一种高压大功率高精度电源的制作方法

1.本发明涉及电源设计领域，更具体涉及一种高压大功率高精度电源。


背景技术：

2.风电/光伏并网电源在进行测试时，为了测试并网逆变器thd(总谐波失真)、零穿数据等，一般均使用电网模拟器作为模拟电网，与光伏并网逆变器连接对其进行测试，由于目前光伏并网逆变器功率等级越来越大，并网电压越来越高，为了尽量满足真实模拟电网情况，一般需要电网模拟器的直接并网电压为6kv/10kv以上。
3.对于6kv/10kv以上的并网电压，现有方式基本上通过低压电网模拟电网电源+变压器升压方式实现，此种方式由于输出有一个较大的变压器，在输出电压快速变化时，容易出现因浪涌电流导致输出电压畸变，从而导致一些快速电压变化等场景无法满足要求。中国专利公开号cn102013694a公开了基于mmc的无变压器风力发电并网拓扑结构，其输出通过功率单元多级级联方式，输出电压串联形成高压，输出端没有变压器，在输出电压快速变化时不会出现电压畸变，满足高压快速电压变化场景。但是其功率单元多级级联方式固定，功率单元个数确定以后电压固定，不能灵活的调整输出电压，适用范围窄。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题在于现有技术高压大功率高精度电源级联方式固定，功率单元个数确定以后电压固定，不能灵活的调整输出电压，适用范围窄的问题。
5.本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种高压大功率高精度电源，包括隔离变压器以及多个功率单元，多个功率单元结构相同，分为第一功率单元至第三功率单元，所述隔离变压器的原边与市电连接，副边包括n组绕组，每组绕组包括3个绕组，n大于等于1，隔离变压器的副边第1+3m组绕组与第一功率单元连接，隔离变压器的副边第2+3m组绕组与第二功率单元连接，隔离变压器的副边第3+3m组绕组与第三功率单元连接，0≤m＜n；所有的第一功率单元顺序级联并输出a相电压，所有的第二功率单元顺序级联并输出b相电压，所有的第三功率单元顺序级联并输出c相电压。
6.有益效果：本发明根据隔离变压器的原边和副边的绕组变比以及输出电压等级，灵活调整接入的功率单元的个数，从而得到不同的输出电压值，并且能够根据需要串联相同的两组或者三组功率单元，从而实现ab两相输出或者abc三相输出，能灵活的调整输出电压，适用于不同的电压等级的需要以及适用于两相或者三相电的需求，适用范围广。
7.进一步地，所述功率单元包括三相pwm整流电路、cr滤波器以及h4逆变电路，所述三相pwm整流电路、cr滤波器以及h4逆变电路顺序连接，三相pwm整流电路的三相输入端分别与隔离变压器的副边的三个绕组连接。
8.更进一步地，所述功率单元的级联方式为第一个功率单元的h4逆变电路的一个桥臂作为输出端的一端，另一个桥臂与下一个功率单元的h4逆变电路的一个桥臂连接，该h4逆变电路的另一个桥臂再与下一级功率单元的h4逆变电路的一个桥臂连接，按照此方式顺
次级联，最后一个功率单元的h4逆变电路的没有参与级联的桥臂作为输出端的另一端。
9.更进一步地，所述高压大功率高精度电源还包括lc滤波器，所述lc滤波器包括电感和电容，电感的一端与第一个功率单元的h4逆变电路的一个桥臂连接，电感的另一端作为输出端的一端并且与电容的一端连接，电容的另一端与最后一个功率单元的h4逆变电路的没有参与级联的桥臂连接，电容的另一端作为输出端的另一端。
10.更进一步地，所述三相pwm整流电路包括mos管q1至mos管q6，所述mos管q1的漏极与mos管q2的源极连接，mos管q3的漏极与mos管q4的源极连接，mos管q5的漏极与mos管q6的源极连接，mos管q1的源极、mos管q3的源极以及mos管q5的源极连接，mos管q2的漏极、mos管q4的漏极以及mos管q6的漏极连接；mos管q1的漏极、mos管q3的漏极以及mos管q5的漏极分别与隔离变压器的副边的三个绕组连接。
11.更进一步地，所述cr滤波器包括电容c和电阻r，所述电容c的一端以及电阻r的一端与mos管q5的源极连接，电容c的另一端以及电阻r的另一端与mos管q5的漏极连接。
12.更进一步地，所述h4逆变电路包括mos管q7至mos管q10，mos管q7的漏极与mos管q8的源极连接，mos管q9的漏极与mos管q10的源极连接，mos管q7的源极以及mos管q9的源极连接并与电阻r的一端连接，mos管q8的漏极以及mos管q10的漏极连接并与电阻r的另一端连接。
13.本发明的优点在于：
14.(1)本发明根据隔离变压器的原边和副边的绕组变比以及输出电压等级，灵活调整接入的功率单元的个数，从而得到不同的输出电压值，并且能够根据需要串联相同的两组或者三组功率单元，从而实现ab两相输出或者abc三相输出，能灵活的调整输出电压，适用于不同的电压等级的需要以及适用于两相或者三相电的需求，适用范围广。
15.(2)本发明功率单元包括三相pwm整流电路以及h4逆变电路，通过三相pwm整流以后将交流变成直流，然后直流输入到h4逆变电路以后转换成两相交流，反过来，两相交流电通过h4逆变电路转换成直流，直流经过三相pwm整流电路以后又转换为三相交流电，从而能够实现能量的双向流动，从而电路正向和逆向都可使用，根据实际需要进行选择。
16.(3)本发明功率单元设置cr滤波器，能够滤除电网的高频干扰，所有功率单元的级联输出端设置lc滤波器，滤除输出端的信号干扰，从而整个设备能够输出稳定的正弦信号。
17.(4)现有技术在实现高电压时，采用输出外接升压变压器方式，导致浪涌电流过大，输出电压畸变，同时外置升压变压器，成本体积都有较大的的浪费，本发明采用功率单元级联的方式实现高压，取消输出升压变压器，得到响应速度更快，电能质量更好，同时成本和体积都较小，具有结构简单，方便扩容等优点。
附图说明
18.图1为本发明实施例所公开的一种高压大功率高精度电源的原理框图；
19.图2为本发明实施例所公开的一种高压大功率高精度电源中功率单元的原理示意图；
20.图3为本发明实施例所公开的一种高压大功率高精度电源中功率单元级联的原理示意图。
具体实施方式
21.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，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，本领域普通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。
22.如图1所示，一种高压大功率高精度电源，包括隔离变压器以及多个功率单元，多个功率单元结构相同，分为第一功率单元至第三功率单元，图1中a1至a10为10个第一功率单元，b1至b10为10个第二功率单元，c1至c10为10个第三功率单元，第一功率单元至第三功率单元结构完全相同，只是为了区分一下不同相，所以采用第一、第二、第三的方式加以区分。
23.继续参阅图1，所述隔离变压器的原边与市电连接，副边包括n组绕组，每组绕组包括3个绕组，n大于等于1，隔离变压器的副边第1+3m组绕组与第一功率单元连接也即图1中隔离变压器的副边第1组绕组与功率单元a1连接，隔离变压器的副边第4组绕组与功率单元a2连接，以此规律，直至隔离变压器的副边第28组绕组与功率单元a10连接；隔离变压器的副边第2+3m组绕组与第二功率单元连接也即图1中隔离变压器的副边第2组绕组与功率单元b1连接，隔离变压器的副边第5组绕组与功率单元b2连接，以此规律，直至隔离变压器的副边第29组绕组与功率单元b10连接；隔离变压器的副边第3+3m组绕组与第三功率单元连接，0≤m＜n，也即图1中隔离变压器的副边第3组绕组与功率单元c1连接，隔离变压器的副边第6组绕组与功率单元c2连接，以此规律，直至隔离变压器的副边第30组绕组与功率单元c10连接；所有的第一功率单元顺序级联并输出a相电压，所有的第二功率单元顺序级联并输出b相电压，所有的第三功率单元顺序级联并输出c相电压，本实施例中，功率单元a1至功率单元a10级联并输出a相电压，功率单元b1至功率单元b10级联并输出b相电压,功率单元c1至功率单元c10级联并输出c相电压。
24.如图2所示，所述功率单元包括三相pwm整流电路、cr滤波器以及h4逆变电路，所述三相pwm整流电路、cr滤波器以及h4逆变电路顺序连接，三相pwm整流电路的三相输入端分别与隔离变压器的副边的三个绕组连接。通过三相pwm整流以后将交流变成直流，然后直流输入到h4逆变电路以后转换成两相交流，反过来，两相交流电通过h4逆变电路转换成直流，直流经过三相pwm整流电路以后又转换为三相交流电，从而能够实现能量的双向流动，从而电路正向和逆向都可使用，根据实际需要进行选择。
25.继续参阅图2，所述三相pwm整流电路包括mos管q1至mos管q6，所述mos管q1的漏极与mos管q2的源极连接，mos管q3的漏极与mos管q4的源极连接，mos管q5的漏极与mos管q6的源极连接，mos管q1的源极、mos管q3的源极以及mos管q5的源极连接，mos管q2的漏极、mos管q4的漏极以及mos管q6的漏极连接；mos管q1的漏极、mos管q3的漏极以及mos管q5的漏极分别与隔离变压器的副边的三个绕组连接。
26.继续参阅图2，所述cr滤波器包括电容c和电阻r，所述电容c的一端以及电阻r的一端与mos管q5的源极连接，电容c的另一端以及电阻r的另一端与mos管q5的漏极连接。设置cr滤波器，能够滤除电网的高频干扰。
27.继续参阅图2，所述h4逆变电路包括mos管q7至mos管q10，mos管q7的漏极与mos管q8的源极连接，mos管q9的漏极与mos管q10的源极连接，mos管q7的源极以及mos管q9的源极
连接并与电阻r的一端连接，mos管q8的漏极以及mos管q10的漏极连接并与电阻r的另一端连接。
28.如图3所示，所述功率单元的级联方式为第一个功率单元的h4逆变电路的一个桥臂作为输出端的一端，另一个桥臂与下一个功率单元的h4逆变电路的一个桥臂连接，该h4逆变电路的另一个桥臂再与下一级功率单元的h4逆变电路的一个桥臂连接，按照此方式顺次级联，最后一个功率单元的h4逆变电路的没有参与级联的桥臂作为输出端的另一端。
29.继续参阅图3，所述高压大功率高精度电源还包括lc滤波器，所述lc滤波器包括电感和电容，电感的一端与第一个功率单元的h4逆变电路的一个桥臂连接，电感的另一端作为输出端的一端并且与电容的一端连接，电容的另一端与最后一个功率单元的h4逆变电路的没有参与级联的桥臂连接，电容的另一端作为输出端的另一端。所有功率单元的级联输出端设置lc滤波器，滤除输出端的信号干扰，从而整个设备能够输出稳定的正弦信号。
30.通过以上技术方案，本发明根据隔离变压器的原边和副边的绕组变比以及输出电压等级，灵活调整接入的功率单元的个数，从而得到不同的输出电压值，并且能够根据需要串联相同的两组或者三组功率单元，从而实现ab两相输出或者abc三相输出，能灵活的调整输出电压，适用于不同的电压等级的需要以及适用于两相或者三相电的需求，适用范围广。
31.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种高压大功率高精度电源，其特征在于，包括隔离变压器以及多个功率单元，多个功率单元结构相同，分为第一功率单元至第三功率单元，所述隔离变压器的原边与市电连接，副边包括n组绕组，每组绕组包括3个绕组，n大于等于1，隔离变压器的副边第1+3m组绕组与第一功率单元连接，隔离变压器的副边第2+3m组绕组与第二功率单元连接，隔离变压器的副边第3+3m组绕组与第三功率单元连接，0≤m＜n；所有的第一功率单元顺序级联并输出a相电压，所有的第二功率单元顺序级联并输出b相电压，所有的第三功率单元顺序级联并输出c相电压。2.根据权利要求1所述的一种高压大功率高精度电源，其特征在于，所述功率单元包括三相pwm整流电路、cr滤波器以及h4逆变电路，所述三相pwm整流电路、cr滤波器以及h4逆变电路顺序连接，三相pwm整流电路的三相输入端分别与隔离变压器的副边的三个绕组连接。3.根据权利要求2所述的一种高压大功率高精度电源，其特征在于，所述功率单元的级联方式为第一个功率单元的h4逆变电路的一个桥臂作为输出端的一端，另一个桥臂与下一个功率单元的h4逆变电路的一个桥臂连接，该h4逆变电路的另一个桥臂再与下一级功率单元的h4逆变电路的一个桥臂连接，按照此方式顺次级联，最后一个功率单元的h4逆变电路的没有参与级联的桥臂作为输出端的另一端。4.根据权利要求3所述的一种高压大功率高精度电源，其特征在于，还包括lc滤波器，所述lc滤波器包括电感和电容，电感的一端与第一个功率单元的h4逆变电路的一个桥臂连接，电感的另一端作为输出端的一端并且与电容的一端连接，电容的另一端与最后一个功率单元的h4逆变电路的没有参与级联的桥臂连接，电容的另一端作为输出端的另一端。5.根据权利要求3所述的一种高压大功率高精度电源，其特征在于，所述三相pwm整流电路包括mos管q1至mos管q6，所述mos管q1的漏极与mos管q2的源极连接，mos管q3的漏极与mos管q4的源极连接，mos管q5的漏极与mos管q6的源极连接，mos管q1的源极、mos管q3的源极以及mos管q5的源极连接，mos管q2的漏极、mos管q4的漏极以及mos管q6的漏极连接；mos管q1的漏极、mos管q3的漏极以及mos管q5的漏极分别与隔离变压器的副边的三个绕组连接。6.根据权利要求5所述的一种高压大功率高精度电源，其特征在于，所述cr滤波器包括电容c和电阻r，所述电容c的一端以及电阻r的一端与mos管q5的源极连接，电容c的另一端以及电阻r的另一端与mos管q5的漏极连接。7.根据权利要求6所述的一种高压大功率高精度电源，其特征在于，所述h4逆变电路包括mos管q7至mos管q10，mos管q7的漏极与mos管q8的源极连接，mos管q9的漏极与mos管q10的源极连接，mos管q7的源极以及mos管q9的源极连接并与电阻r的一端连接，mos管q8的漏极以及mos管q10的漏极连接并与电阻r的另一端连接。

技术总结
本发明公开了一种高压大功率高精度电源，包括隔离变压器以及多个功率单元，多个功率单元结构相同，分为第一功率单元至第三功率单元，所述隔离变压器的原边与市电连接，副边包括N组绕组，每组绕组包括3个绕组，N大于等于1，隔离变压器的副边第1+3m组绕组与第一功率单元连接，隔离变压器的副边第2+3m组绕组与第二功率单元连接，隔离变压器的副边第3+3m组绕组与第三功率单元连接，0≤m＜N；所有的第一功率单元顺序级联并输出A相电压，所有的第二功率单元顺序级联并输出B相电压，所有的第三功率单元顺序级联并输出C相电压；本发明的优点在于：能灵活的调整输出电压，适用范围广。适用范围广。适用范围广。


技术研发人员：任建华 鲍金娣
受保护的技术使用者：科威尔技术股份有限公司
技术研发日：2023.04.17
技术公布日：2023/7/7