基于電容儲能的電源電路。

【背景技術】
[0002]逆變器控制系統(tǒng)需要廠供電、內(nèi)部供電和直流取電三種取電方式。廠供電是首選供電方式。若廠供電失電，應能自動切換到內(nèi)部供電，根據(jù)電站業(yè)主要求，在電網(wǎng)外部供電或逆變器自身逆變交流輸出供電故障時，控制系統(tǒng)應能需要直流供電。直流供電有兩種情況，一是低電壓穿越，需要保證3秒以上的供電，此時逆變器仍需要并網(wǎng)發(fā)電，另一種情況是電網(wǎng)故障，需要直流供電，保證監(jiān)控需要，此時逆變器不需要并網(wǎng)發(fā)電。
[0003]一般由不間斷電源UPS或EPS提供長時間直流供電，性能可靠但成本昂貴。短時間供電可采用開關電源，大容量開關則需要訂制，成本相對較高，且不能滿足短時續(xù)流功能。
[0004]大功率逆變器的直流負荷主要為斷路器或接觸器線圈驅(qū)動等沖擊負荷，大功率逆變器(500kW)控制系統(tǒng)直流負荷如下:交流側(cè)的接觸器線圈在AC100-240V下由輔助接觸器輔助交流供電，所以只在軟起時需要而非長期供電；DC100-220V，啟動電流〈10A，平均啟動功率1000VA，平均維持損耗17VA，該負荷時間短、放電電流大，短時平均功率高達1000VA，很難找到如此規(guī)格的AC/DC220V直流電源。以上兩種主要控制負荷要求逆變器電源在低電壓穿越或故障情況下滿足3s的有效供給，保證控制系統(tǒng)正常工作。
[0005]因此需要提供一種性價比更高且易于實現(xiàn)的電源電路，以解決現(xiàn)有技術存在的上述題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術的不足，本實用新型提供一種基于電容儲能的電源電路，包括供電部分、AC/DC電源模塊和RC充放電電路，所述供電部分包括廠供電和內(nèi)部取電，所述AC/DC電源模塊輸入端接零線L、相線N、零線LI和相線NI，所述零線L和相線N為廠供電接線端，所述零線LI和相線NI為內(nèi)部取電接線端，在所述零線L、相線N、零線LI和相線NI上分別連接有輔助接觸器K，在所述零線L和所述相線N之間并聯(lián)有接觸器線圈K ;所述AC/DC開關電源輸出端并聯(lián)RC充放電電路；所述RC充放電電路由電阻R與二極管D并聯(lián)后與電容C串聯(lián)組成，通過開關Kl接于負載側(cè)。
[0007]優(yōu)選地，所述AC/DC電源模塊為100W的220VAC/220VDC開關電源。
[0008]優(yōu)選地，所述電容C為12000uF/350V的電解電容。
[0009]優(yōu)選地，所述電阻值5K/10W。
[0010]優(yōu)選地，所述二極管D的反向耐壓600V，正向電流14A。
[0011]和最接近的現(xiàn)有技術比，本實用新型的有益效果為:
[0012]本實用新型提供的一種基于電容儲能的電源電路，可滿足在交流電網(wǎng)斷電的情況下，大幅降低成本的為逆變器提供短時直流供電，同時在電網(wǎng)正常工作時滿足逆變器經(jīng)常負荷需求，而且還能滿足斷路器或接觸器合閘沖擊負荷的需求，電路結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，滿足大功率逆變器控制系統(tǒng)負荷需求，針對其它相似的直流負載系統(tǒng)易于移植使用，且成本大幅下降。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細說明。
[0014]圖1為本實用新型基于電容儲能的電源電路示意圖；

【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0016]為了徹底了解本實用新型實施例，將在下列的描述中提出詳細的結(jié)構(gòu)。顯然，本實用新型實施例的施行并不限定于本領域的技術人員所熟習的特殊細節(jié)。本實用新型的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本實用新型還可以具有其他實施方式。
[0017]參照圖1，圖1為本實用新型提供的基于電容儲能的電源電路示意圖。圖中給出了負載側(cè)為接觸器線圈的情形，在負載側(cè)和開關Kl之間并聯(lián)接入一個放電二極管。圖中示出了基于電容儲能的電源電路。該電路包括供電部分、AC/DC電源模塊和RC充放電電路，供電部分包括廠供電和內(nèi)部取電兩部分，所述AC/DC電源模塊輸入端接零線L、相線N、零線LI和相線NI，零線L和相線N為廠供電接線端，零線LI和相線NI為內(nèi)部取電接線端，在零線L、相線N、零線LI和相線NI上分別連接有輔助接觸器K，在零線L和相線N之間并聯(lián)有接觸器線圈K ;在AC/DC開關電源輸出端并聯(lián)RC充放電電路；RC充放電電路由電阻R與二極管D并聯(lián)后與電容C串聯(lián)組成，通過開關Kl接于負載側(cè)，Kl與負載側(cè)之間并聯(lián)一個放電二極管Dl。
[0018]圖1中的基于電容儲能的電源電路采用中間繼電器實現(xiàn)廠供電和內(nèi)部取電的切換，保證了廠供電為首選，并且由于電容可以保證線圈3秒以上電維持時間，因此切換不會產(chǎn)生問題。由于普通開關電源不能直接并聯(lián)帶大容量電容，因此采用了 RC串聯(lián)充電電路方案。
[0019]進一步地，AC/DC電源模塊采用100W的220VAC/220VDC開關電源。控制系統(tǒng)接觸器平均維持損耗為17VA，偶爾會出現(xiàn)大于17VA的情況，并且電源在高海波地區(qū)需降容，選擇50W開關電源能有效滿足需求，由于220V的AD/DC不是常規(guī)品，因此選用兵裝的100W開關電源，價格相對合理。
[0020]進一步地，電容C的選擇需保證接觸器線圈10A/70ms的啟動以及17VA損耗3秒的維持。啟動線圈平均損耗1000VA，時間70ms，即平均啟動損耗為70J，考慮到啟動電流小于1A這種要求(10A電流是100VDC啟動時的電流，220VDC啟動時會小于該值，但由于廠家給不出具體數(shù)據(jù)，也按該值計算)，按照啟動電壓一直為220V考慮，啟動損耗為220V*10A*70ms = 154J。啟動放電過程中，直流端電壓會出現(xiàn)不同程度的下降。只要保證降幅后端電壓大于100V即可，啟動損耗小于154J。線圈供電范圍是100VDC-220VDC，電容儲能 Q = 0.5CU*U,電容在 220V 時儲能 Q = 0.5*220*220*C = 24200C，在 100V 時電容儲能 Q = 0.5*100*100*C = 1000Co 電容從 220V 下降至 100V，釋放能量:24200C-5000C =154J，推算出C = 8020uF，考慮到電容20%的偏差以及適當留有余量，故選擇1000uF以上電容，根據(jù)價格和供貨期等因素考慮，最終選擇12000UF/350V的電解電容。維持3秒所用能量為17*3 = 51J，該電容足以滿足要求。
[0021]進一步地，電阻R選取為5K/10W為最佳，根據(jù)t = 3RC時，電容C充電95%，t=4%時充電98%。電容C充電95%時就足以啟動接觸器，由于充電95%時電容C的電壓為220*095 = 209V，此時能量為0.5*0.01*209*209 = 218J，而100V時具有能量為0.5*0.01*100*100 = 50J，故可釋放能量為218-50 = 168J，大于154J，故充電95%就能啟動接觸器，充電時間取3RC即可。因為逆變器自動啟動時間最小為3分鐘，控制電容重新上電至逆變器自動啟動并網(wǎng)電時間肯定大于3分鐘，通常遠大于3分鐘，在正常運行中，接觸器啟動后電容會自動充電，下次啟動時不用再等待時間充電。按照3分鐘計算，3RC = 3*60，計算得R = 6k。由于5K電阻常用，故選擇5K電阻滿足要求。電阻為5K時，剛開始充電時功率最大，按照極限情況，電容完全不帶電，電壓為0V。根據(jù)W = U*U/R = 220*220/5000 =9.68W，之后隨著電容充電電壓升高，電阻上電壓會越來越小，功率也會越來越小。逆變器正常運行時，接觸器充電的起始電壓大于100V，損耗遠小于10W。根據(jù)充電時間及電阻封裝的限制，選取5K/10W電阻較為合理。
[0022]進一步地，電容C側(cè)放電二極管D選擇反向耐壓600V，正向電流14A為最佳。電容C放電對象為接觸器，接觸器消耗的電流小于10A，時間小于70ms。按照10A，70ms計算，二極管選用正向電流1A以上，T0220封裝的二極管即可，系統(tǒng)放電時間短，無需散熱片，選定IXYS的DESI 12-06A，反向耐壓600V，正向電流14A，價格低廉，滿足使用要求。
[0023]另外，接觸器線圈放電二級管Dl的選擇:選擇一款常用且方便安裝在接觸器上的二極管，IN4007滿足要求，該二極管正向電流1A，正向峰值電流30A，可承受峰值30A的8.3ms的正弦半波信號，二極管線圈放電時間小于1ms，電流小于10A，IN4007常用且安裝方便。
[0024]采用上述基于電容儲能的電源電路，可滿足在交流電網(wǎng)斷電的情況下，大幅降低成本的為逆變器提供短時直流供電，同時在電網(wǎng)正常工作時滿足逆變器經(jīng)常負荷需求，而且還能滿足斷路器或接觸器合閘沖擊負荷的需求，電路結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，滿足大功率逆變器控制系統(tǒng)負荷需求，針對其它相似的直流負載系統(tǒng)易于移植使用，且成本大幅下降。
[0025]最后應當說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員依然可以對本發(fā)明的【具體實施方式】進行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于電容儲能的電源電路，包括供電部分、AC/DC電源模塊和RC充放電電路，其特征在于: 所述供電部分包括廠供電和內(nèi)部取電，所述AC/DC電源模塊輸入端接零線L、相線N、零線LI和相線NI，所述零線L和相線N為廠供電接線端，所述零線LI和相線NI為內(nèi)部取電接線端，在所述零線L、相線N、零線LI和相線NI上分別連接有輔助接觸器K，在所述零線L和所述相線N之間并聯(lián)有接觸器線圈K ; 所述AC/DC開關電源輸出端并聯(lián)RC充放電電路； 所述RC充放電電路由電阻R與二極管D并聯(lián)后與電容C串聯(lián)組成，通過開關Kl接于負載側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電容儲能的電源電路，其特征在于，所述AC/DC電源模塊為10W的220VAC/220VDC開關電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電容儲能的電源電路，其特征在于，所述電容C為12000uF/350V的電解電容。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電容儲能的電源電路，其特征在于，所述電阻值5K/10W。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電容儲能的電源電路，其特征在于，所述二極管D的反向耐壓600V，正向電流14A。
【文檔編號】H02J7/34GK204230997SQ201420721292
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日
【發(fā)明者】肖永華, 王帥 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 中電普瑞科技有限公司