一种双向储能装置的预充电路的制作方法

本实用新型属于铁路系统储能与变流技术领域，具体涉及一种双向储能装置的预充电路。

背景技术：

目前大功率储能在牵引供电系统还是比较少，在大功率储能拓扑中，双向变流器和电网之间有接触器k1，大功率变流器中存在大容量的母线电容，如果变流器与电网连接的接触器直接闭合，闭合瞬间电网通过igbt的二极管整流给电容充电，会带来很大的冲击电流，容易造成igbt、电容、接触器的损坏。

专利申请“一种风力发电变流器软启充电电路”(公开号cn110429806a)只是对传统的预充电路做了改进，但是在铁路大功率的双向储能中存在缺陷，如在储能应用领域，母线电容都很大，在不同功率应用场合充电电阻不同、充电时间全靠充电电阻与母线电容的组合来决定，这种组合是不可控制的，在长时间软起的时候也容易烧坏充电电阻，使得系统的寿命和可靠性变差。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种双向储能装置的预充电路，解决了现有系统寿命和可靠性差的问题。

本实用新型所采用的技术方案是：一种双向储能装置的预充电路，包括左侧开关k，左侧开关k的一端依次连接有左侧滤波电感l、左侧变流器可控半导体开关器件igbt、变流器母线电容cdc、右侧变流器可控半导体开关器件igbt、右侧滤波电感l和右侧开关k，左侧变流器可控半导体开关器件igbt的集电极、右侧变流器可控半导体开关器件igbt的集电极和直流电源dc的正极均与变流器母线电容cdc的正极连接，左侧变流器可控半导体开关器件igbt的发射极、右侧变流器可控半导体开关器件igbt的发射极和直流电源dc的负极均与变流器母线电容cdc的负极连接；左侧开关k的另一端连接有可控硅整流桥q1，可控硅整流桥q1的一端与直流电源dc的正极连接，可控硅整流桥q1的另一端与直流电源dc的负极连接。

本实用新型的特点还在于，

左侧变流器可控半导体开关器件igbt由第一组igbt和第二组igbt组成，第一组igbt是由1号igbt的发射极和2号igbt的集电极相连而组成的串联结构，1号igbt的集电极与变流器母线电容cdc的正极连接，2号igbt的发射极与变流器母线电容cdc的负极连接；第二组igbt是由3号igbt的发射极和4号igbt的集电极相连而组成的串联结构，3号igbt的集电极与变流器母线电容cdc的正极连接，4号igbt的发射极与变流器母线电容cdc的负极连接。

左侧滤波电感l包括1号滤波电感l和2号滤波电感l，1号滤波电感l的一端与1号igbt的发射极连接，2号滤波电感l的一端与3号igbt的发射极连接。

左侧开关k包括1号开关k和2号开关k，1号开关k的一端与1号滤波电感l的另一端连接，1号开关k的另一端与电网1000v连接；2号开关k的一端与2号滤波电感l的另一端连接，2号开关k的另一端与电网1000v连接。

可控硅整流桥q1由第一组scr和第二组scr组成，第一组scr是由1号scr的阳极和2号scr的阴极连接而组成串联结构，1号scr的阳极与1号开关k相对1号滤波电感l的一端连接，第二组scr是由3号scr的阳极和4号scr的阴极连接而组成串联结构，3号scr的阳极与2号开关k相对2号滤波电感l的一端连接，1号scr的阴极和3号scr的阴极均与直流电源dc的正极连接，2号scr的阳极和4号scr的阳极均与直流电源dc的负极连接。

右侧变流器可控半导体开关器件igbt由第三组igbt和第四组igbt组成，第三组igbt是由5号igbt的发射极和6号igbt的集电极相连而组成的串联结构，5号igbt的集电极与变流器母线电容cdc的正极连接，6号igbt的发射极与变流器母线电容cdc的负极连接；第四组igbt是由7号igbt的发射极和8号igbt的集电极相连而组成的串联结构，7号igbt的集电极与变流器母线电容cdc的正极连接，8号igbt的发射极与变流器母线电容cdc的负极连接。

右侧滤波电感l包括3号滤波电感l和4号滤波电感l，3号滤波电感l的一端与7号igbt的发射极连接，4号滤波电感l的一端与5号igbt的发射极连接。

右侧开关k包括3号开关k和4号开关k，3号开关k的一端与3号滤波电感l的另一端连接，3号开关k的另一端与电网1000v连接；4号开关k的一端与4号滤波电感l的另一端连接，4号开关k的另一端与电网1000v连接。

本实用新型的有益效果是：本实用新型一种双向储能装置的预充电路，利用可控硅整流桥与双向变流器的母线电容连接，通过控制触发角的导通位置和导通时长，从而不需要充电电阻和充电接触器，减少系统的器件，使得系统的寿命和可靠性得到提升。触发角的导通时长控制预充时间，触发角的导通位置控制充电电流的幅值，减小了变流器对电网的冲击。

附图说明

图1是本实用新型一种双向储能装置的预充电路的结构示意图。

图中，1.2号开关k，2.2号滤波电感l，3.1号开关k，4.1号滤波电感l，5.变流器母线电容cdc，6.2号scr，7.4号scr，8.1号scr，9.3号scr，10.1号igbt，11.3号igbt，12.2号igbt，13.4号igbt，14.5号igbt，15.7号igbt，16.6号igbt，17.8号igbt，18.3号滤波电感l，19.3号开关k，20.4号开关k，21.4号滤波电感l。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型提供了一种双向储能装置的预充电路，如图1所示，包括左侧开关k，左侧开关k的一端依次连接有左侧滤波电感l、左侧变流器可控半导体开关器件igbt、变流器母线电容cdc5、右侧变流器可控半导体开关器件igbt、右侧滤波电感l和右侧开关k，左侧变流器可控半导体开关器件igbt的集电极、右侧变流器可控半导体开关器件igbt的集电极和直流电源dc的正极均与变流器母线电容cdc5的正极连接，左侧变流器可控半导体开关器件igbt的发射极、右侧变流器可控半导体开关器件igbt的发射极和直流电源dc的负极均与变流器母线电容cdc5的负极连接；左侧开关k的另一端连接有可控硅整流桥q1，可控硅整流桥q1的一端与直流电源dc的正极连接，可控硅整流桥q1的另一端与直流电源dc的负极连接。

左侧变流器可控半导体开关器件igbt由第一组igbt和第二组igbt组成，第一组igbt是由1号igbt10的发射极和2号igbt12的集电极相连而组成的串联结构，1号igbt10的集电极与变流器母线电容cdc5的正极连接，2号igbt12的发射极与变流器母线电容cdc5的负极连接；第二组igbt是由3号igbt11的发射极和4号igbt13的集电极相连而组成的串联结构，3号igbt11的集电极与变流器母线电容cdc5的正极连接，4号igbt13的发射极与变流器母线电容cdc5的负极连接。左侧滤波电感l包括1号滤波电感l4和2号滤波电感l2，1号滤波电感l4的一端与1号igbt10的发射极连接，2号滤波电感l2的一端与3号igbt11的发射极连接。左侧开关k包括1号开关k3和2号开关k1，1号开关k3的一端与1号滤波电感l4的另一端连接，1号开关k3的另一端与电网1000v连接；2号开关k1的一端与2号滤波电感l2的另一端连接，2号开关k1的另一端与电网1000v连接。

可控硅整流桥q1由第一组scr和第二组scr组成，第一组scr是由1号scr8的阳极和2号scr6的阴极连接而组成串联结构，1号scr8的阳极与1号开关k3相对1号滤波电感l4的一端连接，第二组scr是由3号scr9的阳极和4号scr7的阴极连接而组成串联结构，3号scr9的阳极与2号开关k1相对2号滤波电感l2的一端连接，1号scr8的阴极和3号scr9的阴极均与直流电源dc的正极连接，2号scr6的阳极和4号scr7的阳极均与直流电源dc的负极连接。

右侧变流器可控半导体开关器件igbt由第三组igbt和第四组igbt组成，第三组igbt是由5号igbt14的发射极和6号igbt16的集电极相连而组成的串联结构，5号igbt14的集电极与变流器母线电容cdc5的正极连接，6号igbt16的发射极与变流器母线电容cdc5的负极连接；第四组igbt是由7号igbt15的发射极和8号igbt17的集电极相连而组成的串联结构，7号igbt15的集电极与变流器母线电容cdc5的正极连接，8号igbt17的发射极与变流器母线电容cdc5的负极连接。右侧滤波电感l包括3号滤波电感l18和4号滤波电感l21，3号滤波电感l18的一端与7号igbt15的发射极连接，4号滤波电感l21的一端与5号igbt14的发射极连接。右侧开关k包括3号开关k19和4号开关k20，3号开关k19的一端与3号滤波电感l18的另一端连接，3号开关k19的另一端与电网1000v连接；4号开关k20的一端与4号滤波电感l21的另一端连接，4号开关k20的另一端与电网1000v连接。

工作时，先断开2号开关k1、1号开关k3、3号开关k19和4号开关k20，1号scr8、3号scr9、2号scr6和4号scr7都处于关断状态。检测变流器母线电容cdc5两端的电压是否到达软起电压，如果未到达，则逐渐的增大1号scr8、3号scr9、2号scr6和4号scr7的触发角，角度增加的步长和导通时间根据电容的大小来确定。当检测变流器母线电容cdc5两端的电压到达预充完成电压时，则闭合2号开关k1和1号开关k3，关断1号scr8、3号scr9、2号scr6和4号scr7的触发角，闭合3号开关k19和4号开关k20完成系统的软起。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

(1)本实用新型一种双向储能装置的预充电路比现有技术减少了充电软起电阻和充电软起接触器，降低了系统的成本。

(2)本实用新型一种双向储能装置的预充电路只需要控制可控硅scr的导通角即可控制软启电流的幅值，而现有技术软启电流的幅值完全依靠软启电阻的阻值来决定。

(3)如果双向储能变流器的电容出现故障，现有技术在系统上电软启的过程长时间不能到达预充电压，软启电阻一直处于导通发热状态，则会损坏软启电阻和软启接触器；而本实用新型是根据预充电压来调整可控硅scr的导通角和导通时间，如果在软启过程出现预定时间不能到达预充电压，则可以关闭可控硅导通角，降低了系统故障的可能性。

(4)双向储能变流器是模块的设计，如果系统需要增加功率模块和电容，现有技术就需要重新更换软启电阻和软启接触器；而本实用新型只要减小可控硅scr的导通角就可以解决增加功率模块和电容的问题，给系统扩容带来方便。

通过上述方式，本实用新型一种双向储能装置的预充电路，利用可控硅整流桥与双向变流器的母线电容连接，通过控制触发角的导通位置和导通时长，从而不需要充电电阻和充电接触器，减少系统的器件，使得系统的寿命和可靠性得到提升。触发角的导通时长控制预充时间，触发角的导通位置控制充电电流的幅值，减小了变流器对电网的冲击。