專利名稱：一種高壓直流大電容充電裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種高壓直流大電容充電裝置及方法，屬于充電裝置技術領域。
背景技術：
為了確保直流輸電用換流閥運行的可靠性，建立合成試驗回路對換流閥進行沖擊大電流模擬試驗是非常必要的，沖擊大電流是通過高壓大電容的放電來實現的。同時，高壓大電容在其他需要沖擊大電流的試驗設備中也有廣泛應用。在合成試驗回路中，為了快速給試品閥提供試驗所需的電流，就需要對高壓大電容進行快速充電，快速、穩定的給高壓大電容充電是很重要的，一方面為了試驗的緊湊性，要求在短時間內將電容充電到規定的電壓水平內；另一方面，對電容充電要求恒流充電過大的充電電流將會導致充電設備的損壞，過小的充電電流又會導致充電過程過于緩慢，·滿足不了換流閥運行試驗的要求。如圖1，電容在充電時其電壓與電流的關系為
- - -Mf小
f =(I)
Jt
i=C^~(2)
dt
由上述公式可見，在電容電壓Uc時刻都在變化的情況下，要使充電電流i恒定，就必須時刻調節電源電壓Us,使電源電壓Us實時跟隨電容電壓Uc的變化而變化，很顯然常規的對電容充電的充電裝置是不能滿足要求的。為了達到限壓恒流充電的目的，就需要一種高壓直流大電容充電裝置，它能根據電容電壓Uc的變化，實時調節電源電壓Us,這樣就使充電電流維持了恒定。
發明內容
本發明的目的是提供一種高壓直流大電容充電裝置及方法，以解決電容充電過程中由于充電電流不穩定導致的充電設備易損壞的問題。本發明為解決上述技術問題而提供一種高壓直流大電容充電裝置，該大電容充電裝置包括調壓控制單元、調壓器、升壓變壓器、整流電路和測量單元，交流電源通過調壓器、升壓變壓器和整流電路變換成直流電源給電容充電，測量單元設置在充電回路中，用于檢測充電回路的電流和電壓，測量單元將測量到的充電回路的電流和電壓反饋給調壓控制單元，調壓控制單元用于電流值與目標值的大小關系，控制調壓器的調壓速度以及充電電路中的充電電壓控制調壓器是否工作。所述的調壓控制單元包括反饋量輸入模塊、PID控制器和目標值給定模塊，反饋量輸入模塊的輸入端與測量單元的輸出端相連，反饋量輸入模塊和目標值給定模塊的輸出端都與PID控制器的輸入端相連，PID控制器的輸出端控制連接調壓器，所述的PID控制器首先判斷充電電流反饋值與目標值的大小，若反饋值大于目標值，則按PI調節規律減小PID控制器的輸出頻率，若反饋值小于目標值，則按PI調節規律增大PID控制器的輸出頻率，使調壓器根據PID控制器的輸出頻率旋轉率，控制調壓器的調壓速度。所述的充電回路中設置有限流電阻，用于對充電電流進行限流保護。所述的整流電路為三相高壓整流橋，由六個二極管兩兩串聯后并聯構成，兩兩串聯的二極管陰陽極相接，經過調壓器和升壓變壓器的三相高壓交流電源的三相接線端分別接入這三組兩兩串聯的二極管之間。所述的調壓器為感應式調壓器，該感應式調壓器的調壓執行機構為伺服電機，伺服電機由PID控制器控制連接，伺服電機根據PID控制器的輸出頻率旋轉，控制調壓器的調壓速度，達到控制電容充電電流的目的。 本發明為解決上述問題還提供一種高壓直流大電容充電方法，該充電方法的步驟如下· 1).將交流電源通過調壓器調壓輸出給升壓變壓器；
2).再將經過升壓器升壓后的交流電源通過整流電路變換成直流電源給電容充電；
3).實時采集充電電路中的充電電流和充電電壓，并將該充電電容和充電電壓反饋給調壓控制單元；
4).調壓控制單元根據充電電路中的電流值與目標值的大小關系，控制調壓器的調壓速度，使調壓器輸出的電壓能夠隨電容電壓的變化而變化；
5).調壓控制單元判斷充電電路中的充電電壓是否超出給定值的范圍，如果超出，如果超出，調壓器將停止調壓，讓電容兩端的電壓穩定在目標值。所述的步驟4)中調壓控制單元包括反饋量輸入模塊、PID控制器和目標值給定模塊，反饋量輸入模塊的輸入端與測量單元的輸出端相連，反饋量輸入模塊和目標值給定模塊的輸出端都與PID控制器的輸入端相連，PID控制器的輸出端控制連接調壓器，PID控制器具體的控制過程如下
a.PID控制器首先判斷充電電流反饋值與目標值的大小，若反饋值大于目標值，則按PI調節規律減小PID控制器的輸出頻率，若反饋值小于目標值，則按PI調節規律增大PID控制器的輸出頻率；
b.使調壓器根據PID控制器的輸出頻率控制調壓器的調壓速度，從而達到控制高壓電容器的充電電流，使充電電流限定在規定范圍之內。所述的充電回路中設置有限流電阻，用于對充電電流進行限流保護。所述的整流電路為三相高壓整流橋，由六個二極管兩兩串聯后并聯構成，兩兩串聯的二極管陰陽極相接，經過調壓器和升壓變壓器的三相高壓交流電源的三相接線端分別接入這三組兩兩串聯的二極管之間。所述的調壓器為感應式調壓器，該感應式調壓器的調壓執行機構為伺服電機，伺服電機由調壓控制單元控制連接，伺服電機根據PID控制器的輸出頻率旋轉，控制調壓器的調壓速度，達到控制電容充電電流的目的。本發明的有益效果是本發明通過使用調壓控制單元根據電容兩端的電壓及充電電流，實時控制調壓器的調壓速率，從而控制三相高壓整流橋的輸出電壓，達到控制高壓電容器的充電電流，使充電電流限定在規定范圍之內的目的。本裝置結構簡單、價格便宜，能夠實現快速、限壓和恒流的方式對高壓大電容進行充電。
圖I是電容器充電電路結構 圖2是本發明實施例中的高壓直流大電容充電裝置的結構 圖3是高壓直流大電容充電裝置中調壓控制單元的系統框 圖4是調壓控制單元中PID調節原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式
進行詳細描述。本發明的一種高壓直流大電容充電裝置的實施例· 如圖2所示，一種高壓直流大電容充電裝置包括調壓控制單元、調壓器、升壓變壓器T，三相高壓整流橋1，限流電阻R及電壓、電流測量單元，測量裝置的輸出端與調壓控制單元的輸入端相連，調壓控制單元的輸出端控制連接調壓器Tl，三相380V交流電經過調壓器Tl調壓，升壓變壓器T升壓后，再經過三相高壓整流橋1，三相高壓整流橋I的輸出端與充電電容相連，用于將三相高壓交流電源整流形成直流電源后給電容充電，測量裝置設置在三相高壓整流橋I與充電電容C之間的充電回路中，用于檢測充電回路的電流和電壓，限流電阻R設置在三相高壓整流橋I與充電電容C之間的充電回路中。三相高壓整流橋I由DfD6六個二極管兩兩串聯后并聯構成，每組兩兩串聯的二極管陰陽極相接，經過調壓器和升壓變壓器的三相高壓交流電源的三相接線端分別接入這三組兩兩串聯的二極管之間。調壓控制單元為一高速處理器，其具體結構如圖3所示，包括反饋量輸入模塊、PID控制器和目標值給定模塊，反饋量輸入模塊的輸入端與測量單元的輸出端相連，反饋量輸入模塊和目標值給定模塊的輸出端都與PID控制器的輸入端相連，PID控制器的輸出端控制連接調壓器，用于根據充電電容兩端的電壓及充電電流，實時控制調壓器的調壓速率。該高壓直流大電容充電裝置的工作原理如下
調壓控制單元中的反饋量輸入模塊實時接收來自測量裝置采集到的電壓、電流的反饋值，并將采集到的信息進行數字化處理后傳輸給PID控制器，PID控制器結合目標值給定模塊中給出的目標值進行邏輯運算，其控制過程如圖4所示，PID控制器首先判斷充電電流反饋值與目標值的大小，若反饋值大于目標值，則按PI調節規律減小PID控制器的輸出頻率f ;若反饋值小于目標值，則按PI調節規律增大PID控制器的輸出頻率f，頻率f控制伺服電機的旋轉速率，控制電動調壓器的調壓速度，從而達到控制高壓電容器的充電電流，使充電電流限定在規定范圍之內的目的。一旦充電電壓達到給定值范圍內，電動調壓器將停止調壓，讓高壓大電容兩端電壓穩定在目標值，至此完成整個充電過程。如果充電電壓高于給定值上限，那么控制裝置將會立即啟動停機命令，強迫充電裝置停機。本發明的一種高壓直流大電容充電方法的實施例
本發明的高壓直流大電容充電方法是通過利用調壓控制單元根據充電電容電壓及充電電流，實時控制調壓器的調壓速率，從而控制三相高壓整流橋的輸出電壓，達到控制高壓電容器的充電電流，使充電電流限定在規定范圍之內的目的，該方法的具體過程如下
I.將380V的交流電源通過調壓器調壓輸出給升壓變壓器。2.將經過升壓器升壓后的380V交流電源通過整流電路變換成直流電源給電容充電，這里的整流電路為三相高壓整流橋，由六個二極管兩兩串聯后并聯構成，兩兩串聯的二極管陰陽極相接，經過調壓器和升壓變壓器的三相高壓交流電源的三相接線端分別接入這三組兩兩串聯的二極管之間。3.電流測量單元和電壓測量單元分別實時采集充電電路中的充電電流和充電電壓，并將該充電電容和充電電壓反饋給調壓控制單元，調壓控制單元為一高速處理器，其具體結構如圖3所示，包括反饋量輸入模塊、PID控制器和目標值給定模塊，反饋量輸入模塊的輸入端與測量單元的輸出端相連，反饋量輸入模塊和目標值給定模塊的輸出端都與PID控制器的輸入端相連，PID控制器的輸出端控制連接調壓器，用于根據充電電容兩端的電壓及充電電流，實時控制調壓器的調壓速率。4.調壓控制單元中的PID控制器首先判斷充電電流反饋值與目標值的大小，若反饋值大于目標值，則按PI調節規律減小PID控制器的輸出頻率f ;若反饋值小于目標值，則按PI調節規律增大PID控制器的輸出頻率f，頻率f控制伺服電機的旋轉速率，控制電動調壓器的調壓速度，從而達到控制高壓電容器的充電電流，使充電電流限定在規定范圍之內·的目的。5.調壓控制單元判斷充電電路中的充電電壓是否超出給定值的范圍，如果超出，調壓器將停止調壓，讓電容兩端的電壓穩定在目標值，至此完成整個充電過程。
權利要求
1.一種高壓直流大電容充電裝置，其特征在于該大電容充電裝置包括調壓控制單元、調壓器、升壓變壓器、整流電路和測量單元，交流電源通過調壓器、升壓變壓器和整流電路變換成直流電源給電容充電，測量單元設置在充電回路中，用于檢測充電回路的電流和電壓，測量單元將測量到的充電回路的電流和電壓反饋給調壓控制單元，調壓控制單元用于電流值與目標值的大小關系，控制調壓器的調壓速度以及充電電路中的充電電壓控制調壓器是否工作。
2.根據權利要求I所述的高壓直流大電容充電裝置，其特征在于所述的調壓控制單元包括反饋量輸入模塊、PID控制器和目標值給定模塊，反饋量輸入模塊的輸入端與測量單元的輸出端相連，反饋量輸入模塊和目標值給定模塊的輸出端都與PID控制器的輸入端相連，PID控制器的輸出端控制連接調壓器，所述的PID控制器首先判斷充電電流反饋值與目標值的大小，若反饋值大于目標值，則按PI調節規律減小PID控制器的輸出頻率，若反饋值小于目標值，則按PI調節規律增大PID控制器的輸出頻率，使調壓器根據PID控制器的輸出頻率旋轉率，控制調壓器的調壓速度。
3.根據權利要求2所述的高壓直流大電容充電裝置，其特征在于所述的充電回路中設置有限流電阻，用于對充電電流進行限流保護。
4.根據權利要求2所述的高壓直流大電容充電裝置，其特征在于所述的整流電路為三相高壓整流橋，由六個二極管兩兩串聯后并聯構成，兩兩串聯的二極管陰陽極相接，經過調壓器和升壓變壓器的三相高壓交流電源的三相接線端分別接入這三組兩兩串聯的二極管之間。
5.根據權利要求2所述的高壓直流大電容充電裝置，其特征在于所述的調壓器為感應式調壓器，該感應式調壓器的調壓執行機構為伺服電機，伺服電機由PID控制器控制連接，伺服電機根據PID控制器的輸出頻率旋轉，控制調壓器的調壓速度，達到控制電容充電電流的目的。
6.一種高壓直流大電容充電方法，其特征在于該充電方法的步驟如下 O.將交流電源通過調壓器調壓輸出給升壓變壓器； 2).再將經過升壓器升壓后的交流電源通過整流電路變換成直流電源給電容充電； 3).實時采集充電電路中的充電電流和充電電壓，并將該充電電容和充電電壓反饋給調壓控制單元； 4).調壓控制單元根據充電電路中的電流值與目標值的大小關系，控制調壓器的調壓速度，使調壓器輸出的電壓能夠隨電容電壓的變化而變化； 5).調壓控制單元判斷充電電路中的充電電壓是否超出給定值的范圍，如果超出，如果超出，調壓器將停止調壓，讓電容兩端的電壓穩定在目標值。
7.根據權利要求6所述的高壓直流大電容充電方法，其特征在于所述的步驟4)中調壓控制單元包括反饋量輸入模塊、PID控制器和目標值給定模塊，反饋量輸入模塊的輸入端與測量單元的輸出端相連，反饋量輸入模塊和目標值給定模塊的輸出端都與PID控制器的輸入端相連，PID控制器的輸出端控制連接調壓器，PID控制器具體的控制過程如下 a.PID控制器首先判斷充電電流反饋值與目標值的大小，若反饋值大于目標值，則按PI調節規律減小PID控制器的輸出頻率，若反饋值小于目標值，則按PI調節規律增大PID控制器的輸出頻率；b.使調壓器根據PID控制器的輸出頻率控制調壓器的調壓速度，從而達到控制高壓電容器的充電電流，使充電電流限定在規定范圍之內。
8.根據權利要求7所述的高壓直流大電容充電方法，其特征在于所述的充電回路中設置有限流電阻，用于對充電電流進行限流保護。
9.根據權利要求7所述的高壓直流大電容充電方法，其特征在于所述的整流電路為三相高壓整流橋，由六個二極管兩兩串聯后并聯構成，兩兩串聯的二極管陰陽極相接，經過調壓器和升壓變壓器的三相高壓交流電源的三相接線端分別接入這三組兩兩串聯的二極管之間。
10.根據權利要求7所述的高壓直流大電容充電裝置，其特征在于所述的調壓器為感應式調壓器，該感應式調壓器的調壓執行機構為伺服電機，伺服電機由PID控制器控制連接，伺服電機根據PID控制器的輸出頻率旋轉，控制調壓器的調壓速度，達到控制電容充電電流的目的。
全文摘要
本發明涉及一種高壓直流大電容充電裝置及方法，該大電容充電裝置包括調壓控制單元、調壓器、升壓變壓器、整流電路和測量單元，測量單元的輸出端與調壓控制單元的輸入端相連，調壓控制單元控制連接調壓器，交流電源的三相接線端通過調壓器和升壓變壓器接入整流電路，整流電路的輸出端與充電電容相連，用于將三相高壓交流電源整流形成直流電源后給電容充電，測量裝置設置在整流電路與充電電容之間的充電回路中，用于檢測充電回路的電流和電壓。本發明通過使用調壓控制單元根據電容兩端的電壓及充電電流，實時控制調壓器的調壓速率，從而控制三相高壓整流橋的輸出電壓，達到控制高壓電容器的充電電流，使充電電流限定在規定范圍之內的目的。
文檔編號H02J15/00GK102790431SQ201210267289
公開日2012年11月21日 申請日期2012年7月31日 優先權日2012年7月31日
發明者何青連, 劉堃, 姚為正, 毛文喜, 洪波, 范彩云, 馬俊民, 黃永瑞 申請人:國家電網公司, 許繼集團有限公司