一种电源复合取能电路及静止同步串联补偿装置的制作方法

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种电源复合取能电路及静止同步串联补偿装置。

背景技术：

随着电力电子技术和电力系统的快速发展，电力设备或电子电路越来越智能化，其中，电源供电设备是电网中重要设备之一，为了满足不同电力设备或输电线路的供电需求，电源取能装置或电源取能电路在输电系统中也发挥着重要作用。

传统的电源取能装置通常为电子式互感器和电力电子变压器，其中，电子式互感器是智能化电力系统关键的设备之一，可以给待测设备提供电能，但由于电力系统的负荷波动，线圈式取能装置如果要满足很宽的待测设备电流变化范围，就需要将线圈的尺寸加大，这使得线圈式取能装置的尺寸比较大，而功率模块的外送能方式为传统换流阀取能方式，就是利用上述中的电力电子变压器进行取能，但其绝缘设计难度大，且将大幅度降低换流阀功率密度。

因此，可控电源取能装置慢慢涌入市场，其属于控制电流变化的电流取能互感器，通过微处理器根据感应电流大小，为待取能电路或待取能负载供电，虽然待取能电路或待取能负载在启动过程中，对待取能电路或待取能负载的影响不大，但是由于待取能电路或待取能负载在正常工作期间，难免会出现电路电压波动较大，就很容易导致过电压现象，利用上述中的电流取能互感器将无法正常取能，并且仅仅通过微处理器根据感应电流大小，为待取能电路或待取能负载供电，该取能方式也较为单一。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种电源复合取能电路，以解决现有技术中的电源取能装置，容易出现过电压现象以及取能方式较为单一的问题。

根据第一方面，本发明实施例提供了一种电源复合取能电路，包括：

取能电源；

电流取能互感器，其包括主绕组、辅助绕组和取能绕组，分别与所述取能电源连接；

第一泄放电阻，与所述辅助绕组连接；

第二泄放电阻，与所述取能绕组连接；

可控开关器件，分别与所述辅助绕组和所述第一泄放电阻连接；

开关互锁电路，分别与所述取能绕组和所述第二泄放电阻连接；

电源接口，分别与所述开关互锁电路和所述可控开关器件；

电源充电模块，与所述第二泄放电阻、所述开关互锁电路和所述电源接口连接；

第一直流电压隔离模块，与所述电源充电模块连接；

第二直流电压隔离模块，通过所述电源接口与所述可控开关器件连接；

电源放电模块，与所述第一直流电压隔离模块连接。

结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，所述的电源复合取能电路，还包括：整流桥电路，分别与所述取能绕组、所述第二泄放电阻和所述开关互锁电路连接。

结合第一方面，在第一方面第二实施方式中，所述的电源复合取能电路，还包括：电源稳压电路，分别与所述第一直流电压隔离模块和所述第二直流电压隔离模块连接。

结合第一方面第二实施方式，在第一方面第三实施方式中，所述电源稳压电路包括：稳压电容、第一稳压二极管和第二稳压二极管。

结合第一方面第二实施方式，在第一方面第四实施方式中，所述电源稳压电路、所述电源放电模块、所述第一直流电压隔离模块、所述第二直流电压隔离模块、所述电源充电模块、所述电源接口、所述开关互锁电路、所述可控开关器件、所述第一泄放电阻和所述第二泄放电阻、所述整流桥电路构成电压取能电路。

结合第一方面，在第一方面第五实施方式中，所述的电源复合取能电路，还包括：隔离电容，所述隔离电容与所述第二直流电压隔离模块连接。

结合第一方面，在第一方方面第六实施方式中，所述开关互锁电路包括：第一继电器和第二继电器，所述第一继电器和所述第二继电器连接。

结合第一方面，在第一方面第七实施方式中，所述电源充电模块包括：充电电容。

结合第一方面，在第一方面第八实施方式中，所述放电模块包括：放电电容。

根据第二方面，本发明实施例提供一种静止同步串联补偿装置，包括：

第一方面或第一方面任一实施方式中所述的电源复合取能电路；

静止同步串联补偿器，与所述电源复合取能电路连接；

串联变压器，其一次侧与输电线路连接，其二次侧与静止同步串联补偿器连接。

本发明实施例技术方案，具有如下优点：

本发明提供一种电源复合取能电路及静止同步串联补偿装置，其中电源复合取能电路包括：取能电源；电流取能互感器，其包括主绕组、辅助绕组和取能绕组，分别与取能电源连接；第一泄放电阻，与辅助绕组连接；第二泄放电阻，与取能绕组连接，可控开关器件，分别与辅助绕组和第一泄放电阻连接，开关互锁电路，分别与取能绕组和第二泄放电阻连接；电源接口，分别与开关互锁电路和可控开关器件；电源充电模块，与第二泄放电阻、开关互锁电路和电源接口连接；第一直流电压隔离模块，与电源充电模块连接；第二直流电压隔离模块，通过电源接口与可控开关器件连接；电源放电模块，与第一直流电压隔离模块连接。本发明通过上述电路结构可以提供电压、电流两种不同的复合取能方式，实现在电流与电压之间自动平滑切换，避免过电压现象发生，确保电路安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中的电源复合取能电路的电路结构框图；

图2为本发明实施例中电流取能互感器的具体结构示意图；

图3本发明实施例中的电源复合取能电路的电路原理图；

图4为本发明实施例中电源复合取能电路的另一电路原理图；

图5为本发明实施例中静止同步串联补偿装置的电路结构示意图。

附图标记：

1-取能电源；2-电流取能互感器；3-第一泄放电阻；4-第二泄放电阻；

5-可控开关器件；6-开关互锁电路；7-电源接口；8-电源充电模块；

9-第二直流电压隔离模块；10-第二直流电压隔离模块；

11-电源放电模块；12-待取能设备；13-整流桥电路；

14-电源稳压电路；15-隔离电容；16-串联变压器；

17-静止同步串联补偿器；18-输电线路；30-电源复合取能电路。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明实施例提供了一种电源复合取能电路，如图1所示，包括：取能电源1、电流取能互感器2、第一泄放电阻3、第二泄放电阻4、可控开关器件5、开关互锁电路6、电源接口7、电源充电模块8、第一直流电压隔离模块9、第二直流电压隔离模块10和电源放电模块11。

其中，取能电源1，主要用于提供输出电能。该取能电源1可以与待取能设备12连接，用于给待取能设备12提供输出电能。在图1中，例如：待取能设备12可以为功率控制单元，该功率控制单元可以是静止同步串联补偿器(简称sssc)。

在图2中，电流取能互感器2，其包括主绕组21、辅助绕组22和取能绕组23，分别与取能电源1连接。如图2所示，该电流取能互感器2由共铁芯的三个绕组构成，分别为主绕组21，取能绕组23，以及辅助绕组22构成，其中主绕组21匝数为n1，取能绕组23匝数为n2，辅助绕组22匝数为n3。其中，主绕组21通常用于串入静止同步串联补偿器(sssc)的主回路中，为电流取能互感器2提供主磁通，进而取能绕组23根据主绕组21电流大小成比例吸收有功功率，当取能绕组23取能较大时，辅助绕组22中可控开关器件t1闭合，消耗主绕组21的有功功率，当取能绕组23取能不足时，辅助绕组22的可控开关器件t1打开，增大主绕组21端口电压，进而使得取能绕组23端口电压升高，增大取能功率。在图2中，取能绕组23用于与电压取能电路b连接。本实施例中的电流取能互感器2可以提供宽范围的电流取能。图2为示意电流取能互感器2的具体结构，在图2中，电流取能互感器2还包括铜排a。

在图1或图3中，第一泄放电阻3，与辅助绕组22连接，该第一泄放电阻3在图2和图3中为电阻r1，与取能绕组23连接，用于泄放辅助绕组22的剩余能量。

在图1或图3中，第二泄放电阻4，与取能绕组23连接，该第二泄放电阻4在图3中为电阻r2，与取能绕组23连接，用于泄放取能绕组23的剩余能量。

可控开关器件5，分别与辅助绕组22和第一泄放电阻3连接，该可控开关器件5在图2中是由两个反并联连接的二极管构成，在图2和图3中，可控开关器件5为t1，可控开关器件5用于导通或关断辅助绕组22。

在图1或图3中，开关互锁电路6，分别与取能绕组23和第二泄放电阻4连接；在一具体实施例中，该开关互锁电路6包括第一继电器和第二继电器，在图3中，第一继电器为k2，第二继电器为k3，第一继电器为常开继电器，第二继电器为常闭继电器，这两个继电器相互连接，在电路起互锁作用。

在图1或图3中，电源接口7，分别与开关互锁电路6和可控开关器件5连接；在图3中，电源接口7为h1,分别包括正+接线口和负接线口-,正+接线口为vdc_in，负接线口为vdc_ref。电源接口7为了接通电路，在图3中，电源接口7的正+接线口vdc_in与开关互锁电路6中第二继电器k3连接。

在图1或图3中，电源充电模块8，与第二泄放电阻4、开关互锁电路6和电源接口7连接；在一具体实施例中，电源充电模块8包括充电电容，在图3中，充电电容为电容c1，充电电容c1的一端与第二泄放电阻4(r2)的一端连接，充电电容c1的另一端分别与开关互锁电路6的第二继电器k3的一端和电源接口7的正+接线口为vdc_in连接。

第一直流电压隔离模块9，与电源充电模块8连接；在一具体实施例中，第一直流电压隔离模块9包括：第一直流电压源，该第一直流电压源通常为dc/dc模块，第二直流电压隔离模块10包括：第二直流电压源，该第二直流电压源也通常为dc/dc模块。在图3中，第一直流电压隔离模块9与充电电容c1并联连接。

在一具体实施例中，本发明实施例中的电源复合取能电路，还包括：隔离电容15，在图3中，隔离电容15为c3，其与直流电压隔离模块10并联连接。

在图1中，第二直流电压隔离模块10，通过电源接口7与可控开关器件5连接；在图3中，第二直流电压隔离模块10的正输入端dc+与电源接口7的正+接线口vdc_in连接，其负输入端dc-与电源接口7的负接线口vdc_ref连接。

电源放电模块11，与第一直流电压隔离模块9连接。在一具体实施例中，电源放电模块11包括放电电容，在图3中，放电电容为c2。

在一具体实施例中，本发明实施例中的电源复合取能电路，还包括：电源稳压电路14，在图1或图3中，分别与第一直流电压隔离模块9和第二直流电压隔离模块10连接。具体地，电源稳压电路14包括：稳压电容、第一稳压二极管和第二稳压二极管。在图3中，稳压电容为c4、第一稳压二极管为d2、第二稳压二极管为d3，第一稳压二极管为d2与第二稳压二极管为d3连接后与稳压电容c4并联连接，在稳压电容c4两端的输出电压为vdc_out1。本实施例中的电源稳压电路14主要起稳压作用。

在一具体实施例中，本发明实施例中的电源复合取能电路还包括：整流桥电路13，在图1或图3中，整流桥电路13分别与取能绕组23、第二泄放电阻4和开关互锁电路6连接。该整流桥电路13通常由四个首尾相连的整流二极管构成桥式整流电路，在图3中，整流桥电路13分别与取能绕组23(n1)的两接线端连接，同时还与第二泄放电阻4(r2)以及开关互锁电路6中第一继电器k2连接。在本实施例中，整流桥电路13主要起电压整流作用。

电源稳压电路14、电源放电模块11、第一直流电压隔离模块9、第二直流电压隔离模块10、电源充电模块8、电源接口7、开关互锁电路6、可控开关器件5、第一泄放电阻3和第二泄放电阻4、整流桥电路13可以构成电压取能电路b。因此，取能电源1、电流取能互感器2与电压取能电路b构成了本实施例中的电源复合取能电路，不但可以实现电流取能，而且还可以实现电压取能,满足取能的多样性。

具体地，本发明实施例中的电源复合取能电路的具体工作原理如下：

在图3中，当待取能设备12处于启动状态下或被旁路时，电流取能互感器2的取能绕组23经过整流桥电路13为充电电容c1充电，当取能绕组23电能充裕时，充电电容c1两端的输入电压vdc_in高于一定阀值后，开关互锁电路6中第一继电器k2闭合，第二继电器k3关断，此时，充电电容c1为放电电容c2放电，当充电电容c1电压低于一定阀值时，开关互锁电路6中第一继电器k2关断，第二继电器k3闭合，取能绕组23为充电电容c1充电。

当取能绕组23的能量过低导致充电电容c1的电压vdc_in降低时，可控开关器件5(t1)关断，从而产生较大的开路电压，使得取能绕组23两端电压升高，从而为充电电容c1充电。当取能绕组23电能充足时，可控开关器件5(t1)保持导通，此时辅助绕组22通过第一泄放电阻r1、取能绕组23通过第二泄放电阻r2消耗剩余能量。因此，当待取能设备12处于启动状态下或被旁路时，可以通过电流取能互感器2进行电流取能。

如图4所示，为本发明实施例中电源复合取能电路通过电流取能互感器2与取能电源1构成的电路示意图。在图4中，待取能设备12可以为静止同步串联补偿器，t1为可控开关器件5，r1为第一泄放电阻3，r2为第二泄放电阻，c1为充电电容，c2放电电容，t2、t3、t4、t5构成换流模块，可以实现电流取能和电压取能。

当待取能设备12处于正常工作状态下，在图3中，第一直流电压隔离模块9和第二直流电压隔离模块10的直流电压建立后，取能电源1可通过第二直流电压模块中的dc/dc模块与隔离电容15取能，其电压值为vdc_out2，当输出电压vdc_out2大于vdc_out1，进而本实施例中的电源复合电路的输出由电流取能自动切换至直流电压取能。

当本发明实施例中的电源复合取能电路从电流取能切换至电压取能后，电流取能部分输出电压低于电压取能部分输出电压，因此，电流取能停止工作。因此，待取能设备12启动过程平滑可控，避免了不控整流充电可能带来的过电压危害。并且，电压、电流取能在该待取能设备12启动及正常工作过程中仍可以灵活切换，保证在退出待取能设备12随时处于受控状态。

实施例2

本发明实施例提供一种静止同步串联补偿装置，如图5所示，包括：

实施例1中的电源复合取能电路30、静止同步串联补偿器17和串联变压器16；

其中，静止同步串联补偿器17与电源复合取能电路30连接，串联变压器16的一次侧与输电线路18连接，串联变压器16的二次侧与静止同步串联补偿器17连接。

其中，静止同步串联补偿器17属于功率控制模块，简称sssc，静止同步串联补偿器17是一种串联于电力线路的潮流调节控制器，不同于并联型静止同步补偿器(简称statcom)，静止同步串联补偿器17工作于电流源模式，其电流大小取决于线路潮流。静止同步串联补偿器17在启动时通常不存在不控整流充电环节，静止同步串联补偿器17直流电压建立需要经过pwm控制。因此，静止同步串联补偿器17通常采用外送能方式，静止同步串联补偿器17与电源复合取能电路30连接可以实现从电流至电压取能的平滑切换。

具体地，在图5中，静止同步串联补偿器17通过串联变压器16接入高压的输电线路18中，通过改变串联变压器16两端电压实现线路潮流控制。在图5中，静止同步串联补偿器17的主回路电流由线路电流、变压器参数共同决定。由于静止同步串联补偿器17串联于电力系统的输电线路18间，因此，可以认为静止同步串联补偿器17工作在电流源模式下。静止同步串联补偿器17的工作原理以及电压-电流的电源复合取能电路30的连接示意图如图4所示，在图4中，待取能设备12相当于静止同步串联补偿器17。

在图4中，电源复合取能电路30由电流取能互感器2、取能电源1与电压取能电路共同构成，最终可以实现直流电压、线路电流的取能与切换。

本发明实施例中的静止同步串联补偿装置，当静止同步串联补偿器17启动或被旁路时，静止同步串联补偿器17通过流过线路电流进行取能。当静止同步串联补偿器17正常运行时，由于电源复合取能电路30中的隔离电容15两端的电压被建立，因此，当静止同步串联补偿器17的电容电压到达一定值时，电源复合取能电路30的功率输入自动切换至直流电容电压。该电源复合取能电路30可保证静止同步串联补偿器17在任何工况下取能正常，保证静止同步串联补偿器17的状态可实时监测。利用电压-电流复合取能的电源复合取能电路30可以实现静止同步串联补偿器17的平滑无缝启动，避免直流母线电压在静止同步串联补偿器17的启动过程中出现过压现象，并且，可以根据不同需求，提供两种不同的复合取能方式。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。