Однонаправленное устройство и система преобразования напряжения постоянного тока и управления ними
UNIDIRECTIONAL DEVICE AND DC VOLTAGE CONVERSION AND CONTROL SYSTEM

Техническая область
[0001] Настоящее изобретение относится к области прикладных технологий силовой электроники, в частности относится к однонаправленному устройству и системе преобразования напряжения постоянного тока и способу управления ними.
Уровень техники
[0002] Как оборудование, являющееся важной составляющей преобразования напряжения в электросетях постоянного тока, устройства преобразования напряжения постоянного тока все больше привлекают внимание исследователей области электросетей постоянного тока. Для осуществления преобразования электрической энергии питающих проводов постоянного тока от сред него/низ кого до высокого напряжения в условиях влияния механического напряжения и себестоимости элементов коммутационных устройств легко использовать несколько изолирующих устройств преобразования напряжения постоянного тока. Каждое устройство выступает в качестве отдельного подблока и после последовательного соединения его высоковольтных портов и параллельного соединения низковольтных портов (конструкция ISOP или IPOS) применяется в случаях, когда необходим более высокий класс напряжения и более высокий класс мощности. По этой причине в настоящее время среди изолирующих устройств преобразования напряжения постоянного тока наиболее распространены устройства преобразования напряжения постоянного тока на основе схемы с двумя активными мостами (DAB).
[0003] В двунаправленных устройствах преобразования напряжения постоянного тока используются схемы с двумя активными мостами (DAB), а в условиях однонаправленной передачи электроэнергии DAB-схемы могут упрощаться для снижения себестоимости системы: на стороне инверсии используется инверторная схема полностью управляемого Η-моста, образованная коммутационными элементами, а на стороне выпрямителя используется схема неконтролируемого выпрямителя диодного полного моста, при этом эта схема также называется схемой полного моста фазового сдвига. Такое упрощение позволяет сделать более простым управление запуском инверторной схемы полностью управляемого Η-моста на обеих сторонах изначальной DAB-схемы, что позволяет избежать проблемы синхронизации запуска инверторной схемы полностью управляемого Η-моста на обеих сторонах, кроме того, переключающая трубка заменяется на диод, что также снижает себестоимость устройства.
[0004] Однако по мере развития спроса в подключении к новым фотогальваническим источникам энергии и другим сетям постоянного тока для снижения потерь на линии и осуществления подачи фотогальванической электроэнергии на более дальние расстояния и в большем объеме класс напряжения систем постоянно растет, однако способность отдельного элемента выдерживать напряжение является ограниченной. Для случаев, когда требуется более высокий класс напряжения, в устройствах преобразования существующего уровня техники на стороне высокого напряжения необходимо подключать большее количество последовательно соединенных подмодулей, а это не только снижает надежность системы и увеличивает ее себестоимость, но и усложняет стратегию управления системой.
[0005] Кроме того, в некоторых особых условиях применения при использовании однонаправленных устройств преобразования напряжения постоянного тока с целью удаления льда с линии постоянного тока, длина линии удаления льда не определена, также как не определено эквивалентное сопротивление нагрузки, что обуславливает еще более высокие требования к рабочему диапазону устройства. Таким образом, требуется универсальное более мощное устройство преобразования напряжения постоянного тока, которое позволит удовлетворять более высокие требования к рабочему диапазону без значительного увеличения себестоимости.
Суть изобретения
[0006] Варианты осуществления настоящего изобретения раскрывают однонаправленное устройство преобразования напряжения постоянного тока, включающее схему входного каскада, главную схему мощности, вспомогательный разъединитель предшествующей ступени и вспомогательный разъединитель последующей ступени, при этом порт предшествующей ступени упомянутой главной схемы мощности соединяется с портом последующей ступени упомянутой схемы входного каскада посредством каскадного соединения; упомянутый вспомогательный разъединитель предшествующей ступени соединяется с отрицательным терминалом порта предшествующей ступени упомянутой схемы входного каскада и вместе с положительным терминалом порта предшествующей ступени упомянутой схемы входного каскада образует первый входной порт упомянутого однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока; упомянутый вспомогательный разъединитель последующей ступени соединяется с отрицательным терминалом порта последующей ступени упомянутой главной схемы мощности и вместе с положительным терминалом порта последующей ступени упомянутой главной схемы мощности образует первый выходной порт упомянутого однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока.
[0007] В соответствии с некоторыми вариантами осуществления упомянутое устройство также включает схему переключателя предшествующей ступени и схему переключателя последующей ступени, при этом порт предшествующей ступени упомянутой схемы переключателя предшествующей ступени является вторым входным портом упомянутого устройства преобразования напряжения постоянного тока и включает один входной положительный терминал и один входной отрицательный терминал, а порт последующей ступени упомянутой схемы переключателя предшествующей ступени соединяется с портом предшествующей ступени упомянутой схемы входного каскада каскадным соединением; порт предшествующей ступени упомянутой схемы переключателя последующей ступени соединяется с портом последующей ступени упомянутой главной схемы мощности каскадным соединением, а порт последующей ступени упомянутой схемы переключателя последующей ступени является вторым выходным портом упомянутого однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока и включает один выходной положительный терминал и один выходной отрицательный терминал.
[0008] В соответствии с некоторыми вариантами осуществления упомянутая схема переключателя предшествующей ступени включает обходной переключатель предшествующей ступени, разъединитель положительного полюса предшествующей ступени и разъединитель отрицательного полюса предшествующей ступени, при этом два терминала упомянутого обходного переключателя предшествующей ступени образуют порт последующей ступени упомянутой схемы переключателя предшествующей ступени; один терминал упомянутого разъединителя положительного полюса предшествующей ступени соединяется с одним терминалом упомянутого обходного переключателя предшествующей ступени; один терминал упомянутого разъединителя отрицательного полюса предшествующей ступени соединяется с другим терминалом упомянутого обходного переключателя предшествующей ступени, при этом другой терминал упомянутого разъединителя положительного полюса предшествующей ступени вместе с другим терминалом упомянутого разъединителя отрицательного полюса предшествующей ступени образуют порт предшествующей ступени упомянутой схемы переключателя предшествующей ступени.
[0009] В соответствии с некоторыми вариантами осуществления упомянутая схема переключателя последующей ступени включает обходной переключатель последующей ступени, разъединитель положительного полюса последующей ступени и разъединитель отрицательного полюса последующей ступени, при этом два терминала упомянутого обходного переключателя последующей ступени образуют порт предшествующей ступени упомянутой схемы переключателя последующей ступени; один терминал упомянутого разъединителя положительного полюса последующей ступени соединяется с одним терминалом упомянутого обходного переключателя последующей ступени; один терминал упомянутого разъединителя отрицательного полюса последующей ступени соединяется с другим терминалом упомянутого обходного переключателя последующей ступени, а другой терминал упомянутого разъединителя положительного полюса последующей ступени вместе с другим терминалом упомянутого разъединителя отрицательного полюса последующей ступени образуют порт последующей ступени упомянутой схемы переключателя последующей ступени.
[0010] В соответствии с некоторыми вариантами осуществления упомянутая главная схема мощности включает один высокочастотный трансформатор, одну схему полностью управляемого Η-моста, один резонансный элемент, одну схему неуправляемого Η-моста, один входной конденсатор и один выходной конденсатор, при этом упомянутый высокочастотный трансформатор включает первичную обмотку и вторичную обмотку; сторона переменного тока упомянутой схемы полностью управляемого Η-моста соединяется с первичной обмоткой высокочастотного трансформатора, при этом упомянутый полностью управляемый Η-мост включает первый полумост и второй полумост, а плечо каждого полумоста включает полностью управляемый коммутационный элемент; упомянутый резонансный элемент последовательно включается в упомянутую первичную обмотку или упомянутую вторичную обмотку упомянутого высокочастотного трансформатора; сторона переменного тока упомянутой схемы неуправляемого Η-моста соединяется со вторичной обмоткой упомянутого высокочастотного трансформатора, при этом упомянутая схема неуправляемого Η-мост включает третий полумост и четвертый полумост, а верхнее и нижнее плечо каждого полумоста включает М-ное количество последовательно соединенных диодов, где Μ - это любое целое положительное число, большее или равное 2; упомянутый входной конденсатор параллельно подключается к стороне постоянного тока схемы полностью управляемого Η-моста, образуя порт предшествующей ступени упомянутой главной схемы мощности; упомянутый выходной конденсатор параллельно подключается к стороне постоянного тока упомянутой схемы неуправляемого Н-моста, образуя порт последующей ступени упомянутой главной схемы мощности.
[0011] В соответствии с некоторыми вариантами осуществления упомянутая схема входного каскада включает схему полного моста, обходной разъединитель и конденсатор питающей линии, при этом упомянутая схема полного моста включает четыре полностью управляемых коммутационных элемента; упомянутый обходной разъединитель параллельно подключается к стороне переменного тока упомянутой схемы полного моста, образуя порт предшествующей ступени упомянутой схемы входного каскада; упомянутый конденсатор питающей линии параллельно подключается к стороне постоянного тока упомянутой схемы полного моста, образуя порт последующей ступени упомянутой схемы входного каскада.
[0012] В соответствии с некоторыми вариантами осуществления упомянутая схема входного каскада включает схему полумоста, обходной разъединитель и конденсатор питающей линии, при этом упомянутая схема полумоста включает два полностью управляемых коммутационных элемента; упомянутый обходной разъединитель параллельно подключается между центральной точкой и отрицательным терминалом упомянутой схемы полумоста, образуя порт предшествующей ступени упомянутой схемы входного каскада; упомянутый конденсатор питающей линии параллельно подключается между положительным и отрицательным терминалами упомянутой схемы полумоста, образуя порт последующей ступени упомянутой схемы входного каскада.
[0013] В соответствии с некоторыми вариантами осуществления упомянутое однонаправленное устройство преобразования напряжения постоянного тока также включает последовательно подключенные плавкий предохранитель и разъединитель, при этом упомянутые последовательно подключенные плавкий предохранитель и разъединитель подключаются между положительным терминалом порта предшествующей ступени и положительным терминалом порта последующей ступени упомянутой схемы входного каскада, а между отрицательным терминалом порта предшествующей ступени и отрицательным терминалом порта последующей ступени упомянутой схемы входного каскада используется прямое проводное соединение.
[0014] Варианты осуществления настоящего изобретения также раскрывают способ управления упомянутым однонаправленным устройством преобразования напряжения постоянного тока, включающий: во время нормальной работы управление полностью управляемым Η-мостом главной схемы мощности упомянутого однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока происходит с помощью следующего первого способа управления пусковыми импульсами: пусковые импульсы, управляющие полностью управляемыми коммутационными элементами верхнего и нижнего плеча первого и второго полумоста взаимно проводятся, в то же время коэффициенты заполнения пусковых импульсов D полностью управляемых коммутационных элементов верхнего плеча первого и второго полумоста являются равными и перемежаются под углом 180°, при этом D является переменной управляемой величиной с диапазоном изменения от 0 до 1.
[0015] Варианты осуществления настоящего изобретения также раскрывают способ управления упомянутым однонаправленным устройством преобразования напряжения постоянного тока, включающий: во время нормальной работы управление полностью управляемым Η-мостом главной схемы мощности упомянутого однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока происходит с помощью следующего второго способа управления пусковыми импульсами: пусковые импульсы, управляющие полностью управляемыми коммутационными элементами верхнего и нижнего плеча первого и второго полумоста взаимно проводятся, в то же время коэффициенты заполнения пусковых импульсов полностью управляемых коммутационных элементов верхнего плеча первого и второго полумоста являются равными и постоянно составляют 0,5, угол перемежевания обозначается θ, угол перемежевания θ является углом сдвига фазы, при этом θ является переменной управляемой величиной с диапазоном изменения от 0 до 180°.
[0016] Варианты осуществления настоящего изобретения также раскрывают однонаправленную систему преобразования напряжения постоянного тока, включающую: N-ное количество упомянутых однонаправленных устройств преобразования напряжения постоянного тока, где N - это любое целое положительное число, большее или равное 2; при этом, все вторые входные порты всех однонаправленных устройств преобразования напряжения постоянного тока соединяются параллельным соединением, и все вторые выходные порты всех однонаправленных устройств преобразования напряжения постоянного тока соединяются параллельным соединением; первые входные порты всех однонаправленных устройств преобразования напряжения постоянного тока поочередно соединяются последовательным соединением, при этом отрицательный терминал первого входного порта каждого устройства подключается к положительному терминалу первого входного порта смежного с ним следующего устройства, а положительный терминал первого устройства и отрицательный терминал устройства №N ни к чему не подключаются; первые выходные порты всех однонаправленных устройств преобразования напряжения постоянного тока поочередно соединяются последовательным соединением, при этом, отрицательный терминал первого выходного порта каждого устройства подключается к положительному терминалу первого выходного порта смежного с ним следующего устройства, а положительный терминал первого устройства и отрицательный терминал устройства №N ни к чему не подключаются.
[0017] Варианты осуществления настоящего изобретения также раскрывают способ управления упомянутой однонаправленной системой преобразования напряжения постоянного тока, включающий: с помощью механизма управления перемежеванием пусковых импульсов реализуется поочередное перемежевание пусковых импульсов соответствующих полностью управляемых коммутационных элементов первого полумоста каждого упомянутого однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока, составляющее 360°/N.
[0018] В соответствии с некоторыми вариантами осуществления способ управления упомянутой однонаправленной системой преобразования напряжения постоянного тока также включает: при непродолжительном сбое упомянутого однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока одновременно блокируется импульсный запуск четырех полностью управляемых коммутационных элементов схемы полностью управляемого Η-моста упомянутого однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока и осуществляется изоляция сбоя; после устранения сбоя происходит снятие блокировки импульсного запуска четырех полностью управляемых коммутационных элементов схемы полностью управляемого Η-моста и осуществляется поддержка электроснабжения.
[0019] В соответствии с некоторыми вариантами осуществления способ управления упомянутой однонаправленной системой преобразования напряжения постоянного тока также включает: при продолжительном сбое упомянутого однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока одновременно блокируется импульсный запуск четырех полностью управляемых коммутационных элементов схемы полностью управляемого Η-моста этого однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока и осуществляется изоляция сбоя; если сбой невозможно устранить, то меняется рабочее состояние схемы переключателя предшествующей ступени и схемы переключателя последующей ступени и осуществляется постоянная изоляция сбоя.
[0020] Варианты осуществления настоящего изобретения раскрывают однонаправленное устройство преобразования напряжения постоянного тока, включающее два входных порта и два выходных порта, и состоящее из схемы переключателя предшествующей ступени, схемы входного каскада, главной схемы мощности, схемы переключателя последующей ступени, вспомогательного разъединителя предшествующей ступени и вспомогательного разъединителя последующей ступени; при этом, схема переключателя предшествующей ступени, схема входного каскада, главная схема мощности, а также схема переключателя последующей ступени являются схемами с двумя портами, а порт предшествующей ступени и порт последующей ступени каждой схемы по порядку соединяются каскадным соединением; порт предшествующей ступени упомянутой схемы переключателя предшествующей ступени является вторым входным портом однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока и включает один входной положительный терминал и один входной отрицательный терминал; порт последующей ступени схемы переключателя последующей ступени является вторым выходным портом однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока и включает один выходной положительный терминал и один выходной отрицательный терминал; когда последующая ступень схемы переключателя предшествующей ступени соединяется с предшествующей ступенью схемы входного каскада каскадным соединением, отрицательный терминал данного порта соединяется со вспомогательным разъединителем предшествующей ступени и вместе с положительным терминалом образует первый входной порт однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока; когда последующая ступень главной схемы мощности соединяется с предшествующей ступенью схемы переключателя последующей ступени каскадным соединением, отрицательный терминал данного порта соединяется со вспомогательным разъединителем последующей ступени и вместе с положительным терминалом образует первый выходной порт однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока.
[0021] В соответствии с некоторыми вариантами осуществления главная схема мощности упомянутого однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока включает одну схему полностью управляемого Η-моста, один высокочастотный трансформатор, один резонансный элемент, одну схему неконтролируемого Η-моста, один входной конденсатор и один выходной конденсатор; при этом, высокочастотный трансформатор включает две обмотки, обозначаемые как первичная обмотка и вторичная обмотка; резонансный элемент последовательно включается в любую из обмоток высокочастотного трансформатора; схема полностью управляемого Η-моста включает два полумоста, обозначаемые как первый полумост и второй полумост, при этом плечо каждого полумоста состоит из полностью управляемого коммутационного элемента; схема неуправляемого Η-моста также включает два полумоста, обозначаемые как третий полумост и четвертый полумост, при этом верхнее и нижнее плечо каждого полумоста включает М-ное количество последовательно соединенных диодов, где Μ - это любое целое положительное число, большее или равное 2; сторона постоянного тока схемы полностью управляемого Η-моста параллельно подключается к конденсатору, образуя порт предшествующей ступени главной схемы мощности, при этом сторона переменного тока схемы полностью управляемого Н-моста подключается к первичной обмотке высокочастотного трансформатора; сторона переменного тока схемы неуправляемого Η-моста подключается к вторичной обмотке высокочастотного трансформатора, а сторона постоянного тока схемы неуправляемого Η-моста параллельно подключается к выходному конденсатору, образуя порт последующей ступени главной схемы мощности.
[0022] В соответствии с некоторыми вариантами осуществления схема переключателя предшествующей ступени упомянутого однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока включает три разъединителя, а именно разъединитель положительного полюса, разъединитель отрицательного полюса и обходной переключатель; два терминала обходного переключателя образуют порт последующей ступени схемы переключателя предшествующей ступени однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока, при этом один терминал разъединителя положительного полюса и один терминал разъединителя отрицательного полюса соответственно подключаются к двум терминалам обходного переключателя, а другие терминалы разъединителя положительного полюса и разъединителя отрицательного полюса образуют порт предшествующей ступени схемы переключателя предшествующей ступени однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока.
[0023] В соответствии с некоторыми вариантами осуществления схема переключателя последующей ступени упомянутого однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока включает три разъединителя, а именно разъединитель положительного полюса, разъединитель отрицательного полюса и обходной переключатель; два терминала обходного переключателя образуют порт предшествующей ступени схемы переключателя последующей ступени однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока, при этом один терминал разъединителя положительного полюса и один терминал разъединителя отрицательного полюса соответственно подключаются к двум терминалам обходного переключателя, а другие терминалы разъединителя положительного полюса и разъединителя отрицательного полюса образуют порт последующей ступени схемы переключателя последующей ступени однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока.
[0024] В соответствии с некоторыми вариантами осуществления схема входного каскада упомянутого однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока имеет конструкцию схемы полного моста; схема полного моста состоит из четырех полностью управляемых коммутационных элементов; сторона переменного тока схемы полного моста параллельно соединяется с одним обходным разъединителем, после чего образует порт предшествующей ступени схемы входного каскада однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока; сторона постоянного тока схемы полного моста параллельно соединяется с одним конденсатором питающей линии, после чего образует порт последующей ступени схемы входного каскада однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока.
[0025] В соответствии с некоторыми вариантами осуществления схема входного каскада упомянутого однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока имеет конструкцию схемы полумоста; схема полумоста состоит из двух полностью управляемых коммутационных элементов; между центральной точкой и отрицательным терминалом схемы полумоста параллельно подключается один обходной разъединитель, после чего образуется порт предшествующей ступени схемы входного каскада однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока; после параллельного подключения между положительным и отрицательным терминалами схемы полумоста одного конденсатора питающей линии образуется порт последующей ступени схемы входного каскада однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока.
[0026] В соответствии с некоторыми вариантами осуществления между положительным терминалом порта предшествующей ступени и положительным терминалом порта последующей ступени схемы входного каскада упомянутого однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока последовательно подключается один плавкий предохранитель и один разъединитель, а между отрицательными портами предшествующей и последующей ступеней используется прямое проводное соединение.
[0027] Варианты осуществления настоящего изобретения также раскрывают способ управления упомянутым однонаправленным устройством преобразования напряжения постоянного тока, при котором во время нормальной работы для схемы полностью управляемого Η-моста подблока упомянутого устройства преобразования напряжения постоянного тока используется следующий способ управления пусковыми импульсами: пусковые импульсы двух (верхней и нижней) переключающих трубок первого и второго полумоста взаимно проводятся, в то же время коэффициенты заполнения пусковых импульсов верхних переключателей первого и второго полумоста являются равными и перемежаются под углом 180°, коэффициент заполнения двух верхних переключателей обозначается D, при этом D является переменной управляемой величиной с диапазоном изменения от 0 до 1; такой способ управления пусковыми импульсами обозначается, как первый способ управления запуском.
[0028] Варианты осуществления настоящего изобретения также раскрывают способ управления упомянутым однонаправленным устройством преобразования напряжения постоянного тока, при котором во время нормальной работы для схемы инвертора полностью управляемого Η-моста подблока упомянутого однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока используется следующий способ управления пусковыми импульсами: пусковые импульсы верхней и нижней переключающей трубки первого и второго полумоста взаимно проводятся, в то же время коэффициенты заполнения пусковых импульсов верхних переключателей первого и второго полумоста являются равными и перемежаются под углом θ, коэффициент заполнения двух верхних переключателей постоянно составляет 0,5, угол перемежевания обозначается θ и является углом смещения фазы, при этом θ является переменной управляемой величиной с диапазоном изменения от 0 до 180°; такой способ управления пусковыми импульсами обозначается, как второй способ управления запуском.
[0029] Варианты осуществления настоящего изобретения также раскрывают однонаправленную систему преобразования напряжения постоянного тока, при этом упомянутая однонаправленная система преобразования напряжения постоянного тока включает N-ное количество упомянутых однонаправленных устройств преобразования напряжения постоянного тока, где N - это любое целое положительное число, большее или равное 2; все однонаправленные устройства преобразования напряжения постоянного тока соединяются следующим способом: все вторые входные порты всех однонаправленных устройств преобразования напряжения постоянного тока соединяются параллельным соединением, и все вторые выходные порты всех однонаправленных устройств преобразования напряжения постоянного тока соединяются параллельным соединением; первые входные порты всех однонаправленных устройств преобразования напряжения постоянного тока поочередно соединяются последовательным соединением, при этом, отрицательный терминал первого входного порта первого устройства подключается к положительному терминалу первого входного порта второго устройства, а положительный терминал первого устройства и отрицательный терминал устройства №N ни к чему не подключаются; первые выходные порты всех однонаправленных устройств преобразования напряжения постоянного тока поочередно соединяются последовательным соединением, при этом, отрицательный терминал первого выходного порта первого устройства подключается к положительному терминалу первого выходного порта второго устройства и так далее, а положительный терминал первого устройства и отрицательный терминал устройства №N ни к чему не подключаются.
[0030] Варианты осуществления настоящего изобретения также раскрывают способ управления упомянутой однонаправленной системой преобразования напряжения постоянного тока, при котором используется следующий механизм управления перемежеванием пусковых импульсов: по порядку реализуется перемежевание пусковых импульсов соответствующей переключающей трубки первого полумоста каждого однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока, равное 360°/N.
[0031] Варианты осуществления настоящего изобретения также раскрывают такой способ управления упомянутой однонаправленной системой преобразования напряжения постоянного тока, при котором в случае короткого замыкания упомянутого однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока используется следующий способ управления: в реальном времени осуществляется определение рабочего состояния однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока и в случае сбоя одновременно блокируется импульсный запуск четырех переключающих трубок схемы полностью управляемого Η-моста этого однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока и осуществляется изоляция сбоя; после устранения сбоя происходит снятие блокировки импульсного запуска четырех полностью управляемых переключающих трубок схемы полностью управляемого Η-моста и осуществляется поддержка электроснабжения.
[0032] Варианты осуществления настоящего изобретения также раскрывают такой способ управления упомянутой однонаправленной системой преобразования напряжения постоянного тока, при котором в случае продолжительного сбоя упомянутого однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока используется следующий способ управления: в реальном времени осуществляется определение рабочего состояния однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока и в случае сбоя одновременно блокируется импульсный запуск четырех переключающих трубок схемы полностью управляемого Η-моста этого однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока и осуществляется изоляция сбоя; если сбой невозможно устранить, то меняется рабочее состояние схемы переключателя предшествующей ступени и схемы переключателя последующей ступени и осуществляется постоянная изоляция сбоя.
[0033] В техническом решении, раскрытом в вариантах осуществления настоящего изобретения, однонаправленное устройство преобразования напряжения постоянного тока снабжено схемой входного каскада, вспомогательными разъединителями и другими частями; в случае комбинирования нескольких устройств можно в условиях неизменной внешней проводки свободно осуществлять последовательное и параллельное переключение между устройствами, что позволяет удовлетворить более высокие требования к рабочему диапазону без увеличения себестоимости.
Краткое описание прилагаемых чертежей
[0034] Для более четкого разъяснения технических решений по вариантам осуществления настоящего изобретения далее приводится обзор прилагаемых чертежей, необходимых для описания вариантов осуществления. При этом совершенно очевидно, что чертежи в приведенном ниже описании изображают только некоторые варианты осуществления, и рядовой технический персонал данной отрасли может, не применяя созидательного труда, вывести из этих чертежей другие чертежи.
[0035] Фиг. 1 представляет собой структурную диаграмму однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока по настоящему изобретению;
[0036] Фиг. 2 представляет собой структурную диаграмму еще одного однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока по настоящему изобретению;
[0037] Фиг. 3 представляет собой структурную диаграмму схемы переключателя предшествующей ступени;
[0038] Фиг. 4 представляет собой структурную диаграмму схемы переключателя последующей ступени;
[0039] Фиг. 5 представляет собой структурную диаграмму схемы входного каскада на основе схемы полного моста;
[0040] Фиг. 6 представляет собой структурную диаграмму схемы входного каскада на основе схемы полумоста;
[0041] Фиг. 7 представляет собой структурную диаграмму схемы входного каскада на основе последовательного соединения плавкого предохранителя и разъединителя;
[0042] Фиг. 8 представляет собой схематическое изображение пусковой волны переключающей трубки по первому способу управления пусковыми импульсами;
[0043] Фиг. 9 представляет собой схематическое изображение пусковой волны переключающей трубки по второму способу управления пусковыми импульсами;
[0044] Фиг. 10 представляет собой структурную диаграмму системы, состоящей из нескольких однонаправленных устройств преобразования напряжения постоянного тока по настоящему изобретению;
[0045] Фиг. 11 представляет собой структурную диаграмму однонаправленной системы преобразования напряжения постоянного тока, в которой два из входных портов являются последовательными, а три - параллельными, а три из выходных портов являются последовательными, а два - параллельными.
Конкретные варианты осуществления
[0046] Для более четкого разъяснения цели, технического решения и преимуществ вариантов осуществления настоящего изобретения далее на основе чертежей и вариантов осуществления приводится подробное и детальное описание конкретных вариантов осуществления технического решения по настоящему изобретению. При этом приведенное ниже описание конкретных способов и вариантов осуществления приводится только с целью разъяснения и никоим образом не ограничивает настоящее изобретение. Здесь приводятся некоторые, а не все варианты осуществления настоящего изобретения, и другие варианты осуществления, полученные техническим персоналом данной отрасли посредством внесения различных изменений в настоящее изобретение, также находятся в диапазоне защиты настоящего изобретения.
[0047] Необходимо понимать, что термины «первый», «второй», «третий» и «четвертый» используются в формуле изобретения, раскрытии изобретения и на прилагаемых чертежах для того, чтобы различать разные объекты, а не для того, чтобы описать определенную последовательность. Термины «включает» и «содержит» используются в раскрытии настоящего изобретения и формуле изобретения для указания наличия описываемых характеристик, целого, этапов, действий, компонентов и/или составных частей и совершенно не исключает наличия или добавления одной или нескольких других характеристик, целого, этапов, действий, компонентов и/или составных частей или их комбинаций.
[0048] Фиг. 1 представляет собой структурную диаграмму однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока по настоящему изобретению.
[0049] Как показано на Фиг. 1, однонаправленное устройство преобразования напряжения постоянного тока включает схему входного каскада 2, главную схему мощности 1, вспомогательный разъединитель предшествующей ступени 5 и вспомогательный разъединитель последующей ступени 6. При этом, схема входного каскада и главная схема мощности представляют собой схемы с двумя портами и порт предшествующей ступени главной схемы мощности каскадным соединением соединяется с портом последующей ступени схемы входного каскада.
[0050] Элемент 7 обозначает положительный терминал каскадного порта схемы входного каскада 2; отрицательный терминал 8 этого порта соединяется со вспомогательным разъединителем 5 предшествующей ступени и вместе с положительным терминалом 7 образует первый входной порт однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока. Отрицательный терминал 10 порта последующей ступени главной схемы мощности 1 соединяется со вспомогательным разъединителем 6 последующей ступени и вместе с положительным терминалом 9 образует первый выходной порт однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока.
[0051] Как показано на Фиг. 1, главная схема мощности 1 однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока включает одну схему полностью управляемого Η-моста, один высокочастотный трансформатор 101, один резонансный элемент 102, одну схему неуправляемого Η-моста, один входной конденсатор 107 и один выходной конденсатор 108.
[0052] При этом, высокочастотный трансформатор 101 включает две обмотки, обозначаемые как первичная обмотка и вторичная обмотка. Резонансный элемент 102 последовательно включается в любую из обмоток высокочастотного трансформатора 101. Схема полностью управляемого Η-моста включает два полумоста, обозначаемые как первый полумост 103 и второй полумост 104. Плечо каждого полумоста включает один полностью управляемый коммутационный элемент. Схема неуправляемого Η-моста также включает два полумоста, обозначаемые как третий полумост 105 и четвертый полумост 106, при этом верхнее и нижнее плечо каждого полумоста включает М-ное количество последовательно соединенных диодов, где Μ - это любое целое положительное число, большее или равное 2.
[0053] Сторона постоянного тока схемы управляемого Η-моста параллельно подключается к конденсатору 107, образуя порт предшествующей ступени главной схемы мощности 1; а сторона переменного тока схемы управляемого Η-моста подключается к первичной обмотке высокочастотного трансформатора 101. Сторона переменного тока схемы неуправляемого Η-моста подключается к вторичной обмотке высокочастотного трансформатора 101; а сторона постоянного тока схемы неуправляемого Н-моста параллельно подключается к выходному конденсатору 108, образуя порт последующей ступени главной схемы мощности 1.
[0054] В техническом решении, раскрытом в вариантах осуществления, однонаправленное устройство преобразования напряжения постоянного тока снабжено схемой входного каскада, вспомогательными разъединителями и другими частями; в случае комбинирования нескольких устройств можно в условиях неизменной внешней проводки свободно осуществлять последовательное и параллельное переключение между устройствами, что позволяет удовлетворить более высокие требования к рабочему диапазону без увеличения себестоимости.
[0055] Фиг. 2 представляет собой структурную диаграмму еще одного однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока по настоящему изобретению.
[0056] Как показано на Фиг. 2, однонаправленное устройство преобразования напряжения постоянного тока включает два входных порта и два выходных порта и состоит из схемы переключателя предшествующей ступени 3, схемы входного каскада 2, главной схемы мощности 1, схемы переключателя последующей ступени 4, вспомогательного разъединителя предшествующей ступени 5 и вспомогательного разъединителя последующей ступени 6. При этом, схема переключателя предшествующей ступени, схема входного каскада, главная схема мощности, а также схема переключателя последующей ступени являются схемами с двумя портами, а порт предшествующей ступени и порт последующей ступени каждой схемы по порядку соединяются каскадным соединением в соответствии с описанным ранее порядком.
[0057] Порт предшествующей ступени упомянутой схемы переключателя предшествующей ступени 3 является вторым входным портом однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока и включает один входной положительный терминал а и один входной отрицательный терминал b. Порт последующей ступени схемы переключателя последующей ступени 4 является вторым выходным портом однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока и включает один выходной положительный терминал с и один выходной отрицательный терминал d.
[0058] Когда последующая ступень схемы переключателя предшествующей ступени 3 соединяется с предшествующей ступенью схемы входного каскада 2 каскадным соединением, блок 7 представляет собой положительный терминал порта каскадного соединения схемы переключателя предшествующей ступени 3 и схемы входного каскада 2, при этом отрицательный терминал данного порта 8 соединяется со вспомогательным разъединителем предшествующей ступени 5 и вместе с положительным терминалом 7 образует первый входной порт однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока. Когда последующая ступень главной схемы мощности 1 соединяется с предшествующей ступенью схемы переключателя последующей ступени 4 каскадным соединением, отрицательный терминал данного порта 10 соединяется со вспомогательным разъединителем последующей ступени 6 и вместе с положительным терминалом 9 образует первый выходной порт однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока.
[0059] Как показано на Фиг. 2, главная схема мощности 1 однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока включает одну схему полностью управляемого Η-моста, один высокочастотный трансформатор 101, один резонансный элемент 102, одну схему неуправляемого Η-моста, один входной конденсатор 107 и один выходной конденсатор 108.
[0060] При этом, высокочастотный трансформатор 101 включает две обмотки, обозначаемые как первичная обмотка и вторичная обмотка. Резонансный элемент 102 последовательно включается в любую из обмоток высокочастотного трансформатора 101. Схема полностью управляемого Η-моста включает два полумоста, обозначаемые как первый полумост 103 и второй полумост 104. Плечо каждого полумоста включает один полностью управляемый коммутационный элемент. Схема неуправляемого Η-моста также включает два полумоста, обозначаемые как третий полумост 105 и четвертый полумост 106, при этом верхнее и нижнее и нижнее плечо каждого полумоста включает М-ное количество последовательно соединенных диодов, где Μ - это любое целое положительное число, большее или равное 2.
[0061] Сторона постоянного тока схемы полностью управляемого Н-моста параллельно подключается к конденсатору 107, образуя порт предшествующей ступени главной схемы мощности 1; а сторона переменного тока схемы полностью управляемого Η-моста подключается к первичной обмотке высокочастотного трансформатора 101. Сторона переменного тока схемы неуправляемого Η-моста подключается к вторичной обмотке высокочастотного трансформатора 101; а сторона постоянного тока схемы неуправляемого Η-моста параллельно подключается к выходному конденсатору 108, образуя порт последующей ступени главной схемы мощности 1.
[0062] В техническом решении, раскрытом в данном варианте осуществления, в качестве усовершенствования, для главной схемы мощности может применяться схема неуправляемого Η-моста с двумя последовательно подключенными диодами, что позволяет значительно повысить класс напряжения выходного порта и благодаря этому в случае, когда требуется сочетать несколько параллельно подключенных устройств в условиях высокого напряжения и высокого уровня мощности, техническое решение по настоящему изобретению может в значительной степени снизить количество однонаправленных устройств преобразования напряжения постоянного тока, используемых в качестве подблоков, повысить надежность системы, снизить себестоимость системы и упростить стратегию управления системой.
[0063] Фиг. 3 представляет собой структурную диаграмму схемы переключателя предшествующей ступени.
[0064] Как показано на Фиг. 3, схема переключателя предшествующей ступени однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока включает разъединитель положительного полюса предшествующей ступени 301, разъединитель отрицательного полюса предшествующей ступени 302 и обходной переключатель предшествующей ступени 303. Два терминала обходного переключателя предшествующей ступени 303 образуют порт последующей ступени схемы входного каскада 3 однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока. Один терминал разъединителя положительного полюса предшествующей ступени 301 и один терминал разъединителя отрицательного полюса предшествующей ступени 302 соответственно подключаются к двум терминалам обходного переключателя предшествующей ступени 303. Другие терминалы разъединителя положительного полюса предшествующей ступени 301 и разъединителя отрицательного полюса предшествующей ступени 302 образуют порт предшествующей ступени схемы входного каскада 3 однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока.
[0065] Фиг. 4 представляет собой структурную диаграмму схемы переключателя последующей ступени.
[0066] Как показано на Фиг. 4, где изображена структурная диаграмма схемы переключателя последующей ступени 4, блок 401 является разъединителем положительного полюса, блок 402 - разъединителем отрицательного полюса, а блок 403 - обходным переключателем.
[0067] Два терминала обходного переключателя последующей ступени 403 образуют порт предшествующей ступени схемы переключателя последующей ступени 4. Один терминал разъединителя положительного полюса последующей ступени 401 соединяется с одним терминалом обходного переключателя последующей ступени 403. Один терминал разъединителя отрицательного полюса последующей ступени 402 соединяется с другим терминалом обходного переключателя последующей ступени 403, а другой терминал разъединителя положительного полюса последующей ступени 401 вместе с другим терминалом разъединителя отрицательного полюса последующей ступени 402 образуют порт последующей ступени схемы переключателя последующей ступени 4.
[0068] Фиг. 5 представляет собой структурную диаграмму схемы входного каскада на основе схемы полного моста.
[0069] Как показано на Фиг. 5, схема входного каскада 2 однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока включает схему полного моста 201. Схема полного моста 201 включает четыре полностью управляемых коммутационных элемента. Сторона переменного тока схемы полного моста параллельно соединяется с одним обходным разъединителем 203, после чего образует порт предшествующей ступени схемы входного каскада 2 однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока. Сторона постоянного тока схемы полного моста параллельно соединяется с одним конденсатором питающей линии 202, после чего образует порт последующей ступени схемы входного каскада однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока.
[0070] Фиг. 6 представляет собой структурную диаграмму схемы входного каскада на основе схемы полумоста.
[0071] Как показано на Фиг. 6, схема входного каскада 2 однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока включает схему полумоста 204. Схема полумоста 204 включает два полностью управляемых коммутационных элемента. Между центральной точкой и отрицательным терминалом схемы полумоста 204 параллельно подключается один обходной разъединитель 203, после чего образуется порт предшествующей ступени схемы входного каскада 2 однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока. После параллельного подключения одного конденсатора питающей линии 202 между положительным и отрицательным терминалами схемы полумоста 204 образуется порт последующей ступени схемы входного каскада 2 однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока.
[0072] Фиг. 7 представляет собой структурную диаграмму схемы входного каскада на основе последовательного соединения плавкого предохранителя и разъединителя.
[0073] Как вариант, как показано на Фиг. 7, между положительным терминалом порта предшествующей ступени и положительным терминалом порта последующей ступени схемы входного каскада 2 однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока могут последовательно подключаться один плавкий предохранитель 205 и один разъединитель 206, а между отрицательными терминалами предшествующей и последующей ступени используется прямое проводное соединение.
[0074] Варианты осуществления настоящего изобретения раскрывают способ управления упомянутым однонаправленным устройством преобразования напряжения постоянного тока, при котором во время нормальной работы управление полностью управляемым Η-мостом главной схемы мощности упомянутого однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока происходит с помощью следующего первого способа управления пусковыми импульсами.
[0075] Пусковые импульсы, управляющие полностью управляемыми коммутационными элементами верхнего и нижнего плеча первого и второго полумоста взаимно проводятся, в то же время коэффициенты заполнения пусковых импульсов D полностью управляемых коммутационных элементов верхнего плеча первого и второго полумоста являются равными и перемежаются под углом 180°, при этом D является переменной управляемой величиной с диапазоном изменения от 0 до 1; такой способ управления пусковыми импульсами обозначается, как первый способ управления запуском.
[0076] Фиг. 8 представляет собой схематическое изображение пусковой волны переключающей трубки при первом способе управления запуском.
1
2
3
4
[0077] Фиг. 8 - это схематическое изображение пусковой волны четырех переключающих трубок полностью управляемого Η-моста при первом способе управления запуском, Τ на фигуре обозначает период переключения, Q и Qсоответственно обозначают пусковые импульсы верхнего и нижнего переключателя первого полумоста, Q и Q соответственно обозначают пусковые импульсы верхнего и нижнего переключателя второго полумоста, D*T время включения двух верхних переключателей в рамках одного периода переключения, где D является регулируемой величиной.
[0078] Варианты осуществления настоящего изобретения также раскрывают другой способ управления упомянутым однонаправленным устройством преобразования напряжения постоянного тока, при котором во время нормальной работы управление полностью управляемым Η-мостом главной схемы мощности упомянутого однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока происходит с помощью следующего второго способа управления пусковыми импульсами.
[0079] Пусковые импульсы, управляющие полностью управляемыми коммутационными элементами верхнего и нижнего плеча первого и второго полумоста, взаимно проводятся, в то же время коэффициенты заполнения пусковых импульсов полностью управляемых коммутационных элементов верхнего плеча первого и второго полумоста являются равными и постоянно составляют 0,5, угол перемежевания обозначается θ, угол перемежевания θ является углом сдвига фазы, при этом θ является переменной управляемой величиной с диапазоном изменения от 0 до 180°.
[0080] Фиг. 9 представляет собой схематическое изображение пусковой волны переключающей трубки по второму решению управления пусковыми импульсами.
1
2
3
4
[0081] На Фиг. 9, которая представляет собой схематическое изображение пусковых импульсов четырех переключающих трубок полностью управляемого Н-моста при втором способе управления пусковыми импульсами, Τ на фигуре обозначает период переключения, Q и Q соответственно обозначают пусковые импульсы верхнего и нижнего переключателя первого полумоста, Q и Q соответственно обозначают пусковые импульсы верхнего и нижнего переключателя второго полумоста, θ*Т/360 - это время разницы моментов включения двух верхних переключателей, где θ является регулируемой величиной.
[0082] Фиг. 10 представляет собой структурную диаграмму системы, состоящей из нескольких однонаправленных устройств преобразования напряжения постоянного тока по настоящему изобретению.
[0083] Как показано на Фиг. 10, когда N-ное количество однонаправленных устройств преобразования напряжения постоянного тока образуют однонаправленную систему преобразования напряжения постоянного тока высокого напряжения или высокой мощности, N является любым целым положительным числом, большим или равным 2, а упомянутые однонаправленные устройства преобразования напряжения постоянного тока соединяются следующим способом.
[0084] Все вторые входные порты всех однонаправленных устройств преобразования напряжения постоянного тока соединяются параллельным соединением, и все вторые выходные порты всех однонаправленных устройств преобразования напряжения постоянного тока соединятся параллельным соединением.
[0085] Первые входные порты всех однонаправленных устройств преобразования напряжения постоянного тока поочередно соединяются последовательным соединением, при этом, отрицательный терминал первого входного порта первого устройства подключается к положительному терминалу первого входного порта второго устройства, и так далее, а положительный терминал первого устройства и отрицательный терминал устройства №Ν ни к чему не подключаются.
[0086] Первые выходные порты всех однонаправленных устройств преобразования напряжения постоянного тока поочередно соединяются последовательным соединением, при этом, отрицательный терминал первого выходного порта первого устройства подключается к положительному терминалу первого выходного порта второго устройства и так далее, а положительный терминал первого устройства и отрицательный терминал устройства №Ν ни к чему не подключаются.
[0087] Как показано на Фиг. 10, блок 11, блок 21, блок 31, блок 41, блок 51 и блок 61 соответственно являются главной схемой мощности, схемой входного каскада, схемой переключателя предшествующей ступени, схемой переключателя последующей ступени, вспомогательным разъединителем предшествующей ступени и вспомогательным разъединителем последующей ступени первого однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока. Блок 12, блок 22, блок 32, блок 42, блок 52 и блок 62 соответственно являются главной схемой мощности, схемой входного каскада, схемой переключателя предшествующей ступени, схемой переключателя последующей ступени, вспомогательным разъединителем предшествующей ступени и вспомогательным разъединителем последующей ступени второго однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока. По аналогии с этим, блок 1N, блок 2N, блок 3N, блок 4N, блок 5N и блок 6N соответственно являются главной схемой мощности, схемой входного каскада, схемой переключателя предшествующей ступени, схемой переключателя последующей ступени, вспомогательным разъединителем предшествующей ступени и вспомогательным разъединителем последующей ступени однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока №N.
[0088] Порты предшествующей ступени блоков от 31 до 3N соединяются параллельным соединением, порты последующей ступени блоков от 41 до 4N также соединяются параллельным соединением; блок 51 и блок 61 являются вспомогательными разъединителями предшествующей ступени и последующей ступени однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока №1 и соответственно подключаются к положительному полюсу первого входного порта и положительному полюсу первого выходного порта устройства преобразования напряжения постоянного тока №2, аналогично этому, блок 5N и блок 6N являются вспомогательными разъединителями предшествующей ступени и последующей ступени однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока №N и ни к чему не подключаются.
[0089] Когда N-ное количество однонаправленных устройств преобразования напряжения постоянного тока образуют однонаправленную систему преобразования напряжения постоянного тока, N является любым целым положительным числом, большим или равным 2, а однонаправленная система устройства преобразования напряжения постоянного тока включает механизм управления перемежеванием пусковых импульсов, способ управления которого описан ниже.
[0090] По порядку реализуется перемежевание пусковых импульсов соответствующего переключающей трубки первого полумоста каждого однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока, равное 360°/N.
[0091] В случае кратковременного сбоя однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока используется следующий способ управления.
[0092] В реальном времени осуществляется определение рабочего состояния однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока, и в случае сбоя одновременно блокируется импульсный запуск четырех переключающих трубок схемы полностью управляемого Η-моста этого однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока и осуществляется изоляция сбоя. После устранения сбоя происходит снятие блокировки импульсного запуска четырех полностью управляемых переключающих трубок схемы полностью управляемого Η-моста и осуществляется поддержка электроснабжения.
[0093] В случае долговременного сбоя однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока используется следующий способ управления.
[0094] В реальном времени осуществляется определение рабочего состояния однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока, и в случае сбоя одновременно блокируется импульсный запуск четырех переключающих трубок переключателей схемы полностью управляемого Η-моста этого однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока и осуществляется изоляция сбоя. Если сбой невозможно устранить, то меняется рабочее состояние схемы переключателя предшествующей ступени и схемы переключателя последующей ступени и осуществляется постоянная изоляция сбоя.
[0095] Способ управления перемежеванием пусковых импульсов между несколькими устройствами, раскрытый в данном варианте осуществления, позволяет решить проблему достаточного высокого колебания напряжения выходного конденсатора, вызванную неуправляемым выпрямителем диода, значительно снижает амплитуду пульсации напряжения и тока на выходной стороне устройства, повышает частоту пульсации и снижает проектные требования выходного волнового фильтра.
[0096] Чтобы в достаточной степени разъяснить принцип регулировки по настоящему патенту далее описывается способ применения решения по настоящему патенту на конкретном примере.
[0097] Фиг. 11 представляет собой структурную диаграмму однонаправленной системы преобразования напряжения постоянного тока, в которой два из входных портов являются последовательными, а три - параллельными, и три из выходных портов являются последовательными, а два - параллельными.
[0098] Как показано на Фиг. 11, N=6, то есть всего есть 6 однонаправленных устройств преобразования напряжения постоянного тока; для каждого устройства М=2, то есть каждое плечо схемы неуправляемого Η-моста будет иметь 2 последовательно подключенных диода. При этом, блок 11 и блок 21 соответственно являются главной схемой мощности и схемой входного каскада однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока №1; блок 12 и блок 22 соответственно являются главной схемой мощности и схемой входного каскада однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока №2; Аналогично, блок 16 и блок 26 соответственно являются главной схемой мощности и схемой входного каскада однонаправленного устройства преобразования напряжения постоянного тока №6.
[0099] Сомкнуты разъединитель положительного полюса и вспомогательный разъединитель предшествующей ступени схемы переключателя предшествующей ступени однонаправленных устройств преобразования напряжения постоянного тока №1, 3 и 5; сомкнут разъединитель отрицательного полюса схемы переключателя предшествующей ступени однонаправленных устройств преобразования напряжения постоянного тока №2, 4 и 6; а все остальные переключатели разомкнуты, что позволяет добиться структуры, в которой 6 однонаправленных устройств преобразования напряжения постоянного тока находятся на входной стороне и после последовательного соединения каждых двух устройств они также соединяются параллельно;
[0100] сомкнут вспомогательный разъединитель последующей ступени однонаправленных устройств преобразования напряжения постоянного тока №1, 2, 4 и 5; сомкнут переключатель положительного полюса схемы переключателя последующей ступени однонаправленных устройств преобразования напряжения постоянного тока №1 и 4; сомкнут разъединитель отрицательного полюса схемы переключателя последующей ступени однонаправленных устройств преобразования напряжения постоянного тока №3 и 6; а все остальные переключатели разомкнуты, что позволяет добиться структуры, в которой 6 однонаправленных устройств преобразования напряжения постоянного тока находятся на выходной стороне и после последовательного соединения каждых трех устройств они также соединяются параллельно.
[0101] Примем допустимое напряжение всех коммутационных элементов за Umax, допустимый ток - за Imax, коэффициент безопасного допустимого отклонения напряжения - за kv, при этом kv находится в диапазоне от 1,5 до 2, а коэффициент безопасного допустимого отклонения тока - ka, при этом ka находится в диапазоне от 1,5 до 2. Тогда на входной стороне упомянутой схемы допустимое напряжение может составлять 2Umax/kv, допустимый ток составляет 3Imax/ka, а на выходной стороне упомянутой схемы допустимое напряжение составляет 3Umax /kv, а допустимый ток - 2Imax/ka.
[0102] Таким образом, можно, выбирая различные N и М, реализовать однонаправленные системы преобразования напряжения с различным допустимым напряжением и различным уровнем мощности, то есть настоящее изобретение позволяет решить проблему малого рабочего диапазона удаления льда в конвертерах источника напряжения.
[0103] Однонаправленное устройство преобразования напряжения постоянного тока по настоящему изобретению включает схему полностью управляемого Н-моста, осуществляющую замкнутое высокоточное управление; включает схему неуправляемого Η-моста, последовательно подключенную к диоду, где, благодаря последовательному подключению диода повышается класс напряжения выходного порта; включает схему переключателя, схему входного каскада, а также вспомогательный разъединитель и другие части, что помогает устройству осуществлять последовательно-параллельное соединение нескольких модулей и удовлетворять требованиям более широкого рабочего диапазона без значительного увеличения себестоимости.
[0104] Когда требуется комбинирование нескольких
последовательно-параллельно соединенных устройств для использования в условиях, где требуется высокое напряжение и высокий уровень мощности, для входа и выхода однонаправленных устройств преобразования напряжения постоянного тока используется параллельное соединение; функция параллельного и последовательного соединения нескольких блоков входного порта и выходного порта реализуется посредством изменения рабочих состояний схемы переключателя, схемы входного каскада, а также вспомогательного разъединителя.
[0105] Необходимо заметить, что приведенные выше для описания чертежей варианты осуществления предназначены только для разъяснения настоящего изобретения и ни в коем случае не ограничивают его диапазон; рядовой технический персонал должен понимать, что любые модификации и тождественные замены, вносимые в настоящее изобретение при соблюдении сути и диапазона настоящего изобретения также находятся в диапазоне защиты настоящего изобретения. При этом, если иное не следует из контекста, все приведенные здесь формы единственного числа также включают формы множественного числа и наоборот. Кроме того, если явно не указано иное, любой из вариантов осуществления может полностью или частично применяться в сочетании с другим вариантом осуществления, как полным, так и его частью.